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Einführung in die Astronomie / Teil 3

Das himmlische Koordinatensystem - Rektaszension und Deklination

Auf den letzten beiden Seiten waren wir sachkundig gemacht worden hinsichtlich unserer Fragen:

 

"Warum sind Tierkreiszeichen und Sternbilder nicht ein- und dasselbe? Was ist der Frühlingspunkt und

warum 'wandert' er? Was hat es damit auf sich, daß die Erdachse im Weltraum herumschwankt und welche

Folgen zeitigt dies? Was versteht man unter einem 'Platonischen Jahr' und wie lang erstreckt es sich zeitlich?"

 

Freilich sind dies himmlische Angelegenheiten, die nicht jedem sehr aufregend erscheinen mögen; man möchte ja,

meint der Astro-Neuling, wenn man schon als Eleve in die Geheimnisse der Sternkunde von Beginn an eingeführt wird,

sich lieber sofort mit den Mysterien von UFOs und den Grünen Männchen aus Andromeda beschäftigen. Gemach.

Per aspera ad astra. Wer sich den nun folgenden Ausführungen über himmlische Koordinatensysteme und über

die Sternzeit genüßlich widmen will, sollte dies von festem, um nicht zu sagen, irdischem Boden aus tun:

 

Und darum meine ich, scherzweise, um in den (zugegebenermaßen hier von mir ein wenig abgewandelten) Worten

eines bedeutenden Schriftstellers zu sprechen, der wiederum einen anderen großen Autoren zitiert  -  darum meine

ich also, daß mit solchen, die auf den allerdings umfangreichen vorherigen Vortragsseiten sich der Sprünge

und Überschlagungen schuldig gemacht haben, so verfahren werden sollte, wie Lawrence Sterne mit einem

imaginierten Zuhörer namens Erik verfährt, der durch eine Zwischenrede verrät, daß er zeitweise nicht

achtgegeben hat, und deshalb vom Verfasser auf eine frühere Seite zurückgeschickt wird, damit er die Lücken

seines astronomischen Wissens ausfülle. Später dann, nachdem er sich besser informiert, stößt der Herr

wieder zu der sternenerfüllten Gemeinde und wird mit heiterem Gruß empfangen.

 

Aber wo sind eigentlich unsere beiden Protagonisten geblieben, der ehrenwerte Astronomieprofessor

Archie Kepler und die unbedarfte Knalltüte Justus Jauch? Wir hatten sie während der Erörterungen

auf der vor-vorigen Seite aus dem Blick verloren. Ah, da stehen sie ja!

 

Springen wir um eine Minute zurück, da sagte...

Justus Jauch:

"Hört sich ja alles sehr theoretisch an.

 

Wissen Sie, ich bin eigentlich mehr daran interessiert, was man denn so am Himmel alles

sieht. Ich bin in einer Millionenstadt aufgewachsen und da achtet man kaum auf Sonne, Mond

und Sterne. Naja, die Sonne sieht man natürlich tagsüber und den Mond vielleicht manchmal

abends und nachts. Aber vor kurzem war ich im Urlaub auf dem Land, weit entfernt von jeder Stadt... Da sieht man einen Sternenhimmel, kann ich Ihnen sagen!

 

Aber warum sich das nun alles so bewegt, und was und wie, davon habe ich ja nun keine Ahnung. Daß der Mond sich um die Erde dreht, das weiß ich selbstverständlich..."

Archie Kepler:

"Das stimmt nicht!"

"Juchhuu... Auf in den 'Blauen Elefanten'..."

Justus Jauch:

"Können wir gerne besprechen. Dann kommen wir auch zur Sternzeit, an der Sie so interessiert sind. Aber erst einmal muß ich jetzt kurz Luft holen. Vielleicht laden Sie mich ja

zu einem Bierchen ein und wir reden in der Kneipe weiter über Sonne, Mond und Sterne  -  sozusagen, bis wir sternhagelvoll sind?"

Archie Kepler:

"Das war jetzt ziemlich viel. Eine oder zwei Fragen hätte ich da aber noch..."

Justus Jauch:

Der Mond vor dem Himmelshintergrund; aufgezeigt ist eine Strecke seiner Wanderung vor den Fixsternen.

"Vier Stunden später dann: Der Erdtrabant hat sich vor dem stillstehenden Panorama der Fixsterne weiterbewegt, wie wir auf dem nachstehenden Bild erkennen.

Seine Rektaszension wie auch seine Deklination haben sich geändert.

 

Rechts im Bild ist der Mond als abgedunkelte Scheibe in seiner vorherigen Position (vier Stunden früher) markiert, also dort, wo er in der oberen Graphik stand."

Archie Kepler:

"Die Deklinationsangaben  -  am linken Rand  -  sind in hellblauer Farbe gehalten, die Rektaszension ist mit dunkelblauen Stunden- und Minutenangaben bezeichnet.

 

Wir erkennen umgehend, daß sich der Mond momentan bei etwa einer Stunde fünfunddreißig Minuten Rektaszension und bei rund vier Grad Deklination befindet.

 

Und wenn wir jetzt in die Illustration hineinzoomen und zusätzliche Gradangaben einblenden, kann die Mondposition exakt definiert werden; das sehen wir nun anhand

des nächsten Bildes; ich habe die Koordinaten an seinem unteren Rand aufgeschrieben..."

Archie Kepler:

Himmelsausschnitt mit Mond. Gezeigt sind Himmelsäquator und Ekliptik sowie Rektaszension und Deklination, die den Ausschnitt näher definieren.

