...wo, wie und warum sich die Sterne am Nachthimmel bewegen.
Es ist später Abend ca. 23:00 im November. Der Himmel ist klar und weder Wolken noch der Vollmond stören den Blick hoch zu den Sternen. Gegen Südosten ist das aufgehende Sternbild Orion sichtbar, gegen Nordosten das «hochkletternde» Sternbild des Grossen Bären. Eine tolle Vorstellung, denn ja, die Sterne am Nachthimmel faszinieren!
Und schon viele Leute nahmen dies als Anlass, um mehr über die Sterne und den Nachthimmel zu erfahren. Nebst dem Erkennen von Sternen und Sternbildern ist es ebenso wichtig zu wissen, wie und warum sich die Sterne am Nachthimmel bewegen. Den am nächsten Morgen um 6 Uhr ist der Grosse Bär bereits im Norden «über Kopf» und Orion ist im Südwesten kurz vor dem untergehen. Ein halbes Jahr später, im Frühsommer, ist Orion gar nicht mehr sichtbar, dafür Sternbilder wie die Jungfrau oder der Schlangenfänger. Die Sternbilder gegen Norden sind hingegen das ganze Jahr über sichtbar. Das Ganze kann sehr verwirrend sein, doch das gute dabei: Es hat ein System und nicht mal so ein Kompliziertes.
das Sternbild Orion befindet sich im Spätherbst am Abend im Südosten
(Quelle: ©vchalup - stock.adobe.com)
Falls du nicht nur die Sterne und Sternbilder kennenlernen, sondern auch die Bewegungen der Sterne am Horizont verstehen willst, dann bist du hier genau richtig: In diesem Artikel zeige ich dir, was den Positionen bzw. Bewegungen der Sterne am Nachthimmel zugrunde liegt, so dass du anschliessend die Sternbilder sicher bestimmen und dich so besser am Nachthimmel orientieren kannst. Wenn du das zugrunde liegende himmelsmechanische Prinzip mal verstanden hast, dann wirst du nie mehr durch den sich ständig drehenden Nachthimmel überfordert sein.
Wichtig: Wer den Sternhimmel begreifen will, muss erst das «System Erde - Sonne» verstehen. Wer sich in dem Thema noch nicht sicher führt, empfehle ich erst im entsprechenden Blogartikel "Einmaleins der Astronomie: Erde und Sonne" vorbeizuschauen.
Sterne als «Vektoren»
Die von auf der Erde von blossem Auge erkennbaren Sterne (selbstleuchtende Himmelskörper) befinden sich alle in unserer Heimatgalaxie, der Milchstrasse. Der nächste Stern ausserhalb unseres Sonnensystems ist «Proxima Centauri». Seine Entfernung zur Erde beträgt 4.247 Lichtjahre bzw. ca. 38'000 Milliarden Kilometer. Die Umlaufbahn der Erde um die Sonne weist einen mittleren Durchmesser von ca. 300 Millionen Kilometer auf, was etwa 0.00079% des Abstandes Erde zu «Proxima Centauri» entspricht. Warum sage ich euch das? Ganz einfach. Betrachten wir schematisch Sonne und Erde («Aussenperspektive») und ein Stern wie z.B. «Proxima Centauri»:
da die Sterne gegenüber der Grösse der Erde und der Erdumlaufbahn extrem weit entfernt sind, kommt deren Licht (scheinbar) immer aus derselben Richtung, egal zu welcher Tages- oder Jahreszeit
Durch die extrem grossen Entfernungen der Sterne erscheint deren Richtung konstant, egal zu welcher Jahres- oder Tageszeit. Ein Stern kann also in der Aussenperspektive (Beobachter-/in aus dem Weltall), vereinfacht gesehen als Pfeil mit konstanter Richtung betrachtet werden.
Aus der Perspektive Sonne-Mond betrachtet kann ein Stern als Pfeil mit konstanter Richtung betrachtet werden
Aber warum bewegen sich die Sterne an Nachthimmel trotzdem?
