Einleitung
eitbestimmung und Zeitrechnung - vielmehr eigentlich alles rund ums Thema
Kalender war seit jeher eine Domäne der Astronomie. Auf diesem Gebiet
wird wohl am ehesten deutlich, welche Rolle die Astronomie im täglichen
Leben spielt. Ohne präzise Zeitmessung käme unsere heutige Zivilisation
wohl schnell durcheinander.
Hauptsächlich drei astronomische periodische Vorgänge bestimmen unseren Lebensrhythmus:
- der Wechsel von Tag und Nacht
- die Lichtgestalten des Mondes, siehe Mondphasen
- der Wechsel der Jahreszeiten
Die astronomische Zeitbestimmung beruht im Prinzip auf den selben Naturvorgängen, nämlich auf:
- der Erdrotation
- der periodischen Änderung des Phasenwinkels des Mondes
- der Erdrevolution, also der Umlauf der Erde um die Sonne
Zuerst ein paar Begriffsdefinitionen. Dass die Kulmination der Durchgang des Gestirns durch den Orts-Meridian ist, d.h. der Stern steht im Süden und zugleich am höchsten Punkt seiner Bahn, wird bei den Koordinatensystemen erklärt. Nichtsdestotrotz hier nochmal eine Skizze: Am Beispiel der Sonne sehen wir hier den Meridiandurchgang, auf der Nordhalbkugel der Erde ist das immer im Süden.
Es ist dann genau 1200 Uhr wahre Ortszeit. Wie
der Name schon sagt ist die Ortszeit eine auf den Beobachtungsort bezogene
Zeitangabe. Zwei auf unterschiedlichen geografischen Längen befindliche
Uhren zeigen unterschiedlichen Zeiten an, weil für beide Orts die Sonne
zu unterschiedlichen Zeiten im Meridian steht: im Punkt A kulminiert die Sonne
gerade, im Punkt B ist es hingegen bereits späterer Nachmittag. 
Die
wahre Ortszeit bezieht sich eben auf die wahre
Sonne, gemeint ist die Sonne, die sich entlang der Ekliptik im Laufe eines
Jahres herumbewegt. Da die Geschwindigkeit dieser wahren Sonne aber nicht
konstant ist, eignet sie sich nicht zur genauen Zeitmessung: weil sich ja
die Erde auf einer elliptischen Umlaufbahn befindet - siehe Ekliptik
- läuft die Sonne von der Erde aus gesehen im Winter (Sonnennähe)
schneller und im Sommer (Sonnenferne) langsamer.
Eine Sonnenuhr zeigt uns immer die wahre Ortszeit an, sie kann sozusagen nicht
lügen. Weil dieses Zeitmaß aber wie gesagt unregelmäßig
ist, hat man die mittlere Sonne und mit ihr die mittlere
Ortszeit eingeführt:
Die mittlere Sonnenzeit ist ein (nahezu) gleichförmiges Zeitmaß, wobei die jährliche Bewegung der mittleren Sonne erfolgt
- entlang des Himmelsäquators, also nicht entlang der Ekliptik.
- in der gleichen Zeit wie die der wahren Sonne
- mit gleichförmiger Geschwindigkeit
Das hat folgende Konsequenzen: die mittlere Sonnenzeit weicht von der wahren Sonnenzeit im Laufe eines Jahres um bis zu 16m ab, dafür ist sie aber sehr gleichmäßig und eignet sich besser zur Zeitmessung. Die Abweichung wird durch die sogenannte Zeitgleichung beschrieben.
Dass genaugenommen auch die Zeitrechnung mit mittlerer Sonnenzeit nicht exakt konstant ist, hat die folgenden Ursachen
- Reibung zwischen Land und Meer bei Ebbe und Flut
- Verlagerung der Massen im Erdinneren
- Verlagerungen in der Lufthülle der Erde und Abschmelzen von Eis an den Polen
- Veränderungen der Lage der Rotationsachse der Erde
Die Unterschiede
sind relativ klein und werden in diesem Rahmen zunächst einmal vernachlässigt.