"So wie sich auf unserem Planeten die Längenkreise vom Nordpol über den Äquator zum Südpol erstrecken, so verlaufen im himmlischen Koordinatensystem die entsprechenden

'Längenkreise' vom Himmelsnordpol über den Himmelsäquator zum Himmelssüdpol. An den beiden Himmelspolen laufen die Längenkreise, oder, wie wir uns angewöhnen wollen,

ab jetzt richtigerweise zu sagen: die Rektaszensionskreise, zusammen. Und ähnlich, wie der Meridian von Greenwich auf der Erde als Nullmeridian ausgewiesen ist, dient derjenige

Rektaszensionskreis, der durch den Frühlingspunkt läuft  -  in der rechten Graphik wie üblich mit einem stilisierten Widderhorn gekennzeichnet  -  als Rektaszensionslinie Null, als

Referenz- und Leitlinie des Netzes der Rektaszensionsgrade: Der Frühlingspunkt definiert den Punkt Rektaszension Null. Eine 'himmlische' Besonderheit: Während die irdischen

Längen in Grad  -  westlich bzw. östlich von Greenwich  -  angegeben werden, wird die Rektaszension in Stunden gemessen, und zwar vom Frühlingspunkt aus in Richtung Osten

am Himmelsäquator entlang. Aber genauso, wie auch die irdischen Gradangaben traditionell in Minuten und Sekunden unterteilt werden, untergliedern sich die Rektaszensions-

grade wiederum in Minuten und Sekunden: Ein Grad umfaßt 60 Minuten zu je 60 Sekunden, präziser: Eine Rektaszensions-Stunde besteht aus 60 Minuten zu je 60 Sekunden.

 

Der komplette Kreis des Himmelsäquators - 360 Grad - wird also von 24 Stunden-Kreisen, von 24 Rektaszensionsstunden rechtwinklig durchschnitten. Jede Stunde Rektaszension

entspricht dabei einem Winkel von 15 Grad: Denn 24 (Stunden) mal 15 Grad ergibt 360 Grad. Und damit korrespondieren 4 Rektaszensions-Minuten einem Grad, weil: 4 Minuten

mal 360 (Grad) ergibt 1.440 Minuten, und das sind 24 Stunden. Wir werden das später noch ausführlicher bildlich darstellen. Sie können aber beispielsweise oben, auf dem rechten

Bild, das System schon gut erkennen: Gezeigt sind 12 Rektaszensionskreise; das bedeutet, der rechts neben dem Frühlingspunkt (östlich von ihm) gelegene Kreis ist der 30. Grad

Rektaszension, oder in der astronomischen Terminologie eben: 2 Uhr Rektaszension. (Wobei Uhr üblicherweise mit 'h'  -  lateinisch 'hora'  -  abgekürzt wird. 'Rektaszension' leitet

sich übrigens auch aus dem Lateinischen her und meint: 'Gerade Aufsteigung', nämlich eines Gestirns.)

 

Ich weiß, was Sie fragen wollen: Warum mißt man die Rektaszension in Stunden, Minuten und Sekunden anstatt in Grad? Nun, dazu müssen wir später die  -  ja rotierende  - Erde

in unsere Betrachtung mit einbeziehen; dann wird auch klar werden, warum man von dem hier behandelten Koordinatensystem als dem 'Beweglichen Äquatorsystem' spricht. Aber

vorerst nehmen wir ja an, daß Sie sich als Stellvertreter der Erde bewegungslos im Raum inmitten der Himmelskugel befinden. Also etwas Geduld.

 

Vorderhand schauen wir uns noch die himmlische Analogie zu den Breitengraden auf der Erde an. Nun, genauso wie alle irdischen Breitenkreise parallel zum Erdäquator liegen, sind

die himmlischen Breitenlinien, die man, ich erwähnte es schon, als Deklinationskreise betitelt, Parallelen zum Himmelsäquator. Dieser hat die Deklination Null. Vom Himmelsäquator

bis zu einem der beiden Himmelspole zählt man jeweils Neunzig volle Grad (hier also tatsächlich Grad), wobei Breitenkreise nördlich des Himmelsäquators mit einem Pluszeichen,

solche südlich des Himmelsäquators mit einem Minuszeichen versehen werden: Die Deklination eines Himmelskörpers ist also entweder positiv oder negativ. Beispielsweise weist

der helle Stern Wega eine Deklination von + 38 Grad 48 Minuten und soundsoviel Sekunden auf; der Polarstern, fast am Himmelsnordpol gelegen, + 89 Grad 20 Minuten, einige

Sekunden. Sie sehen hier auch: Die vollen Deklinations-Grade werden ihrerseits wiederum in Minuten und Sekunden strukturiert.

 

Damit zurück zu unserem vorigen Beispiel  -  Sie erinnern sich, Käpt'n Kirk, der Ihnen aus dem Hyperraum zu Hilfe kommen will:

 

Nunmehr können wir ihm die präzisen Koordinaten des Mondes genau angeben; schauen wir einmal in der folgenden Illustration..."

Archie Kepler:

Die Himmelskugel mit Himmelsnordpol und Rektaszensions- sowie Deklinationskreisen.
Die Erde im All, umgeben von der Himmelskugel. Durch den Erdmittelpunkt und den Erdäquator verläuft die Äquatorebene zum Himmelsäquator.

"Und damit ergeben sich die anderen Grundachsen des Koordinatensystems am Firmament von selbst, die uns als Gerüst für dieses System dienen.

 

Denn wir haben ja nun nicht nur den Himmelsäquator, auf welchem der Frühlingspunkt liegt, sondern wir haben auch den Himmelsnordpol: Dort, wo die gedanklich in das All

verlängerte Rotationsachse der Erde (die man 'Himmelsachse' nennt) die imaginäre Himmelskugel durchstößt: Den Himmelsnordpol, in dessen unmittelbarer Nähe heutzutage

der Polarstern liegt. Wir haben weiter, dem Himmelsnordpol entgegengesetzt, den Himmelssüdpol. Das folgende Bild (links) verdeutlicht dies noch einmal schematisch.