Bewegung der Sterne am südlichen Nachthimmel
Die Sterne strahlen also immer aus der gleichen Richtung «ins Sonnensystem hinein», egal zu welcher Jahres- und Tageszeit. Betrachten wir als Beobachter/-in auf der Erde den südlichen Nachthimmel, dann bewegen sich die Sterne von Osten nach Westen, also genau wie die Sonne:
mit langer Belichtungszeit sieht man, wie die Sterne am Nachthimmel von Osten nach Westen drehen
(Quelle: bearbeitet aus ©Bastian Lindner - stock.adobe.com)
Dies hat mit der Eigenrotation der Erde zu tun, welche ja auch am Tag die Sonne auf- und untergehen, bzw. nach Westen wandern lässt. So ist der Horizont (siehe braune Linie untere Grafik) nicht nur abhängig vom Breitengrad, sondern bewegt sich auch konstant mit der Eigenrotation der Erde mit. Betrachten wir "von aussen" die zwei Sterne Tau Piscium und Formalhaut zu unterschiedlichen Tageszeiten:
Die Richtung der zwei Sterne «Tau Piscium» und Formalhaut, sowie Horizont am Beobachtungspunkt (z.B. Mitteleuropa) zu unterschiedlichen Tageszeiten. Die Höhe der Sterne am Horizont (Azimut) hängt nicht nur von deren Richtung, sondern auch von der Ausrichtung des Horizontes ab, welcher sich mit der Erd-Eigenrotation mitdreht. Im Bild rechts sind beide Sterne nicht mehr sichtbar, da sie sich unter dem Horizont befinden.
Auch wenn die Sterne zwar immer aus der gleichen Richtung zur Erde strahlen: Da wir uns durch die Erd-Eigenrotation mit dem Horizont ständig (in östliche Richtung) drehen, dies aber nicht direkt wahrnehmen, sehen wir am Nachthimmel eine «scheinbare» Drehung der Sterne gegen Westen:
Von der Erdoberfläche aus gesehen drehen die Sterne am Nachthimmel auf einer bogenförmigen Zugbahn von Osten nach Westen. Dies wegen der Eigenrotation der Erde und somit der ständigen Drehung des Horizontes.
Wie die Sonne, drehen auch die Sterne am Himmelsgewölbe jeweils immer auf einer Ebene, die parallel zum Erd-Äquator ausgerichtet ist:
Am Himmelsgewölbe dreht ein Stern immer auf einer Ebene parallel zum Erdäquator
Die bogenförmigen Zugbahnen sind, im Gegensatz zur Sonne, über das ganze Jahr konstant und ergeben sich aus der Richtung des Sternes bezüglich der Erde.
Liegt ein Stern auf seiner Rotationsebene gerade nicht im Bereich des sichtbaren Horizontes, dann ist er, wie die Sonne in der Nacht, auch nicht sichtbar. Die meisten Sternen haben deshalb, analog zur Sonne, einen «Stern»-Aufgang und einen «Stern»-Untergang.Wenn sich ein Stern nur am Tag über dem Horizont befindet, dann ist er ebenfalls nicht sichtbar, weil er durch die viel hellere Sonne «überstrahlt» wird. Im Übrigen sind die allermeisten Sterne der Milchstrasse sowieso von blossem Auge nicht sichtbar sind, einfach weil sie zu schwach leuchten.
Am Himmelsgewölbe bewegt sich jeder Stern auf einer Zugbahn parallel zum Erd-Äquator.
Übrigens: Sterne, die aus einer ähnlichen Richtung kommen, sind demnach auch am Himmelsgewölbe nahe beieinander, sind also quasi Nachbarn. Sehen wir Menschen aus solchen "benachbarten" Sternen ein bekanntes Muster wie z.B. ein Löwe, Bär oder Wagen, dann spricht man von einem Sternbild. Nur weil sie jedoch am Himmelsgewölbe nah beieinander auftreten (2D-Projektion), heisst das nicht, dass sie auch im 3D-Kosmos Nachbarn sind! Siehe Artikel: Was ist eigentlich ein Sternbild?
Sternbilder sind Sterne aus einer ähnlicher Richtung, in dessen Anordnung wir Menschen ein für uns bekanntes Muster erkennen.
Bewegung der Sterne am nördlichen Nachthimmel
Blicken wir nun zum nördlichen Nachthimmel: Hier sehen die Zugbahnen der Sterne etwas anders aus. Die Sterne drehen kreisförmig um den Polarstern. Letzterer bleibt sogar ständig an Ort und Stelle! Wie kann denn das sein?
in Mitteleuropa sind die Zugbahnen der Sterne beim Blick nach Norden kreisförmig um den Polarstern angeordnet. Diese Sterne sieht man in Mitteleuropa ausserdem zu jeder Tages- und Jahreszeit
(Quelle: bearbeitet aus ©PiLensPhoto - stock.adobe.com)
Hier müssen wir wieder zurück zur «Aussenperspektive» und betrachten dabei die Richtungen der Sterne Dubhe, «Omicron Andromedae» und Polarstern, die in Mitteleuropa alle in der nördlichen Himmelshälfte zu finden sind:
Die Sterne nahe der «wahren» Nord-Richtung (Erdrotationsachse) sind (in Mitteleuropa) zu jeder Tages- und Jahreszeit sichtbar, während die Sterne des südlichen Sternenhimmel (z.B. Formalhaut) immer wieder hinter dem Horizont verschwinden
An der Grafik oben sieht man, dass die Sterne Dubhe, «Omicron Andromedae» und Polarstern (in Mitteleuropa), im Gegensatz zu «Formalhaut», zu jeder Tageszeit über dem Horizont liegen und somit die ganze Nacht über sichtbar sind.
