Sonnenuhr

vertikale Sonnenuhr

Eine Sonnenuhr ist ein astronomisches Gerät, das den Stand der Sonne am Himmel zur Zeitanzeige nutzt. Dazu wird der Schatten eines Zeigers, des Gnomons, auf einem Zifferblatt abgebildet. Sonnenuhren dienen heute vor allem der Ausschmückung von Gebäuden und Plätzen, lassen aber bei geeigneter Bauweise eine Ablesung der Zeit mit einer Genauigkeit besser als fünf Minuten zu. Die Lehre von Sonnenuhren ist die Gnomonik.

Zeitanzeige

Zifferblatt (Sonnenstandsdiagramm) einer Horizontalsonnenuhr mit analemmatischen Stundenlinien.

Sofern die Sonnenuhr so konstruiert ist, dass sie bei Sonnenhöchststand 12 Uhr anzeigt, gibt sie die so genannte Wahre Ortszeit (WOZ) an. Das ist insbesondere bei älteren Sonnenuhren der Fall. Diese Zeit unterscheidet sich von der jeweiligen Mittleren Ortszeit (MOZ) welche für eine Zeitzone als offizielle Zeit festgelegt ist:

um die Zeitdifferenz aufgrund der geographische Längendifferenz des Standortes zu dem Zonenmeridian, dessen MOZ als Zonenzeit gilt (für Mitteleuropa und damit für die Mitteleuropäische Zeit (MEZ), ist der Zonenmeridian bei 15° östlich von Greenwich,
plus der Zeitdifferenz aufgrund der Zeitgleichung, welche durch die elliptische Bahn der Erde und die Neigung der Erdachse verursacht wird und je nach Jahreszeit bis zu 16 Minuten beträgt
im Sommerhalbjahr ggf. um eine zusätzliche Stunde wegen der Sommerzeit
evtl. um weitere Beträge, die gesetzlich festgelegt werden, um die Zeit innerhalb einer Region zu vereinheitlichen (Spanien hat daher auch MEZ).

Im Fall des Bereichs der MEZ kann die Differenz zwischen WOZ und Zonenzeit je nach Standort plus/minus 30-50 Minuten aufweisen. Zur Mitteleuropäischen Sommerzeit (MESZ) kann die Abweichung wegen des Vorlaufes der offiziellen Zeit um 1 Stunde zwischen Null und -1¾ Stunden betragen. Eine Beispielrechnung: Auf dem 11. östlichen Längengrad (ca Erfurt, Nürnberg, Innsbruck oder Meran) zeigt die Sonnenuhr am 10. Juli 12 Uhr WOZ an. Um auf die offizielle Zeit zu kommen ist wie folgt zu rechnen:

12:00 WOZ

+ 0:16 h wegen 4° Längendifferenz (4°/360°*24h)

+ 0:05 h Zeitgleichungskorrektur für den 10. Juli

+ 1:00 h Sommerzeit

= 13:21 MESZ.

Foto einer Sonnenuhr mit Bernhardtscher Walze; Standort: Calar-Alto-Observatorium; das Bild wurde um 13 Uhr 22 gemacht.

Bei moderneren Sonnenuhren wird die Differenz zur Zonenzeit oft durch ein entsprechend modifiziertes Zifferblatt korrigiert. Zusätzlich kann auch der Fehler berücksichtigt werden, der durch die Ellipsenbahn der Erde und die Neigung der Erdachse verursacht wird. Bei diesen Sonnenuhren sind die Linien, die einer bestimmten Stunde entsprechen, nicht gerade, sondern haben die Form einer flachen Acht. Diese ergibt sich aufgrund der Zeitgleichung und wird Analemma genannt. Aufgrund der Präzession der Erdachse mit einer Periode von 23.000 Jahren verschiebt sich der durch die elliptische Umlaufbahn bewirkte Effekt gegen die Jahreszeiten, so dass die Form des Analemmas innerhalb der Jahrtausende eine gewisse Veränderung erfährt.

Eine andere Möglichkeit, die Zeitgleichung direkt bei der Konstruktion der Sonnenuhr auszugleichen ist die Bernhardtsche Walze, bei der der Gnomon die Form eines verzerrten Analemmas hat.

Beispiel

Sonnenuhr von Lluc, Mallorca (Spanien).

Die Sonnenuhr von Santuari de Lluc (auf Mallorca) im Bild rechts veranschaulicht die Entwicklung der Sonnenuhr an vier Beispielen.