 

An den genannten Fixpunkten ziehen wir jetzt unser himmlisches Koordinatensystem auf, so wie es in der nachstehenden rechten Illustration (ebenfalls vereinfacht-allgemein)

zu sehen ist. Die gedachte durchsichtige Himmelskugel ist an ihrer Innenseite mit den Gestirnen besetzt, das Gradnetz auf der Himmelssphäre besteht  -  ebenso wie dasjenige

der Erde  -  aus zwei grundsätzlichen Komponenten: aus Längengraden und Breitengraden.

 

Die himmlischen Entsprechungen zu den irdischen Koordinaten 'Länge' und 'Breite' werden als 'Rektaszension' und 'Deklination' bezeichnet.

 

Schauen wir uns erst einmal die Bilder an..."

Archie Kepler:

"Sie sind ein Dummbatz. Ich sollte Sie tatsächlich auf die beiden vorigen Seiten zurückschicken, wo ich Sternbilder, Tierkreiszeichen und vor allem  -  den Frühlingspunkt

erklärt habe. Wir sehen hier natürlich das Sternbild Fische. Und dort schneiden sich der Himmelsäquator (erinnern Sie sich: die bis an die virtuelle Himmelskugel 'verlängerte'

Ebene des Erdäquators) und die Ekliptik. Diesen Schnittpunkt nennt man, zum letzten Mal jetzt Donnerwetter: den Frühlingspunkt. Schauen Sie sich noch einmal die schönen

Graphiken auf der vorherigen Seite an, falls Sie die Erde mit Himmelsäquator und Ekliptik nicht mehr vor Augen haben.

 

Also, wir nehmen den Frühlingspunkt als einen der Nullpunkte unseres himmlischen Koordinatensystems."

Archie Kepler:

"Äh....."

Justus Jauch:

"Ein guter Hinweis.

 

Ich hätte tatsächlich noch erwähnen sollen, daß die akkuraten Gradangaben  -  ob sie nun Längen- oder Breitengrade betreffen  - in verschiedenen Zahlenformaten angegeben

werden können. Die klassische Unterteilungs- und Darstellungsmethode ist: Ein Grad wird in 60 Minuten unterteilt, eine Minute in 60 Sekunden. Ein geographischer Grad umfaßt

dementsprechend 3.600 Sekunden. Die 360 Längengrade um unseren Planeten herum bestehen somit aus insgesamt 21.600 Minuten. Oder aus 1.296.000 Sekunden. Die Erde

weist einen Äquatorumfang von rund 40.075 Kilometern auf, das heißt: Zwischen jeweils zwei Längengraden, die den Äquator schneiden, liegen etwa 111,32 Kilometer; zwischen

zwei Grad-Minuten dort ungefähr 1,855 Kilometer und zwischen zwei Grad-Sekunden 31 Meter. Damit kann man seine Position schon sehr eindeutig angeben. Für die Breitengrade

gilt Analoges. Da sie allerdings, anders als die Längengrade, nicht zu bestimmten Punkten hin zusammenlaufen (was die Längengrade ja in Richtung der Pole tun) ist die Distanz,

die zwischen einem bestimmten Breitengrad und dem benachbarten liegt, überall auf der Erde gleich: Er liegt bei 111,133 Kilometern.

 

Eine zweite, heute verbreitete Darstellungsart ist die dezimale, wie ich sie soeben anhand des Hamburger Breitengrad-Exempels verwendet habe. Bei diesem Format wird ein Grad

nicht in Minuten und Sekunden gegliedert, sondern in Zehntel, Hundertstel, Tausendstel  -  und so weiter  -  Grad. Hier kommt die Strecke zwischen zwei am Äquator benachbart

liegenden Zehntel-Längengraden einer wirklichen Entfernung von 11,13 Kilometern gleich; ein Hundertstel Grad überdeckt dort einen Kilometer 113 Meter und so weiter.

 

Wenn man sich der letztgenannten  -  der Grad- und Dezimalgraddarstellung  -  bedient, kann man beliebig viele Dezimalstellen hinter dem Komma aufführen. Folglich ist behelfs

dieser Bezeichnungsweise dieselbe Definitions-Präzision zu erreichen, als wenn man eine Position auf der Erde unter Angabe von Grad, Minuten und Sekunden angibt.

 

Zusammengefaßt: Wenn z. B. ein Ort auf 50 Grad 45 Minuten nördlicher Breite liegt, kann man diese Lage stattdessen auch bezeichnen als: 50,75 Grad nördliche Breite. Denn die

60 Minuten eines vollen Grades entsprechen einhundert Prozent; somit sind 45 Gradminuten fünfundsiebzig Prozent eines Grades. Für die Länge gilt natürlich dasselbe. Aber man

muß höllisch aufpassen, wenn man Gradangaben eines Koordinatennetzes vor sich hat, welches Format gewählt ist.

 

Nun endlich zum Himmel. Wir brauchen auch dort einen Referenzpunkt für die kosmische Entsprechung der Länge, quasi einen Nullpunkt, wie er auf der Erde die Sternwarte von

Greenwich darstellte. Und da finden wir einen, der sich fast aufdrängt. Schauen wir noch einmal in dieselbe Richtung wie vorhin  -  zu demselben Zeitpunkt, und Sie schweben

immer noch frei im Raum  -, betrachten diesmal einen etwas größeren Himmelsausschnitt; und verbinden wir dann die hellsten Sterne im Bild mit farbigen Linien...