Wichtig in dem Zusammenhang ist es auch der Unterschied zwischen der Nord-Süd-Richtung am Horizont gegenüber der "wahren" Nord-Süd-Richtung der Erdrotationsachse. Die Nord-Süd-Richtung, die wir als Beobachter/-in auf der Erde am Horizont wahrnehmen (braune Linien), weist gegenüber der «wahren» Nord-Süd-Richtung der Erd-Rotationsachse (schwarze Linien) eine Neigung auf.
Betrachten wir Situation am (sich mit der Erde mitdrehenden) Himmelsgewölbe (Grafik unten). Auch hier kann sowohl die Nord-Süd-Richtung am Horizont, als auch die «wahre» Nord-Süd-Richtung der Erdrotationsachse dargestellt werden. Die «wahre» Nord-Südrichtung (gestrichelte Linie Grafik oben und Grafik unten) ist nicht nur parallel zur Erdrotationsachse, sondern auch senkrecht zur Äquatorebene und so wiederum zu den Zugbahnen der Sterne. Bei uns in Mitteleuropa zeigt die wahre Nord-Süd-Achse somit konstant ca. 50° steil gegen Norden.
Himmelsgewölbe (in Mitteleuropa) mit Nord-Süd-Richtung am Horizont (braun) und der "wahren" Nord-Süd-Richtung des Erdäquators (schwarz gestrichelt). Letztere ist senkrecht zur Äquatorebene und somit senkrecht zu den Zugbahnen der Sterne ausgerichtet.
Die Sterne Dubhe, «Omicron Andromedae» und Polarstern, die zu jeder Jahreszeit die ganze Nacht hindurch sichtbar sind (freie Sicht vorausgesetzt), weisen am Nachthimmel Zugbahnen auf, die immer über dem Horizont liegen. Solche Sterne nennt man «zirkumpolar». Der Polarstern liegt sogar (nahezu) exakt in der Richtung der «wahren» Nord-Achse und bleibt deshalb sogar jederzeit an Ort und Stelle (zumindest für das blosse Auge). Da der Polarstern dadurch immer exakt nach Norden zeigt, macht ihn das zum perfekten Helfer, um am Nachthimmel ohne Kompass die Himmelsrichtungen zu bestimmen.
Frage: Wie gross ist die Neigung der "wahren" Nord-Süd-Achse gegenüber dem Horizont und des Äquators, abhängig vom Breitengrad des Beobachtungspunktes?
Antwort: Die Neigung der Rotationsachse entspricht exakt dem Breitengrad des Beobachtungspunktes. In Frankfurt am Main, mit einen Breitengrad von ca. 50.1°, beträgt die Neigung der Rotationsachse gegenüber dem Horizont also ca. 50.1°. Der Richtung des Äquators senkrecht dazu, hat eine Neigung von 90° - 50.1°= 39.9°.
Breitengrad-abhängige Neigung der "wahren" Nord-Süd-Achse und der Äquatorebene
Die Sterne machen am Nachthimmel von Mitteleuropa beim Blick nach Norden also eine Kreisbahn um den Polarstern:
Nachthimmel in Mitteleuropa mit Blick nach Norden etwa Anfang November. Die Sterne drehen in einer Kreisbahn im Gegenuhrzeigersinn um den Polarstern.
Warum die Sterne im Jahresverlauf wandern: Sonnentag und Sterntag
Die Sterne machen also ähnlich wie die Sonne durch die Erd-Eigenrotation jeden Tag eine vollständige Drehung am Nachthimmel. Die Zeitdauer für eine vollständige 360°-Eigenrotation der Erde beträgt 23:56:04 Stunden. Die selbe Zeitdauer hat auch eine vollständige 360°-Drehung der Sterne am Nachhimmel der Erde, deshalb spricht man auch vom Sterntag. Nach dieser Zeit befindet sich ein Stern wieder an der exakt selben Position wie am Vortag. Bekanntlich richtet sich unsere Uhrzeit dem Sonnentag, der Zeitdauer zwischen gleichen Sonnenständen (siehe Artikel "Einmaleins der Astronomie: Erde und Sonne"), welcher exakt 24:00:00 Stunden dauert. In den 4 Minuten dazwischen dreht die Erde weiter um sich selbst und mir ihr auch die Sterne am Nachthimmel.