Die Aufnahme entstand am 21. September um 16:50 MESZ. Die Sonnenuhr steht auf dem Längengrad 2° 53' Ost und geht, bezogen auf den 0-Meridian (UT), um ca. 11' [1] vor, bezogen auf MESZ um ca. 1h49' nach. Sie zeigt die Ortszeit von ca 3 Uhr nachmittags an.

1. Kanonische Zeit (Links oben)

Die Uhr oben links unterteilt den Tag in Zeitabschnitte gleicher Dauer. Variationen der Periodendauern mit den Jahreszeiten bleiben unberücksichtigt. Die Namen der Zeiten erinnern an den Tagesablauf in einem mittelalterlichen Kloster.

2. Babylonische Zeit (Links unten)

Diese Uhr korrigiert die Stunden in Abhängigkeit von der Jahreszeit. Wie unter Gnomon beschrieben, bewegt sich der Endpunkt des Schattens im Lauf eines Tages auf einer Hyperbel. Die Hyperbel verschiebt sich in Abhängigkeit von der Jahreszeit nach oben oder unten. Die Lage des Schattens sagt die Tageszeit, die Länge des Schattens ungefähr den Tag im Jahr.

In der Abbildung liegt der Schatten auf der Linie 23 Septembre / 21 Marc nahe der Zahl IX. Nach babylonischer Zeitrechnung beginnt der Tag um 6 Uhr morgens. Die Stunde I entspricht 7 Uhr, folglich ist es zur IX. Stunde 15 Uhr.

3. Sonnenuhr mit radialem Zifferblatt (Mitte)

Der Zeiger der mittleren Uhr verläuft parallel zur Erdachse. Die Orientierung seines Schattens ist deshalb unabhängig von der Jahreszeit. Die Schatten bilden Geradenbüschel mit dem Ursprung im Fußpunkt des Stabes, abgesehen von den Korrekturen durch die Zeitgleichung.

Der Schatten des Querstabs im Zeiger nennt das Datum.

Im Bild fällt der Schatten auf 3 Uhr Nachmittags. Der Schatten des Querstabs, am rechten Rand des Hauptschattens, markiert die Jahrestagslinie 23 Septembre -19' / 21 Marc - 4' . Entsprechend der Zeitgleichung ist im März ist eine Zeitkorrektur von 4 Minuten erforderlich, im September von 19 Minuten.

Die Zahlen links und rechts der Sonne bedeuten:

λ=2° 53' E und φ=39° 50' N: geographische Koordinaten des Standorts

-11' 32" (G): Zeitkorrektur gegenüber UT

δ=13° 48' E: Winkel, um den die senkrecht stehende Wand gegenüber der Ost-West Richtung verdreht ist (?)

4. Sonnenuhr mit Analemma-Zifferblatt (rechts)

Die Uhr ähnelt der babylonischen Uhr, berücksichtigt aber in ihrem Zifferblatt die Abweichungen der Zeitgleichung in Form eines Analemmas. Um das Ablesen zu erleichtern, gilt die rechte obere Uhr nur für den Sommer und Herbst, die untere für Winter und Frühling. Anders als bei der babylonischen Uhr bestimmt nicht die Spitze des Gnomons die Zeit, sondern der Schnittpunkt seines Schattens mit der Jahrestagslinie.

Die Aufnahme entstand um den 21. September. Zu diesem Tag gehört die Line des Tierkreises xx in der rechten oberen Uhr, das ist die dritte Linie von oben. Ihr Schnittpunkt mit dem Schatten des Zeigers sagt die Zeit, 3 Uhr.

14:30 Uhr Sommerzeit im Berggarten, Hannover

Geschichte

Die Sonnenuhr wurde in der Antike vor allem durch die Griechen aus dem Gnomon entwickelt. Diesen senkrechten Schattenstab hatten die Griechen von den Babyloniern übernommen. Eine riesige Anlage dieser Form mit einem ägyptischen Obelisken als Gnomon ließ der römische Kaiser Augustus auf dem Marsfeld in Rom errichten. Die älteste in Europa bekannte Uhr wurde in Oropos (Griechenland) gefunden. Es handelt sich um eine Äquatorialuhr aus der Zeit um etwa 340 v. Chr. Etwa 120 weitere antike Uhren sind aus Griechenland bekannt, etwa 150 aus Italien. Die genauesten Uhren der Antike befinden sich am Turm der Winde (Athen). In Deutschland fand man über 10 römische Sonnenuhren. Dazu gehört ein Fund aus dem Jahre 2004 vom Martberg (Mons Martis) bei Pommern/Mosel (Rheinland-Pfalz). Die Hohlsonnenuhr aus Sandstein mit einem Durchmesser von 40 Zentimetern sieht aus wie eine Halbschale und hat Rillen zur Zeitbestimmung.