 

Was sehen wir?"

Archie Kepler:

"Da sind wir schon bei meiner Frage. Wenige Orte liegen genau an einer Position, wo sich ein Längen- beziehungsweise Breitengrad mit einer ganzen geraden Zahl schneiden. Ich

entnehme Ihrem Beispiel zu Hamburg, einer Stadt, die zwischen dem 53 und 54 Breitengrad Nord liegt, daß man in einem solchen Fall die vollen Gradangaben unter Angabe von

Dezimalstellen nach dem Komma präzisiert."

Justus Jauch:

"Ja, wobei man die Längengrade, ausgehend vom Nullten Längengrad (Greenwich-Meridian), einerseits nach Osten bis zum 180. Grad Ost und andererseits  -  von eben jenem

Nullmeridian aus  -  in Richtung Westen bis zum 180. Längengrad West zählt: Der 180. Längengrad, der durch den Pazifik verläuft, kann folglich als 180. Grad Ost oder West

bezeichnet werden, das ist egal. Man könnte selbstverständlich auch, vom Greenwich-Meridian beginnend, die Längengrade nach Osten rund um die Erde herum bis 360 Grad

durchzählen: Dann würde beispielsweise Mexiko-City nicht, wie man heute sagt, auf dem 98. Längengrad West liegen, sondern einfach auf dem 262. Längengrad. Aber so geht

man nicht vor, vielleicht weil die Längengradangaben nach Ost und West anschaulicher sind. Die Breitengrade werden, wie gesagt, nach Norden oder Süden, vom Erdäquator

ausgehend, bis zum Nord- oder Südpol gezählt, jeweils bis 90 Grad  -  auf 90 Grad nördlicher Breite liegt also der Nordpol, auf 90 Grad Süd der Südpol.

 

Übrigens werden im Flugverkehr, um Verwechslungen und Irrtümer zu vermeiden, die Längengrade stets mit dreistelliger voller Gradangabe bezeichnet, die Breitengrade dagegen

zweistellig angegeben. Beispiel Hamburg: 010,0 Grad östlicher Länge; 53,5 Grad nördlicher Breite."

Archie Kepler:

"Sie haben gerade eben gesagt, daß es 360 Längengrade und 180 Breitengrade gibt. Nun..."

Justus Jauch:

"Ja, sicher."

Archie Kepler:

"Darf ich noch kurz eine Frage zu den irdischen Koordinatenangaben stellen?"

Justus Jauch:

"Ja, Sie Emil, und wenn Sie nun einen neuen Bekannten kennenlernen, und der weiß nicht, wo der 'Blaue Emil' ... äh... 'Elefant' liegt? Und der auch keinen Stadtplan von Berlin

oder Hamburg besitzt und fremd in der entsprechenden Stadt ist? Was machen Sie dann? Eben: Dann schicken Sie ihm am besten die präzisen Längen- und Breitengrad-Angaben

des geographischen Gradnetzes, wie vorhin beschrieben, auf sein Smartphone und mittels GPS kann er sich schon bald an der blauen Donau- ... äh ... Elefantentränke einfinden.

 

Die Koordinaten des planetaren Gradnetzes sind Kugelkoordinaten  -  die Erde ist näherungsweise eine Kugel, wenngleich ihr Durchmesser von Pol zu Pol geringfügig kleiner ist

als der Äquatordurchmesser. Das Gradnetz fügt sich aus 360 Längengraden und 180 Breitengraden zusammen. Wie hier schon geschildert, ist per internationaler Konvention

der Längengrad des (früheren) Greenwicher Observatoriums in London als Nullmeridian des irdischen Längengrad-Netzes festgelegt worden; alle Längenkreise schneiden sich

im Nordpol einerseits und im Südpol andererseits. Der Äquator der Erde wiederum dient als Null-Linie für das Breitengradnetz; die Breitenkreise verlaufen parallel zum Äquator.

Die jeweiligen Längen- und Breitenkreise, die durch einen bestimmten Punkt auf der Erdoberfläche gehen, schneiden sich rechtwinklig; Ausnahme sind der Nord- und Südpol:

durch den Nordpol beispielsweise laufen alle Längenkreise hindurch und es führen alle Wege nach Süden.

 

Nun: Wie wir gesehen haben, wird die Erde scheinbar von einer Himmelskugel umgeben, die zwar eine Illusion, aber bei der Betrachtung des Firmaments allemal nützlich ist.

Denn wir erkennen ja beim bloßen Anschauen des Himmelsgewölbes nicht, wie weit ein jeweiliges Gestirn entfernt ist. Und deshalb können wir (analog zum soeben erklärten

irdischen Gradnetz) auch am Himmel ein sphärisches Koordinatensystem, ein gedachtes Kugelkoordinatensystem benutzen, um mit nur zwei Angaben die Position eines Sterns

oder eines Planeten am Himmel zweifelsfrei beschreiben zu können. Denn wir wollen vielleicht ein Teleskop präzise auf einen Stern ausrichten oder unserem Freund Kirk mitteilen,

wo im Moment gerade der Mond oder Mars steht. Dabei wäre  -  zumindest für das Auffinden eines unscheinbaren Sterns  -   die bloße Angabe eines Sternbildes nicht besonders

hilfreich; die Sternbilder nehmen eine viel zu große Fläche ein. Wir benötigen vielmehr punktgenaue Koordinaten-Angaben.

 

Für unser himmlisches Gradnetz brauchen wir nun jedoch kein gänzlich andersartiges und neues Koordinatensystem zu erfinden  -  sondern wir denken uns einfach, wie vorhin

schon kurz dargelegt, das irdische Gradnetz an die 'Innenseite' der imaginären Himmelskugel gespiegelt. Dabei gehen wir im einzelnen folgendermaßen vor..."