Eine vollständige 360°-Eigenrotation der Erde dauert ca. 23:56 Stunden (= Sterntag). Nach dieser Zeit befindet sich der Stern am Nachthimmel der Erde wieder an der selben Position. Etwa 4 Minuten später, zur selben Uhrzeit wie dem Tag zuvor, also nach ca. 24:00 Stunden (= Sonnentag), befindet sich der Stern etwas weiter im Westen, weil sich die Erde in dieser Zwischenzeit weiter um sich selbst gedreht hat.
Ein Stern wie z.B. Formalhaut (Sternbild Südlicher Fisch), der sich in einer Nacht («1. Tag») um 00:00 (Mitternacht) exakt in südlicher Richtung befindet, wird sich deshalb in der nächsten Nacht («2. Tag») wiederum um 00:00 etwas weiter im Westen befinden (Winkeldifferenz «β» ca. 1°).
Ein Stern (z.B. Formalhaut) befindet sich 23:56 Stunden (= 1 Sterntag) später an derselben Position wie am Vortag. Weitere 4 Minuten später, um die gleiche Uhrzeit wie am Vortag (nach 24:00 Stunden = 1 Sonnentag), liegt er etwas weiter im Westen (Verschiebung β ca. 1°)
Die Sterne gehen so jede Nacht etwas früher im Osten auf und etwas früher im Westen unter. In einem Tag sind das zwar nur 4 Minuten (ca. 1°), in einem Monat aber bereits schon 2 Stunden (ca. 30°). Sterne, die noch am Morgen durch die Sonne überstrahlt wurden, verschieben ihr Auftreten in die späten Nachtstunden hinein. Gleichzeitig werden Sterne, die erst noch in der ersten Nachthälfte sichtbar waren, am Nachmittag durch die Sonne überstrahlt. Aus diesem Grund ändern sich die am Nachthimmel sichtbaren Sterne, bzw. Sternbilder im Jahresverlauf.
Die Sterne drehen am Nachthimmel von Osten nach Westen, weil sich die Erde um sich selbst dreht. Nach der Dauer eines Sterntages (23:56:04 Stunden) befinden sie sich wieder an der gleichen Position wie am Vortag, nochmals 4 Minuten später, um dieselbe Uhrzeit (nach 24:00:00 Stunden), ca. 1° weiter im Westen.
Nach exakt einem Jahr befindet sich die Erde wieder (ungefähr) auf derselben Position seiner Umlaufbahn. Die tägliche Verschiebung um 4 Minuten (ca. 1°) hat sich auf 24:00 Stunden (ca. 360°) aufsummiert. Die Positionen der Sterne / Sternbilder sind deshalb um die gleiche Uhrzeit wieder dieselben wie exakt ein Jahr zuvor zur selben Uhrzeit.
Die Richtungen der Sterne sind in der Aussenperspektive konstant. Da sich jedoch im Jahresverlauf die Ausrichtung des Horizontes (an einem bestimmten Beobachtungsort auf der Erde) zu einer konstanten Uhrzeit (z.B. 00:00) ändert, ändern sich auch die sichtbaren Sterne / Sternbilder
Nehmen wir als Beispiel das Sternbild "Orion", dem Wintersternbild schlechthin. Ende Dezember, um die Weihnachtszeit liegt es um Mitternacht (00:00) exakt im Süden und geht bei uns in Mitteleuropa am Abend um ca. 18:00 im Osten auf und am nächsten Morgen um ca. 06:00 im Westen unter. Orion ist dann also praktisch die ganze Nacht durch sichtbar. Einen Monat später, Ende Januar, geht Orion bereits um ca. 16:00 auf, wird dann aber noch durch die Helligkeit der Sonne an späten Nachtmittag überstrahlt und geht am nächsten Morgen bereits um 04:00 wieder unter. Ende Februar geht Orion um ca. 14:00 (mitten am Nachtmittag, wiederum von der hellen Sonne überstrahlt) auf und um ca. 02:00 unter, ist also nur noch in der 1. Hälfte der Nacht sichtbar.
