29
Dec
2012

Die Asymmetrie des Sonnenauf- und -untergangs

Der kürzeste Tag des Jahres fällt in Deutschland auf den Tag der Wintersonnenwende, das heißt den 21. oder 22. Dezember, während der längste Tag auf die Sommersonnenwende, also für gewöhnlich den 21. Juni, fällt. Würden wir im Norden Skandinaviens leben, würde uns das gar nicht auffallen, denn dort gibt es in bestimmten Jahresabschnitten Polarnacht und Polartag, in denen die Sonne nie auf- bzw. untergeht. In Deutschland hingegen liegt die astronomisch mögliche Sonnenscheindauer am 21. Dezember zwischen 7,2 Stunden an der dänischen Grenze und 8,5 Stunden im äußersten Süden. Eine Orientierung, wie lang die Sonne bei Ihnen zum Winteranfang scheinen kann, erhalten Sie, wenn Sie rechts unter der Rubrik "Thema des Tages" auf "[mehr]" klicken.

Dem aufmerksamen Beobachter ist vielleicht aufgefallen, dass der zeitigste Sonnenuntergang nicht am 21. Dezember, sondern bereits um die Mitte des Monats eintritt. Auf der anderen Seite tritt der späteste Sonnenaufgang auch erst einige Tage nach der Wintersonnenwende ein, beispielsweise in Norddeutschland etwa am heutigen 29. Dezember, im Süden sogar noch später. Eine analoge Asymmetrie gibt es auch um die Sommersonnenwende herum. Woher kommt aber diese Asymmetrie, deren Effekt von Süd nach Nord abnimmt?

Die Erklärung liegt darin, dass die scheinbare Bewegung der Sonne über den Himmel nicht mit gleichmäßiger Geschwindigkeit geschieht. Das hat zwei Ursachen: Johannes Kepler (1571-1630) entdeckte, dass sich die Planeten auf elliptischen Bahnen um die Sonne bewegen. Das trifft natürlich auch auf unsere Erde zu. Die Sonne steht in einem der beiden Brennpunkte der Ellipse, wobei die Erde in Sonnennähe eine größere Bahngeschwindigkeit hat. Die zweite Ursache ist die gegenüber der Bahnebene geneigte Erdachse.

Wenn man nun jeden Tag zur selben Zeit die Position der Sonne beobachtet (also beispielsweise fotografiert), wird man zunächst vermuten, dass die Sonne zur gegebenen Zeit immer in der gleichen Himmelsrichtung steht - lediglich nur höher am Horizont im Sommer und niedriger im Winter (die Jahreszeiten entstehen übrigens auch durch die um 23,44 Grad geneigte Erdachse). Schaut man aber ganz genau hin, so stellt man fest, dass auch die Himmelsrichtung ein wenig variiert. Legt man alle Fotos in einem Bildbearbeitungsprogramm übereinander, so erhält man das sogenannte Analemma, welches alle Sonnenbilder in Form einer lang gestreckten Acht verbindet.

Bestimmt man die Zeit mit einer Sonnenuhr, so tut man dies über den Schattenwurf eines Stabes auf eine Skala. Diese Zeit wird Sonnenzeit genannt. Wenn die Sonne genau im Süden steht, sollte die wahre Sonnenzeit genau 12 Uhr sein, sofern die Sonnenuhr richtig ausgerichtet ist. Wenn man nun an zwei aufeinanderfolgenden Tagen mit einer exakten (mechanischen) Uhr die Zeit bestimmt, zu der die Sonne genau im Süden steht (ein sogenannter wahrer Sonnentag), so wird man feststellen, dass dieser Zeitraum in der Regel leicht von den bekannten 24 Stunden abweicht. Gemittelt über ein Jahr erhält man aber eben diese 24 Stunden, welche mittlere Sonnenzeit genannt werden. Diese Abweichung zwischen wahrer und mittlerer Sonnenzeit basiert ebenfalls auf der ungleichmäßigen scheinbaren Bewegung der Sonne über den Himmel und beträgt von einem Tag zum nächsten zwischen wenigen Sekunden und knapp einer halben Minute. Im Laufe der Zeit summieren sich diese Sekunden auf und werden nach einigen Wochen zu mehreren Minuten, bevor sich das Vorzeichen bei der Aufaddierung umdreht, die Minuten also subtrahiert werden. Die Sonne läuft im November scheinbar eine gute Viertelstunde voraus, während sie im Januar und Februar eine knappe Viertelstunde zurückliegt. Im Dezember geschieht der Übergang von einer "frühen" in eine "späte" Sonne. Das führt dazu, dass sowohl Sonnenauf- als auch -untergang vor der Wintersonnenwende am 21. Dezember ein wenig zeitiger stattfinden, als es über die mittlere Sonnenzeit geschehen würde, was uns wieder zur Asymmetrie des Sonnenauf- und -untergangs führt.

In der heutigen technisierten Gesellschaft richtet man sich nicht mehr direkt an der Sonne aus. Das wäre auch gar nicht möglich, denn sonst würde es große Probleme, beispielsweise bei der Einhaltung von Zugfahrplänen, geben. Im Jahre 1884 einigte man sich darauf, die auf dem durch das englische Greenwich verlaufenen Meridian gültige Zeit als Weltzeit zu nehmen. Die Welt wurde so geteilt, dass alle 15 Längengrade, die man von Greenwich nach Osten bzw. Westen fährt, zur Greenwich-Zeit eine Stunde addiert bzw. subtrahiert wird. Die in Greenwich gültige Zeit wird heutzutage auch Universal Time Coordinated (kurz: UTC) genannt. Diese beinhaltet auch sogenannte Schaltsekunden, die eine Kopplung an den astronomischen Tag vornehmen, da der Schalttag, der alle vier Jahre am 29. Februar stattfindet, nicht genau die Abweichung bei der Dauer eines Jahres kompensieren kann. Die letzte Schaltsekunde wurde in der Nacht zum 1. Januar 2009 um 23:59:59 Uhr UTC eingefügt.

Die Angabe von Zeiten in UTC ist übrigens auch in der Meteorologie sehr nützlich, da man so einheitlich zu den synoptischen Hauptterminen um 00, 06, 12 und 18 Uhr UTC unabhängig von der jeweiligen Ortszeit ein Abbild des Zustands der gesamten Erdatmosphäre erhält.

M.Sc. Met. Stefan Bach
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 29.12.2012

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