Archie Kepler:

"Wenn ich mich mit meinen Kumpels auf ein oder neun Bier und zwölf Kurze verabreden will, schicke ich denen eine Emil und schreibe, sie sollen am Donnerstag früh um halb elf

bei Paule im 'Blauen Elefanten' sein und Kohle mitbringen!"

Justus Jauch:

"Sie, Herr, reizen Sie mich nicht, sonst werde ich zum intergalaktischen Monster! Der Mond erscheint auf dem Photo, in dieser Größe der Ansichtsdarstellung eben, etwas klein,

weil ein recht umfangreicher Himmelsausschnitt abgebildet ist. Wichtig ist vor allem eines: Die Sterne, die Sie auf der Illustration sehen, gibt es so, wie dargestellt, wirklich;

sie sind also nicht etwa bloße Zierde, die ich als wahllos und zufällig ins Bild gesetzte Punkte hier hinein gemalt hätte. Und auch der Mond ist in seiner realen Stellung und Größe

zu sehen; so, wie er sich zu dem genannten Zeitpunkt vor den Sternen zeigen würde.

 

Und jetzt kommen wir zum Punkt: Sie brauchen ein Koordinatensystem, um genau zu beschreiben, wo präzise der Mond jetzt im Augenblick in dem Bild positioniert ist, das ja

einen bestimmten Himmelsausschnitt zeigt, wie Sie ihn von Ihrem Standort aus wahrnehmen, der Sie vorübergehend den Platz der gesamten Erde eingenommen haben.

 

Nehmen wir einmal folgenden Sachverhalt an: Sie werden von einer Basis auf der Mondoberfläche aus beschossen und rufen Ihren Freund Käpt'n Kirk zu Hilfe, der in seinem

Raumschiff 'Gänseprise' dienstwilligst und eifrig aus dem Hyperraum angeflogen kommt und jeden Augenblick bei Ihnen auftauchen kann. Das Problem ist nur: Ganz genau

in demjenigen Moment, da Kirk neben Ihnen erscheinen wird, muß er auch schon mit seinen alles pulverisierenden Feiser-Kanonen  -  bekanntlicherweise nach dem berühmten

Professor Schniedelwatz Feiser benannt  -  muß also Ihr Freund Kirk mit seinen Raumschiffwaffen sofort das Feuer auf die feindliche Mondstation eröffnen, weil er sonst selbst

von deren Besatzung, den heimtückischen Mondkälbern (die eine Reaktionszeit von nur wenigen tausendstel Sekunden haben) als Atomwolke in Richtung Sirius geblasen wird.

 

Kirk kann somit, wenn er sich mit der 'Gänseprise' bei Ihnen einfindet, nicht lange herumsuchen, kann sich nicht lange orientieren und nach dem Mond fahnden  -  damit er

nicht aus Versehen etwa den Mars beschieße  -,  sondern Sie müssen ihm schon VOR seinem Eintreffen die präzisen Koordinaten des Erdtrabanten per Hyperfunk durchgeben.

Denn der Mond ist ja recht nahe bei Ihnen und bewegt sich ziemlich schnell vor dem Hintergrund der fernen Sterne, die für den Augenblick als feststehend angesehen werden

können  -  eben als FIXsterne  -, so daß er vor dem Sternenhintergrund wandert. Wie vorhin schon gesagt, kommen wir später im einzelnen darauf zurück, wie der Mond, genau

betrachtet, dahinfliegt und um wen oder was er sich dreht. Jetzt zunächst: Kirk muß sein Raumschiff präzise auf den Mond ausgerichtet haben, wenn er bei Ihnen auf den Plan

tritt. Wie beschreiben Sie ihm im vorhinein die Position des Mondes für die Sekunde der Entscheidung? Sie können doch nicht sagen: Rechts unterhalb zweier heller Sterne, zwei

Breiten einer Orion-Goldmünze neben einer Vierergruppe nicht ganz so auffälliger Sterne, und etwa acht Längen eines Mittelfingers..."

Archie Kepler:

"Der Mond ist ein alter Knallkopp? Und warum ist er denn so klein?"

Justus Jauch:

"Nein, es ist der Mond, alter Knallkopp!"

Archie Kepler:

"Nein, da oben links ist noch so eine helle Kugel... Ist das der Lampion vor einer intergalaktischen Kneipe?"

Justus Jauch:

"Ja, es ist ein Ausschnitt des Weltalls, so wie Sie es von Ihrem Standort aus zu einem ganz bestimmten Zeitpunkt sehen  -  Sie vertreten ja nun quasi, allein im Raum schwebend,

die Position der gesamten Erde. Welcher Zeitpunkt das hier genau ist?  Der 20. Februar 2018, 08:08:36 Uhr Weltzeit, aber das erwähne ich nur der Vollständigkeit halber. Dieser

Zeitpunkt hat keine besonders ausgezeichnete Bedeutung, er ist einfach willkürlich gewählt, um Ihnen jetzt die Grundlagen eines der hauptsächlichen, geläufigsten astronomischen

Koordinatensysteme zu demonstrieren. Es ist zwar nicht das einzige, aber damit beginnen wir:

 

Es wird das 'mitbewegte Äquatorsystem', manchmal auch das 'bewegliche Äquatorsystem' genannt. Keine Angst, ich veranschauliche nach und nach, was man damit meint.

 

Gut, Sie sehen hier auf dem Bild aber nicht nur Sterne, oder?"

Archie Kepler:

"Ein Photo eben... und... oh, es ist voller Sterne!!"

