Armillarsphäre

Die hier gezeigte Armillarsphäre ist ein sehr einfaches Modell dieses alten astronomischen Gerätes. Es ist aus Holz gefertigt. Üblicherweise waren Armillarsphären jedoch aus Metall. Die Armillarsphäre zählt zu einem der ältesten astronomischen Instrumente überhaupt. Sie soll bei den  Babyloniern wie auch in China bis hin zur Renaissance Verwendung gefunden haben. In zahlreichen Filmen, die im Mittelalter spielen, sind Armillarsphären zu sehen. Man könnte sagen, sie gehören darin quasi zur Standardrequisite, ebenso wie in Filmen, in denen Zauberer oder Hexen vorkommen wie etwa Harry Potter. Einen Bausatz für eine Armillarsphäre kann man hier kaufen. Eine kleine Armillarsphäre finden Sie hier in Form eines Rings der Astronomen.

Der folgende Text soll dabei helfen zu verstehen, was es mit der Armillarsphäre auf sich hat und es werden dabei folgende Aspekte erklärt.

Die Teile einer Armillarsphäre: Horizont und Meridian
Ekliptik, Zodiak und Ekliptik-Sternbilder
Sternbilder, Frühlingspunkt und Äquinoktium
Himmlische Längen- und Breitengrade/Der Weltzeittag
Ekliptik-Sternbilder und Tierkreiszeichen
Himmelsäquator, Wendekreise und Polarkreise

Mit einer Armillarsphäre (von lateinisch Armillaris = Ring und Sphaera = Kugel) lässt sich die Bewegung von Himmelskörpern darstellen. Grundsätzlich gilt dies für jede geografische Position und jeden beliebigen Zeitpunkt.

Wie der Name schon andeutet, handelt es sich um ein Instrument aus verschiedenen Ringen, die zum Teil fest montiert, zum Teil aber auch drehbar sind. Im Mittelpunkt der Armillarsphäre befindet sich die Erde, die durch eine kleine Kugel angedeutet wird. Hier steht ein gedachter Beobachter, über dem sich das Firmament aufspannt.

Die Teile einer Armillarsphäre – Horizont und Meridian

Der äußerste große Kreis der Armillarsphäre steht für den Himmelsmeridian, auch Mittagskreis genannt, und trägt eine Breitenskala. Der Meridian ist in der Astronomie ein wichtiger Begriff. Es handelt sich um einen sogenannten Großkreis, d.h. der Mittelpunkt ist zugleich der Mittelpunkt der Kugel.

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Der Himmelsmeridian durchläuft Zenit und Nadir. Der Zenit ist der Punkt, der sich senkrecht über einem Beobachter befindet, der Nadir der dazugehörige Fußpunkt. Eine gedachte Linie durch Zenit und Nadir bei der Armillarsphäre, die hier zu sehen ist, würde also durch den Ständer laufen.

Der sogenannte Himmelsäquator ist die gedachte Erweiterung des Erdäquators ins Unendliche.  Er ist eine feste Größe im Gegensatz zur Horizontebene, die vom Standpunkt des Beobachters abhängt.

Der Himmelsnordpol und der Himmelssüdpol stellen jeweils die Verlängerung der Erdachse dar. Sie sind ebenfalls im Himmelsmeridian enthalten. Bei der hier zu sehenden Armillarsphäre befindet sich der Himmelsnordpol an der pfeilförmigen Verlängerung.

In diesem Beispiel ist der Meridian auf den 45. Breitengrad eingestellt, d.h. der gedachte Beobachter befindet sich etwa auf der Höhe von Norditalien. Den gewünschten Breitengrad kann man am Verbindungspunkt zum Fuß der Armillarsphäre verändern.

Genauer gesagt wird die geografische Breite am Zenit abgelesen. Am gegenüberliegenden Punkt, dem Nadir, steht die Gradzahl mit umgekehrtem Vorzeichen. Würde man die Armillarsphäre weiter kippen, so dass der Metallstab in der Mitte waagerecht stünde (0°), so hätte man beispielsweise eine Ansicht für einen Beobachter am Äquator. Zeigt die Spitze der Armillarsphäre senkrecht nach oben, steht der Beobachter am Nordpol.