Sonnenuhr an einem Kirchturm auf Mallorca

In den Höfen von Klöstern und Stiften sind oft mehrere kunstvolle Sonnenuhren installiert, z.B. je eine auf der Ost-, Süd- und Westwand. Selbst auf der Nordwand eines auf der Nordhalbkugel befindlichen Gebäudes ist eine Sonnenuhr verwendbar, diese Konstruktion ist jedoch sehr selten zu finden und kann nur im Sommerhalbjahr die Zeit in den frühen Morgen- und späten Abendstunden anzeigen. Äquatoriale Sonnenuhren, Halbkugeln oder kugelförmige Exemplare bilden die Verhältnisse auf der Himmelskugel nach und finden sich oft in alten Bibliotheken und Kloster- oder fürstlichen Sternwarten.

Taschensonnenuhr

Im 17. und 18. Jahrhundert war die "hohe Zeit" der Taschensonnenuhren, die oft klappbar und mit Kompass ausgeführt waren. Auch einfache Bauern-Uhren gab es, meist in Gestalt eines Messingringes, von denen manche Museen sogar Nachbauten zum Verkauf anbieten.

Zahlreiche Orte im Gebirge haben Hausberge, die nach Stunden der Sonnenuhr benannt sind, zum Beispiel Neuner und Zehner (in Wengen), Elfer- und - am häufigsten - Zwölferkofel (Sextener Dolomiten) oder Mittagskogel (in Kärnten). Die schönste dieser Bergsonnenuhren findet sich bei Sexten in den Sextener Dolomiten.

Die derzeit größte Sonnenuhr der Welt befindet sich auf der Halde Hoppenbruch in Herten.

Alte Sonnenuhren

Eine Reihe von Sonnenuhren verschiedenster Art und Form, vor allem aber auf vertikalen Basissteinen, wurde im Kontext mit frühchristlichen Klosterbauten auf den Britischen Inseln errichtet. Weitere sind:

Bangor Monastery, Anglesey Wales (10. Jh.)
Cill Maolchéadair, Dingle-Halbinsel County Kerry, Irland
Eglwys Clynnog Fawr, in Gwynedd, Nordwales (10. Jh.)
Nendrum, auf Mahee Island County Down Nordirland

Literatur

Sonnenuhr am Kloster des Gurker Doms

Mario Arnaldi: The Ancient Sundials of Ireland, British Sundial Society, 2000,
Edmund Buchner: Die Sonnenuhr des Augustus, (Nachdruck) Mainz an Rhein: Zabern, 1982. ISBN 3-8053-0430-7
Peter Mischur: Sonnenuhren im Freistaat Thüringen, Band 1 - Lexikon der dekorativsten Schönwetter-Zeitanzeiger der Kreise Gotha, Nordhausen, Sömmerda, Kyffhäuserkreis, Unstrut-Hainich-Kreis, Verlag Rockstuhl, Bad Langensalza, 1. Auflage 2006, ISBN 3-938997-12-5
Yves Opizzo: Die Schatten der Zeit, Verlag millei Stuttgart, ISBN 3-9807112-1-8
Hugo Philipp, Daniel Roth, Willy Bachmann: Sonnenuhren - Deutschland und Schweiz, Deutsche Gesellschaft für Chronometrie, Stuttgart, 1994, ISBN 3-923422-12-1
Rene R. J. Rohr: Die Sonnenuhr. Geschichte, Theorie, Funktion Callwey Georg D.W. GmbH, 1982, ISBN 3766706101 (leider vergriffen)
Karlheinz Schaldach, Römische Sonnenuhren - Eine Einführung in die antike Gnomonik,Verlag Harry Deutsch, Frankfurt am Main, 2001, ISBN 3-8171-1649-7
Andrew R. Somerville: The ancient sundials of Scotland, 1987
Arnold Zenkert: Faszination Sonnenuhr Verlag Harri Deutsch, ISBN 3-8171-1665-9