Justus Jauch:

"Ich fummele nicht an meiner Hose herum, sondern an meinem Riemen. Dem Tragegurt nämlich, mit dem ich meinen Laptop hier befestigt habe... Warten Sie kurz... Moment...

 

So, schauen Sie sich dieses Bild an. Was sehen Sie?"

Archie Kepler:

"Sie, hören Sie auf, an Ihrem Hosenlatz herumzufummeln!"

Justus Jauch:

"Zunächst einmal nicht. Erst will ich Ihnen etwas zeigen... Schauen Sie einmal her."

Archie Kepler:

"Darf ich mich ein bißchen drehen?"

Justus Jauch:

"Genau. Stellen Sie sich also vor, Sie würden frei im Raum schweben, an genau derselben Stelle, an der sich die Erde kurz zuvor befand. Sie sind bewegungslos  -  wir sehen jetzt

einmal davon ab, bewegungslos relativ zu welchem Bezugssystem; für den kurzen Zeitraum unserer Imagination ist das sicherlich zulässig. Nun gut, ihre Sicht auf eine Hälfte des Alls

(nämlich auf die 'untere') wird nunmehr nicht mehr verdeckt vom Erdboden, also von der Erde selbst: Sondern Sie sind jetzt sichtbar umgeben vom gesamten Kosmos, wie er eben

von der Position der Erde im All aus erscheint."

Archie Kepler:

"Die Erde?"

Justus Jauch:

"Jaja, jetzt langt's wieder für heute!

 

Passen Sie auf, ich werde Sie Schritt für Schritt mit den astronomischen Koordinatensystemen und den damit verbundenen Sichtweisen von der Erde aus und im Kosmos vertraut

machen. Um also von der schwankenden und drehenden Erdkugel zunächst einmal nicht verwirrt zu werden, denken wir sie uns für einen Augenblick lang einfach weg."

Archie Kepler:

"Och, das habe ich irgendwann einmal bei Wilhelm Busch gelesen, wenn mir recht ist..."

Justus Jauch:

"Wie belieben?"

Archie Kepler:

"Weh, jetzt wird die Straße krumm, und es dreh'n sich alle Pappeln... Und auch Meier dreht sich um."

Justus Jauch:

"Für Laien ist es erfahrungsgemäß etwas schwierig, die verschiedenen astronomischen Koordinatensysteme intuitiv zu begreifen. Das liegt im wesentlichen daran, daß wir uns eben

auf der Erde befinden, einer Kugel, deren Achse gegenüber der Ebene der Erdumlaufbahn um die Sonne  -  der Ekliptik  -  recht stark geneigt ist. Darüber hinaus stehen die meisten

Menschen, wenn sie nachts in das Weltall hinausschauen, nicht direkt an einem der Pole oder auf dem Äquator, sondern betrachten den Himmel beispielsweise von Mitteleuropa aus,

somit stehen sie auch noch 'schräg' auf der Kugel  -  das heißt: ihre Körperachse ist geneigt zur Äquatorebene  -, und die Erdkugel dreht sich während eines Tages von West nach Ost

um ihre Rotationsachse, und sie läuft im Laufe eines Jahres um die Sonne herum; damit nicht genug: noch dazu schwankt die Erdachse im Raum..."

Archie Kepler:

Die Erde. Schema des geographischen Koordinatennetzes mit Nullmeridian, Polen und Äquatorebene.

 

Vom Erdmittelpunkt gehen hier drei Strahlen aus, welche die Schenkel von zwei Winkeln bilden:

 

Der Winkel Erdmittelpunkt  -  Punkt A  -  Punkt B ergibt, in Grad ausgedrückt, die Länge (hier: östliche Länge) des Ortes 'P';

der Winkel Erdmittelpunkt  -  Ort 'P'  -  Punkt B definiert, wiederum in Grad bezeichnet, die Breite (hier: nördliche Breite) des Ortes 'P'.

 

Beide Angaben genügen, um einen Punkt auf der Globusoberfläche exakt zu definieren, sofern, wie erwähnt, von der Höhe über oder unter der Oberfläche abgesehen wird.

 

"Ein Geometer würde gewiß verzweifeln vor der Aufgabe, eine ihm unbekannte Gegend zu vermessen, wenn er seine Instrumente nur in der hin und her schwingenden Gondel

eines Jahrmarkt-Riesenrades aufstellen könnte, das sich selber dreht und außerdem unter unregelmäßigen Windböen schwankt. Etwa in dieser Lage befindet sich aber

der Astronom, der die wahren Orts- und Bewegungsverhältnisse im Weltraum ermitteln will! Denn die Erde rotiert, und zwar mit nicht genau gleichbleibender Geschwindigkeit;

sie läuft gleichzeitig um die Sonne (die sich ihrerseits bewegt), und außerdem führt die Erdachse recht verwickelte Schwankungen aus." (Zitat      )

 

Wenn wir die Lage eines bestimmten Gestirns an der Himmelssphäre bestimmen wollen, brauchen wir zunächst einmal einen Bezugspunkt, einen 'Nullpunkt', von dem aus gemessen werden kann.

 

"Nur im Verhältnis zu einem Bezugssystem können wir überhaupt sinnvolle Ortsangaben machen."

"Wir (bzw. die Gelehrten) müssen ein Bezugssystem auswählen und uns im Wege der Konvention darüber einigen, daß alle es benutzen."