Ekliptik, Zodiakus und Ekliptik-Sternbilder

Aus Papier gefertigt ist der Tierkreis oder Zodiakus, der entlang der Ekliptik verläuft. Bei der Ekliptik handelt es sich um einen weiteren Großkreis, der die Armillarsphäre umspannt und auf dem die Sonne im Verlauf eines Jahres um die Erde rotiert (s. Video unten). Bei den Sternbilder, die man auf diesem Streifen entlang der Ekliptik findet, handelt es sich um den Tierkreis, den die Sonne über das Jahr hinweg durchläuft.

Das bedeutet: Schaut man nachts in den Himmel, und zwar genau an den Punkt, an dem um 12 Uhr mittags die Sonne stünde, so schaut man je nach Datum auf eines der Ekliptik-Sternbilder wie zum Beispiel auf den Schützen und den Steinbock in den Wintermonaten usw.. Anders gesagt: Für die Ekliptik denkt man sich eine Linie vom Mittelpunkt der Erde durch den Mittelpunkt der Sonne ins Unendliche bzw. in den Fixsternhimmel.

Sternbilder, Frühlingspunkt und Äquinoktium

Insgesamt hat man sich international auf 88 Sternbilder geeinigt, die Orientierung am Firmament geben sollen, denn ohne Teleskop sind bei Nacht von der Erde aus einige Tausend Sterne zu sehen. Eine Aufteilung des nächtlichen Himmels gleich einem Puzzle anhand von Sternbildern, um das ganze übersichtlicher zu gestalten, wurde schon zu Zeiten der Babylonier und früher als sinnvoll erkannt. Die heute 88 Regionen der Sternbilder gehen nahtlos ineinander über und deren Grenzen sind international verbindlich vereinbart. Eine Liste der Sternbilder kann man bei der IAU (International Astronomical Union) unter diesem Link (englisch) einsehen.

Die Babylonieren sollen es gewesen sein, die die zwölf Tierkreiszeichen benannten, die in einem Streifen um die Ekliptik liegen, damals mit dem Widder als Frühlingspunkt. Daher wird der Frühlingspunkt manchmal auch Widderpunkt genannt. Allerdings hat sich der Frühlingspunkt zwischenzeitlich zum Sternbild Fische hin verschoben. Nach Osten wurde der Großkreis der Ekliptik in zwölf gleich große Abschnitte zu je 30 Grad unterteilt (360°/12 = 30°), die sogenannten Tierkreiszeichen.

Am Frühlingspunkt wie auch am Herbstpunkt schneidet außerdem der Himmelsäquator die Ekliptik. An diesen beiden besonderen Daten um den 21. März und um den 23. September sind Tag und Nacht jeweils genau 12 Stunden lang. Man bezeichnet dies auch als Tagundnachtgleiche oder Äquinoktium.

Himmlische Längen- und Breitengrade / Der Weltzeittag

Der Frühlingspunkt ist deshalb so wichtig, weil er wie Greenwich in England für die Längengrade auf der Erde, einen besonderen Bezugspunkt darstellt, und zwar den Nullmeridian für die himmlischen Längengrade.

Von diesem Nullmeridian zählt man nach Osten oder Westen, um die Lage eines Sterns oder eines Sternbildes in Grad anzugeben. Außerdem beginnt ein Weltzeittag genau dann, wenn dort der Tag beginnt. Die koordinierte Weltzeit (UTC) ist die seit 1972 gültig und wird dort verwendet, wo eine einheitliche Zeit notwendig ist, so zum Beispiel in der Luft- und Raumfahrt. Die Abkürzung UTC steht für Coordinated Universal Time oder Temps universel coordonné.

Wie weit im Osten oder Westen beschreibt die sogenannte Rektaszension bzw. der Azimutalwinkel. Die Deklination gibt – wie auch der irdische Breitengrad – den himmlischen Breitengrad an, also den Höhenwinkel. Hier ist der Himmelsäquator der natürliche Bezugspunkt.

Ekliptik-Sternbilder und Tierkreiszeichen

Heute gibt es nicht 12, sondern 13 Ekliptik-Sternbilder. Neben den bekannten Tierkreiszeichen ist dies auch der Schlangenträger, der sich zwischen Skorpion und Schütze befindet. Die Ekliptik-Sternbilder nach der Festlegung von 1928 kann man bei Wikipedia nachschlagen. Dabei ist zu bedenken ist, dass sich diese alle 70,5 Tage um einen weiteren Tag verschieben, also heute schon nicht mehr stimmen:

Schütze: 18. Dezember–20. Januar (aktuell wäre es der 17.12. bis 21.01.)
Steinbock: 20. Januar–16. Februar
Wassermann: 16. Februar–12. März
Fische: 12. März–19. April
Widder: 19. April–14. Mai
Stier: 14. Mai – 21. Juni
Zwillinge: 21. Juni–21. Juli
Krebs: 21. Juli–10. August
Löwe: 10. August–16. September
Jungfrau: 16. September–31. Oktober
Waage: 31. Oktober–23. November
Skorpion: 23. November–30. November
Schlangenträger: 30. November–18. Dezember

Sie stellen womöglich fest, dass Sie gar nicht das Sternzeichen sind, das Sie glaubten zu sein, denn in der Astrologie, d.h. für Horoskope werden die Tierkreiszeichen mit ganz anderen Anfangs- und Enddaten verwendet, die so eben heute gar nicht mehr stimmen bzw. nicht mehr in Deckung sind mit den tatsächlichen Tierkreis-Sternbildern.

Nicht nur die Sonne bewegt sich übrigens scheinbar entlang der Ekliptik vor den Fixsternen. Dies gilt auch in Näherung für die Planeten und wird verständlich, wenn man sich bewusst macht, dass sich die Sonne mit ihren Planeten in einer Ebene bzw. auf einer Scheibe befinden.

Himmelsäquator, Wendekreise und Polarkreise

Die Ebene senkrecht zum Himmelsmeridian stellt auf der Armillarsphäre den Himmelsäquator dar. Er liegt in einer Ebene mit dem Erdäquator. Auf ihm befinden sich die Stundenangaben (1 bis 24) sowie die Gradzahlen (0 bis 360). Er stellt zugleich den Kreis für den Weg dar, den die Sonne in 24 Stunden am Tag des astronomischen Frühlingsanfangs und Herbstanfangs zurücklegt.

Es gibt noch zwei weitere besondere Tage im Jahresverlauf und sie werden durch die Kreise gekennzeichnet, die sich parallel dazu ober- und unterhalb des Himmelsäquators befinden: die Polarkreise (≈ 66,5 ° nördlicher und südlicher Breite). Sie stellen die Sonnenumlaufbahn innerhalb eines Tages zur Sommer- und Wintersonnenwende dar. Dies sind der längste bzw. der kürzeste Tag des Jahres. Am Polarkreis geht für einen Tag im Jahr die Sonne gerade nicht mehr auf. Ein halbes Jahr später kommt es zum Phänomen der Mitternachtssonne – d.h. die Sonne geht für einen Tag nicht mehr unter. Richtung Nordpol bzw. Südpol erhöht sich diese Anzahl von Tagen.

Außerdem gibt es noch die Wendekreise von Steinbock und Krebs. Auf der Erde sind diese beiden Wendekreise die beiden Breitenkreise von etwa 23° nördlicher Breite (= Wendekreis des Krebses) und südlicher Breite (Wendekreis des Steinbocks). Auf den Wendekreisen steht die Sonne am Mittag des Tages der jeweiligen Sonnenwende im Zenit. Außerdem markieren diese Breitengrade den Beginn der Tropen. Auch hier gilt jedoch: Zwar erreichte die Sonne im Altertum ihren tiefsten bzw. ihren höchsten Stand im Sternbild des Steinbocks und des Krebses. Heute jedoch hat sich zum Beispiel der tiefste Stand der Sonnenbahn in das Sternbild Schütze verschoben.

Auf der Armillarsphäre heißen diese wichtigen Elemente oft nach ihren lateinischen Bezeichnungen: der Wendekreis des Krebses ist der tropicus cancri, der Wendekreis des Steinbocks der tropicus capricorni.

Eine Armillarsphäre kann auch Kugeln für die Planeten aus unserem Sonnensystem enthalten. Am Nachthimmel erscheinen sie uns als Sterne, wiewohl sie nicht selbst leuchten. Im Gegensatz zu den Fixsternen verändern sie ihre Position am Himmel ständig und sind daher auch nicht auf Sternkarten zu finden. Die Sonne und alle Planeten des Sonnensystems befinden sich auf der Ekliptik. Auch der Mond ist manchmal in Armillarsphären dargestellt und so lassen sich dann zum Beispiel Mondfinsternissen voraussagen.

Zwei sehr anschauliche Videos auf Englisch, die helfen dürften, sich besser vorzustellen, was die Ringe der Armillarsphäre bedeuten. Die englischen Begriffe solitice und equinox bedeuten Sonnenwende und Tagundnachtgleiche. Sie bezeichen damit den kürzesten und längsten Tag des Jahres sowie den astronomischen Frühlings- und Herbstanfang.