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Die Position der Sonne und die Gestalt der Erde

Weltweite Beobachtung der Sonne und Messung ihrer Position über dem Horizont
am 24. April 2009
Der Projekttag ist vorüber!

Erste Positionsmessungen, Mittagsmessungen und Eindrücke sind veröffentlicht.

Wenn Sie nicht an den einführenden Bemerkungen interessiert sind, können Sie direkt zur Prozedur des Projektes.springen.

Einführung

Der tägliche Lauf der Sonne beeinflusst entscheidend unser Leben. Trotzdem sind die meisten Menschen nur wenig oder gar nicht mit ihm vertraut. Es ist das Ziel dieses Projektes, die Teilnehmer zu veranlassen, den Lauf der Sonne am Himmel bewusst wahrzunehmen und mit den damit verbundenen Phänomenen (z. B. der Bewegung von Schatten, der Tageslänge, den Jahreszeiten, den Auf- und Untergangspunkten der Sonne am Horizont und der Beziehung zwischen der (lokalen) Sonnenzeit und der Zonenzeit (MEZ)) vertraut zu werden. Dabei werden sie Phänomene wahrnehmen, die durch die Drehung der Erde, durch die Neigung ihrer Achse und durch ihren jährliche Lauf um die Sonne verursacht werden.

Typischer Tageslauf der Sonne Derselbe Sonnenlauf, Richtung Osten betrachtet,
und der durch die Sonne verursachte Lauf der Schattenspitze

Die Sonne geht am östlichen Horizont auf, erreicht ihre größte Höhe im Süden (im Norden, wenn man auf der Südhalbkugel lebt) und geht in westlicher Richtung unter. Die Veränderung aller Schatten auf der Erde hängt eng mit diesem Sonnenlauf zusammen: Morgens haben alle Bäume, Häuswer, ... lange Schatten, die nach Westen zeigen, mittags zeigen die kürzesten Schatten nach Norden (Süden) usw. Dieser Umstand eröffnet die Möglichkeit, den Sonnenlauf zu beobachten, ohne direkt in die Sonne zu blicken, was sehr gefährlich für die Augen ist.

Wenn man den Sonnenlauf verfolgt, indem man den Schatten immer desselben Objektes beobachtet und aufzeichnet, dann kann man seine Veränderung im Laufe von Tagen, Wochen und Monaten bemerken.

Veränderung der täglichen Sonnenbahn im Laufe des Jahres
21. Dezemberth 21. Märzth 21. Junith
Diese Bilder wurden mit dem Programm "Schattenspur" erzeugt, das den Tagbogen der Sonne für beliebige Tage im Jahr und für alle Orte auf der Erde veranschaulicht.

Die Gestalt der Erde

Durch die Beobachtung und Messung von Schatten wird es zusätzlich möglich, die eigenen Beobachtungen mit denen von Beobachtern zu vergleichen, die weit entfernt leben. Auf diese Weise kann man bemerken, dass an entfernten Orten zu derselben Zeit die Sonne anders am Himmel steht, als man selbst beobachtet.


Vergleich zwischen gleichzeitiger Sonnenpositionen,
"aufgenommen" von Essen, Istanbul und Shanghai aus

Da alle Beobachter dieselbe Sonne beobachten, deren Licht überall auf der Erde parallel auftrifft, beweist diese Feststellung, dass die Horizonte der verschiedenen Beobachter unterschiedliche Orientierung haben müsssen: Wir leben nicht auf einer flachen Scheibe! Natürlich "weiß" heutzutage jedes Kind, dass die Erde eine Kugel ist. Aber ist jedes Kind (und auch jeder Erwachsene!) wirklich überzeugt davon? Wissen sie Argumente für diese Aussage?

Die Erde
Innenansicht Außenansicht

Es ist schwierig, Erfahrungen zu machen, die die Kugelgestalt der Erde beweisen oder zumindest zeigen, dass sie "abgerundet" ist. Auch wenn Satelliten uns Fotografien übermitteln, die die Erde als runde Scheibe zeigen: Zeigen diese Bilder wirklich eine Kugel? Und, noch wichtiger: Zeigen sie wirklich unsere Heimat?

Diese Projekt bietet die Möglichkeit, durch eigene Beobachtungen die Erde als Kugel zu erfahren. Die Teilnehmer können darüber hinaus mit ihren eigenen Messdaten dazu beitragen, den Erdradius recht genau zu bestimmen und zu beweisen, dass dieser Radius überall auf der Erde denselben Wert hat. Das heißt, sie werden durch internationale Zusammenarbeit beweisen:

Die Erde ist tatsächlich eine (fast perfekte) Kugel!

Das Projekt

Die zugrunde liegende Idee

Wenn Menschen von verschiedenen Orten der Erde aus gleichzeitig zur Sonne sehen, werden sie die Sonne an verschiedenen Stellen ihres Himmels beobachten. Wenn man weiß, dass die Erde eine Kugel ist, kann man das leicht verstehen. Umgekehrt ist es möglich, die Erdgestalt zu bestimmen, indem man von verschiedenen Orten aus gleichzeitig den Winkel zwischen dem auftreffenden Sonnenlicht und der Erdoberfläche misst.