Ein 
weiterer wichtiger Begriff ist die Sternzeit. Die Erdrotation
wird dabei in Bezug auf den Frühlingspunkt gemessen.
Da ja die Erde nach einer Umdrehung um ihre Achse auch ein kleines Stück
auf ihrer Bahn um die Sonne weitergewandert ist, stellt sich die erneute Blickrichtung
zur Sonne ein wenig später ein als die Blickrichtung zum Frühlingspunkt.
Wie
wär's
mit einer Skizze?
Man sieht:
Ein Sterntag ist im Vergleich zu einem mittleren Sonnentag kürzer.
Natürlich ist das in der Skizze stark übertrieben dargestellt. Im
Vergleich zum Sterntag ist dann der mittlere Sonnentag natürlich länger.
Der Unterschied beträgt in etwa 4m. Ein Sterntag ist etwas
genauer gesagt nach 23h56m4s.1 mittlerer Sonnenzeit
zu Ende, umgekehrt dauert ein Sonnentag etwa 24h3m56s.6
Sternzeit.
Die Sternzeit ist damit also nichts Anderes als der Stundenwinkel
des Frühlingspunktes. Steht der Frühlingspunkt im Meridian
ist es 0h Sternzeit. Nicht zu vergessen: Die Sternzeit ist eine
Ortszeit, daher vom Beobachtungsort abhängig.
Im Laufe eines Tages hat sich die Sonne im Mittel um etwa 0.9863° (= 360°/365) von West nach Ost auf der Ekliptik weiterbewegt, das ist fast das Doppelte ihres scheinbaren Durchmessers von etwa 32'. Im Laufe eines Jahres wandert die Sonne aber einmal durch die Ekliptik, d.h. rund 365 Sonnentage = 366 Sterntage.
Zusammenfassend lassen sich aus der Erdrotation 5 Zeitintervalle definieren:
- Wahrer Sonnentag:
Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Kulminationen der wahren Sonne. Ungleichmäßig aufgrund der elliptischen Bahn der Erde um die Sonne sowie der Schiefe der Ekliptik, die um ca. 23.5° gegen der Himmeläquator geneigt ist. - Mittlerer Sonnentag:
Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Kulminationen der mittleren Sonne, per definitionem sind das
= 24h00m0s.00 Sonnenzeit
= 24h03m56s.555 in Sternzeit. - Wahrer Sterntag:
Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Kulminationen des wahren Frühlingspunktes. Auch der Frühlingspunkt ist nicht in Ruhe, sondern bewegt sich rüchläufig auf der Ekliptik. Siehe nächster Punkt, nämlich - Mittlerer Sterntag:
Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Kulminationen des mittleren Frühlingspunktes. Der wahre und mittlere Sterntag (Frühlingspunkt) unterscheiden sich nur sehr geringfügig, der mittlere ist dabei von der sogenannten Nutation befreit, einer sehr kleinen "Nickbewegung", welche der Präzession überlagert ist. Ein mittlerer Sterntag ist per definitionem
= 24h00m0s.00 Sternzeit
= 23h56m04s.091 in Sonnenzeit. - Siderische Erdrotation:
Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Kulminationen eines Fixsterns mit verschwindender Eigenbewegung (also so große Entfernung, dass Eigenbewegung = 0 gesetzt werden kann).
Entspricht 23h56m04s.100 in Sonnenzeit. Das ist also um 0.009s länger als ein mittlerer Sterntag, weil sich der Frühlingspunkt sich ebenfalls langsam aber doch weiterbewegt.
Wirklich beobachtbar von all diesen Zeitintervallen sind nur wahrer Sonnen- und Sterntag sowie die siderische Erdrotation. Die anderen beiden sind sozusagen Festlegungen. Der Frühlingspunkt bewegt sich entgegen der Bewegung der Sonne auf der Ekliptik mit einer Geschwindikeit von ca. 50''.3878 pro Jahr (dies gilt für das Jahr 2000). Mehr dazu hier.