 

Im täglichen Leben gehen die Menschen  -  meistens ohne großes Aufhebens oder sogar unbewußt  -  von ständig wechselnden Bezugssystemen aus, je nachdem, welcher praktische Zweck

der jeweiligen Situation am besten angepaßt ist. "Wir sprechen vom Feld F 3 auf einem Schachbrett oder vom rechten Vordersitz eines Autos und sehen dabei ganz davon ab, wie Schachbrett oder

Auto im übrigen im Raume orientiert sind. In der darstellenden Geometrie benutzen wir gewöhnlich rechtwinklige Koordinatensysteme aus drei Achsen, die von einem gemeinsamen Nullpunkt

ausgehen und senkrecht aufeinanderstehen. Die drei Koordinaten eines Punktes sind dann seine (rechtwinklig gemessenen) Abstände von den drei Achsen."

 

Wie jedoch jedermann anhand der Betrachtung eines Erdglobus feststellen kann, wenden Geographen eine andere Methode an, falls die genaue Position von Orten auf der Erdoberfläche beschrieben

werden soll: Sie legen ein Gradnetz über den Globus. Wenn dabei von der dreidimensionalen Lage des Ortes abgesehen werden kann (also: liegt der Ort auf einem Berg oder aber nur auf der Höhe des

Meeresspiegels), sind für eine solche Ortsdefinition auf dem Globus ausschließlich zwei Koordinaten erforderlich. Das Gradnetz, das man sich über die Erdkugel gelegt denkt, "geht aus von den beiden

Punkten, in denen die Rotationsachse der Erde an ihre Oberfläche stößt, dem Nordpol und dem Südpol also, und einem Großkreis um die Erde, der von beiden Polen genau gleich weit entfernt ist,

also die Erde in zwei Hälften teilt und deshalb 'Äquator', wörtlich Gleichmacher, genannt wird."  -

 

Die jeweils ganz einmalige Lage eines bestimmten Ortes "P" auf der Erdoberfläche zwischen einem der beiden Pole und dem Erdäquator "bezeichnen wir als geographische Breite. Sie wird angegeben

durch den Winkel, den der Radius von P zum Erdmittelpunkt mit der Äquatorebene bildet." Die Breite wird vom Äquator aus in Richtung Norden und Süden gezählt und kann einen Wert

zwischen Null Grad (nämlich am Äquator) und Neunzig Grad (an einem der Pole) annehmen, je nachdem, wo der Ort liegt. "Die nördliche Breite wird abgekürzt mit einem Pluszeichen,

die südliche mit einem Minuszeichen gekennzeichnet. Alle Orte gleicher Breite verbindet jeweils ein Breitenkreis. Die parallel zum Äquator verlaufenden Breitenkreise werden vom Äquator

nach den Polen zu immer kleiner und schrumpfen am Pol zu einem Punkt zusammen."

 

Und die geographische Länge? Nun, sie ist "der Winkel, den die Meridianebene des Punktes P mit der Ebene des Nullmeridians bildet. Als Nullmeridian dient aufgrund internationaler Übereinkunft

derjenige Meridian, der durch die Sternwarte von Greenwich bei London verläuft. Daß die Sternwarte inzwischen an einen anderen, weiter von London entfernten Ort (Herstmonceux in Sussex)

verlegt worden ist, bleibt dabei unberücksichtigt. <...> Die Länge wird von diesem Meridian aus nach Osten und Westen gezählt und kann zwischen 0°  und  180°  betragen."

 

Die Sternwarte von Greenwich (Royal Greenwich Observatory), im Juni 1675 vom englischen König Charles II.  als Arbeitsstätte für den Hofastronomen des Königs gegründet, zog im Jahr 1990

noch einmal um, und zwar nach Cambridge, bevor sie 1998 endgültig geschlossen wurde. Die Festlegung desjenigen Längengrades, der durch den Teleskop-Mittelpunkt des einstigen Observatoriums

lief, als irdischer Nullmeridian und damit als Referenz- und Null-Linie der Längengrade, wurde durch die Schließung der Sternwarte allerdings nicht berührt.

 

Und nun eine wichtige Feststellung, die deutlich macht, warum wir uns hier recht ausführlich mit dem geographischen Gradnetz befaßt haben, das man virtuell über den Globus legt, um die Position

eines jeden Punktes auf der Erdoberfläche zweifelsfrei bestimmen zu können: "Alle in der Astronomie gebräuchlichen Koordinatensysteme ähneln dem geographischen Gradnetz. Man gibt stets

zwei Winkel an, die der geographischen Breite und Länge entsprechen."  Der Himmelskörper, dessen Position am Firmament man bestimmen will, "liegt auf einem Strahl, der vom Nullpunkt

des Koordinatensystems aus in die durch die beiden Winkel definierte Richtung läuft. Es bleibt dabei offen, wie weit er entfernt ist. Für viele Zwecke  -  z. B. für das Auffinden eines Sterns

am Himmel  -  genügt diese Richtungsangabe." Und wie hat man nun prinzipiell (auf die Einzelheiten gehen wir weiter unten näher ein) ein solches astronomisches Gradnetz, das seinem

geographischen Pendant ähnelt, gestaltet? Man hat nichts grundsätzlich Neues erfunden: "Um ein dem irdischen entsprechendes Gradnetz am Sternenhimmel zu gewinnen, brauchen wir

uns nur vorzustellen, das irdische Netz werde gegen die Himmelskugel projiziert  -  etwa so, als wäre die Erde eine Glaskugel mit einer starken Lichtquelle in der Mitte und einem auf

die Außenhaut in schwarzen Linien aufgetragenen Gradnetz. Auf der Innenseite einer Himmelskugel, die konzentrisch um die Erde läge, würde sich dann das Gradnetz als Schatten

abzeichnen. Wir gewinnen dabei als Bezugspunkte in der Verlängerung der Erdachse nach Norden den Himmelsnordpol (in der Gegend des Polarsterns, wenn auch nicht genau mit

diesem zusammenfallend), ihm gegenüber den Himmelssüdpol, und in der Mitte zwischen beiden den Himmelsäquator."