Verschiebung der Sterne (zu einer fixen Uhrzeit) im Jahresverlauf nach Westen am Beispiel von Sternbild Orion
Nochmals 4 Monate später, Ende Juni, also mitten im Sommer, geht Orion (in der Sommerzeit) um 07:00 auf und um 19:00 unter. Orion liegt dann also zwar am Tag über dem Horizont, ist jedoch durch das Überstrahlen der Sonne für uns dennoch nicht sichtbar. Gegen den Herbst verschiebt sich der "Orion"-Aufgang wieder zunehmend in die späten Nachtstunden hinein, so dass Orion für uns bereits Ende September wieder in der 2. Nachthälfte sichtbar ist.
Orion nennt man ein "Winter-Sternbild", weil er sein längstes nächtliche Auftreten im Winter hat. Dasselbe gilt auch für die "benachbarten" Sternbilder Grosser und Kleiner Hund, Hase oder Stier. Die Sternbilder Jungfrau und Löwe hingegen sind Frühlings-Sternbilder, weil sie im Frühling ihre grösste Zeitspanne am Nachthimmel haben. Analog dazu sind Skorpion, Schütze oder Adler Sommer-Sternbilder und Pegasus, Fische oder Wassermann Herbst-Sternbilder.
Je nach Zeitspanne ihres längsten nächtlichen Auftretens, unterscheidet man Winter-, Frühlings, Sommer- und Herbst-Sternbilder. Jederzeit sichtbare Sternbilder in der nördlichen Himmelshälfte nennt man "zirkumpolare" Sternbilder.
Auch die nördlichen (zirkumpolaren) Sterne, bzw. Sternbilder um den Polarstern, wie z.B. Grosser Bär, Kleiner Bär, Kepheus oder Kassiopeia ändern ihre Position zu einer fixen Uhrzeit im Jahresverlauf, blieben dabei jedoch stets über dem Horizont:
Grosser und Kleiner Bär im Jahresverlauf, jeweils 22:00
Im Herbst Anfang Oktober, am Abend um 22:00, ist der Grosse Bär so ausgerichtet, wie wenn er am Horizont nach Osten «springen» würde. Drei Monate später, im Winter Anfang Januar, wiederum um 22:00, «klettert» er senkrecht nach oben. Analog dazu ist er im Frühling Anfang April «über Kopf» und Anfang Juni «klettert» er senkrecht nach unten.
Fazit
Dies waren die Grundlagen bezüglich der Lage von Sternen am Nachthimmel, bzw. wie und warum sie sich dort bewegen. Um dabei sattelfest zu werden, empfehle ich dir diese Bewegungen selbst zu visualisieren bzw. selbst auf Papier zu skizzieren. Frage dich stets, wie sich eine Bewegung aus der Aussenperspektive (z.B. Erdrotation) auf den Anblick des Nachthimmels auf der Erde auswirkt und übe damit den Perspektiven-Wechsel. Nur so lernst du die ganze Sache auch wirklich zu verstehen!
Ausserdem rate ich dir, draussen in der Nacht die Sternbilder zu unterschiedlichen Uhr- und Jahreszeiten zu beobachten und die Zusammenhänge selbst nachzuvollziehen. Dabei eignen sich durch die einfache Erkennbarkeit hervorragend die Sternbilder Grosser Bär im Norden, bzw. (während der Wintermonate) Orion im Süden.
Falls du gerne drinnen in der warmen Wohnung bleibst, kannst du den Nachthimmel auch bequem vom PC (bzw. Mac) aus mit dem (gratis) Programm «Stellarium» (https://stellarium.org) betrachten. Dort kannst du mit einem Klick den Beobachtungsort, Blickrichtung, Uhrzeit und Datum ändern und so etwas herumspielen. Das Programm gibt es übrigens auch als App-Version für Smartphones.
mit dem PC / Mac oder auch dem Smartphone lässt sich der Nachthimmel bequem von Zuhause aus betrachten. Dies ist zwar weniger schön, dafür kannst du mit wenigen Klicks etwas herumspielen und so echtes Verständnis für die Materie aufbauen.
Ich wünsche dir dabei viel Spass am Nachthimmel
David
Quellen
Arnold Hanslmaier (2015) - Den Nachthimmel erleben, Sonne, Mond und Sterne - Praktische Astronomie zum Anfassen, ISBN 978-3-662-46031-3
Arnold Hanslmaier (2016) - Faszination Astronomie, Ein topaktueller Einstieg für alle naturwissenschaftlich Interessierten, 2. Auflage, ISBN 978-3-662-49036-5
W.E. Celnik und H.M. Hahn (2015) - Astronomie für Einsteiger, Schritt für Schritt zur erfolgreichen Himmelsbeobachtung, ISBN 978-3-440-14878-5
Comments