Wir werden die Position der Sonne messen, das heißt, die Himmelsrichtung, in der sie gegen Süden (bzw. gegen Norden)steht , ihren Azimut, A und ihre Höhe h über dem Horizont, in dem wir die Spitze des Schattens eines senkrechten Stabes (eines "Gnomons") markieren. Im Prinzip kann man zwar auch einen spitzen Bleistift als Gnomon verwenden, aber wegen der Unschärfe dieses Schattens ist es besser, statt einer Spitze ein Loch zu verwenden. Die Verwendung einer solchen "Lochkamera" wird detailliert auf einer zusätzlichen Seite beschrieben.

Zentraler Projekttag und Messzeitpunkte

Natürlich ist die Sonne nur von den Orten auf der Erde aus gleichzeitig zu sehen, die auf der Tagseite der Erde liegen. Der Zeitpunkt ist deshalb so gewählt, dass sich Menschen aus möglichst vielen Ländern an dem Projekt beteiligen können. Der Hauptzeitpunkt des Projektes ist

24. April 2009 um 6.47 Uhr UT

Zu diesem Zeitpunkt sieht die Erde, von der Sonne aus, folgendermaßen aus:


Tagseite der Erde am 24. April 2009 um 6.47 Uhr UT
Die Punkte markieren die Orte, die an diesem Projekt teilnehmen.
Diese und die folgenden Weltkarten und die zugehörige Liste werden ständig aktualisiert.

Um diese Uhrzeit befindet sich die Sonne in Bangalore, Indien, genau im Zenit. Oder: Bangalore ist der subsolare Punkt. Das ist deshalb günstig, weil es dadurch einfach ist, die Entfernung der Beobachtungsorte vom subsolaren Punkt, die eigentlich selbst gemessen werden müsste, zu berechnen. Details dieser Berechnung werden hier beschrieben.

Um die Form der ganzen Erde vermessen zu können und auch den Menschen, die sich zu diesem Zeitpunkt auf der Nachtseite der Erde befinden, die Teilnahme am Projekt zu ermöglichen, werden die Messungen an zwei weiteren Zeitpunkten wiederholt:

April 24th, 2009, 15.56 UT and 22.29 UT

24. April, 15.56 Uhr UT 24. April, 22.29 Uhr UT

Um 15.56 Uhr UT steht die Sonne in Bridgetown auf Barbados im Zenit. Der dritte Zeitpunkt wurde so gewählt, dass der subsolare Punkt so nahe wie möglich bei und genau südlich von Hawaii liegt. In Hawaii selbst hat die Sonne zu dieser Zeit eine Zenitdistanz von 8.2°. Erst am 27. Mai wird sie dort im Zenit stehen.

Das im Projekt verwendete Beobachtungs- und Messverfahren

Das Messverfahren wird auf einer zusätzlichen Seite detailliert beschrieben. Deshalb werden hier nur die wesentlichen Punkte aufgeführt:

  1. Die Ebene, auf der der Schatten aufgefangen und markiert werden soll, muss exakt horizontal, der Stab exakt vertikal sein.
  2. Auf dieser Ebene sollte ein Koordinatensystem aufgezeichnet sein. Eine seiner Achsen sollte so genau wie möglich nach Norden (Süden) ausgerichtet sein. Die genaue Nord-Süd-Richtung sollte möglichst bereits an den Tagen zuvor bestimmt worden sein. Notfalls kann sie aber auch am Projekttag selbst gefunden werden. Wir bieten dazu ein Excel-Datenblatt ein Beispieldatenblatt an.
  3. Die Schattenspitze muss genau zum Projektzeitpunkt t0 markiert werden (möglichst eine Funkuhr verwenden!).
  4. Die Differenz zwischen der eigenen Zonenzeit und der Weltzeit muss vorher bekannt sein. Achten Sie auf Sommerzeit! (MESZ geht gegenüber der Weltzeit um zwei Stunden vor.)
  5. Für eine vereinfachte Auswertung wäre es gut, zusätzlich die Schattenlänge und die genaue Uhrzeit des lokalen Mittags zu messen. Zu diesem Zeitpunkt kreuzt die Schattenspitze die Nord-Südlinie.
  6. Übermitteln Sie Ihr Messergebnis zusammen mit Ihrer geografischen Position an unsere zentrale Datenseite. Es wäre schön, dort ebenfalls ein typisches Bild (z. B. das Grundblatt mit Ihren Markierungen oder ein Eindruck vom Messereignis) vorzufinden. Auf dieser Seite werden die Daten aller Beobachter gesammelt.
  7. Eventuell gemessene Mittagsdaten und zusätzliche Bilder können an die unten stehende mail-Adresse geschickt werden.
Beispiele von Messergebnissen und Eindrücke von den Messungen werden auf unserer Seite mit Impressionen gezeigt werden.

Evaluation

Auch das Auswertungsverfahren wird auf einer gesonderten Seite dargestellt. Die wesentlichen Punkte sind:

  1. Durch Vergleich Ihres Ergebnisses mit dem subsolaren Punkt wird automatisch ein Wert für den Erdradius berechnet. Sie finden "Ihr" Ergebnis, wenn Sie sich die Liste aller Ergebnisse ansehen, z. B. unter view_table0647
  2. Um einen wirklich eigenen Wert für den Erdradius zu erhalten, müssen Sie Ihr Ergebnis mit denen anderer Beobachter vergleichen. Leider ist der zugehörige Algorithmus etwas kompliziert. Wir haben deshalb ein kleines Programm geschrieben, das die Arbeit für Sie übernehmen kann.
  3. Eine vereinfachte Auswertung, die die selbst gemessenen Mittagsergebnisse mit verwendet, wird auf der Zusatzseite beschrieben werden.


Udo Backhaus

last change:  03.04.2012