 

Damit wollen wir den hier zitierten Autoren, für seine bildlichen Erläuterungen freundlichst hutlüpfend dankend, verabschieden und ihn seines weiteren Weges auf der Milchstraße

dahinziehen lassen, wo er sogleich in etwas verwickeltere Diskussionen über ausgeklügelt-verschiedene Koordinatensysteme schnell hinein- und hindurchtaucht, Erörterungen, die

für unseren Laien Justus Jauch in ihrer Rasanz wohl ein wenig zu schwer verständlich wären. Bevor wir den guten Justus hier aber, etwas behutsamer, von unserem Professor Kepler

an die Materie heranführen lassen, zeigen wir noch einmal in einer dem Auge gefälligen und deshalb dem Normalverbraucher zukömmlichen Art, was mit den  Ausführungen

in diesem Absatz  -  hinsichtlich des planetaren Gradnetzes also  -  genau gemeint war und werden dann unsererseits in den Himmel abtauchen.

"Jawohl, die gibt es. 'Sternzeit' ist ein Begriff aus der sogenannten sphärischen Astronomie. Mit letztgenanntem Begriff ist dasjenige Sachgebiet der Astronomie gemeint, das sich

mit den Positionen der Gestirne am Himmel, der Vermessung dieser Gestirnsörter und mit den dazu geeigneten und geschaffenen Koordinatensystemen befaßt. Vereinfacht gesagt:

Es geht um die Frage, wo genau am Himmel ein bestimmter Stern oder Planet steht (oder auch die Sonne beziehungsweise der Mond oder etwa ein neu aufgetauchter Komet). Und

die Frage lautet dann, weitergehend, selbstverständlich: Wie beschreibt man diesen Standort?

 

Die 'sphärische Astronomie' sieht also erst einmal von den physikalischen Eigenschaften von Sternen, Planeten und anderen Himmelskörpern ab, sogar von den  -  ja jeweils gewaltig

unterschiedlichen  -  Distanzen der Gestirne von der Erde, sondern behandelt zunächst nur ihren jeweiligen Ort am Firmament: Und von der Erde als Bezugsort ging ja in früheren Jahrhunderten und Jahrtausenden jede Betrachtung des Sternenhimmels aus.

 

Wie hier schon erwähnt, stellten sich in der Antike die Gelehrten das Firmament tatsächlich als eine gewaltige kristallene Kugel vor  -  meistens sogar als mehrere Kugeln, die sich

irgendwie ineinandergeschachtelt umeinander bewegen sollten  -, an denen Sonne, Mond, Planeten und Sterne angeheftet seien. Von der Fixsternkugel meinte man, sie würde sich

während 24 Stunden einmal um die Erde drehen, die man als ruhenden Mittelpunkt des Kosmos ansah.

 

Die jeweilige Stellung der Gestirne am Himmel, an der 'Himmelskugel'  -  daher das Wort 'sphärisch', also 'kugelförmig', im Begriff 'sphärische Astronomie'  -  mußte man nun

irgendwie definieren und genau bestimmen können. Dabei haben sich während des 18. und 19. Jahrhunderts verschiedene Koordinatensysteme herausgebildet, die in ihren

Grundlagen bis heute gelten. Sie sind für den astronomischen Laien hauptsächlich deshalb verwirrend, weil die Erdkugel im All in einer bestimmten Art und Weise ausgerichtet ist

und sich alle möglichen Drehungen und Bewegungen vollziehen, die zu berücksichtigen sind. Ein Kollege von mir hat die Situation einmal mit folgenden Worten beschrieben..."

Archie Kepler:

"Aha... Soso... Die Sternzeit gibt es also wirklich? Nicht nur in Science-Fiction-Filmen?"

Justus Jauch:

"Hören Sie auf, hier herumzuposaunen, mitten auf dem Gehweg, die Leute schauen ja schon! Sie haben wohl nicht alle Latten am Zaun! Mit Sternzeit meine ich etwas anderes."

Archie Kepler:

"Äh... Sternzeit... Au ja, wird also doch interessant. Ich bin so weit schon ganz gut informiert darüber, wissen Sie; aus 'Raumschiff Enterprise' nämlich, habe mir jede Folge angeschaut.

Aufgepaßt: COMPUTER-LOGBUCH DER ENTERPRISE; STERNZEIT 5823,5  -  KÄPT'N KIRK. WIR BEFINDEN UNS SEIT ZEHN STUNDEN IM FANGSTRAHL VON..."

Justus Jauch:

"Von astronomischen Koordinatensystemen und der Sternzeit!"

Archie Kepler:

"Oooch... Erzählen Sie mir lieber etwas von Marsmenschen oder so. Ich habe vor kurzem einen Film gesehen, wissen Sie, mit Wesen aus dem Wega-Sektor. Die hatten so schleimige

rosafarbene Tentakel und... "

Justus Jauch:

"Fällt mir nicht im Traum ein! Ich verspreche Ihnen, daß wir auf dieses Thema zurückkommen werden  -  das wird sehr interessant. Aber zunächst einmal, guter Mann, müssen Sie

sich doch am Himmel zurechtfinden können. Und deshalb zeige ich Ihnen jetzt, wie Astronomen dabei vorgehen. Sprechen wir also über astronomische Koordinatensysteme."

Archie Kepler:

"Bitte, was? Sie wollen mich wohl auf den Arm nehmen!"

Justus Jauch:

Zitate in dem Absatz, in dem der Zitatverweis steht, aus:

Hans Joachim Störig "Knaurs Moderne Astronomie"; © 1972, 1985, 1992 Droemersche Verlagsanstalt Th. Knaur Nachf., München

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Fortsetzung folgt...

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