Sonnenstand und Jahreszeiten | Lernen mit StudySmarter
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Sonnenstand

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Geographie


In diesem Artikel geht es um das Thema Sonnenstand. Es gehört zu dem Fach Geographie und ist daher ein wesentlicher Aspekt der Physischen Geographie. Du lernst hier was genau ein Sonnenstand ist und wie dieser entsteht.


Grundsätzlich ist der Sonnenstand der Stand der Sonne am Himmel.



Sonnenstand einfach erklärt


Als Sonnenstand wird die Position der Sonne am Himmel über einem Beobachtungsort beschrieben. Die Position kann mit den Koordinaten des Horizontsystems nach Höhe und Richtung angegeben werden. Diese verändert sich über den Tag als Folge der Erdrotation und über das Jahr wegen des Erdumlaufs um die Sonne. 


Daher ist der Sonnenstand die scheinbare, momentane Position der Sonne über dem Landschaftshorizont eines Standortes.


Der Sonnenstand verändert sich laufend infolge der Erdrotation und kann durch zwei Winkel an der Himmelskugel angegeben werden: 


  • die Himmelsrichtung 
  • die Höhe der Sonne


Der tägliche Sonnenlauf hängt neben dem Standort auch von der Jahreszeit ab und wird durch 3 wesentliche Punkte charakterisiert, die in Mitteleuropa folgende sind: 


  • Sonnenaufgang
  • mittäglicher Höchststand
  • Sonnenuntergang


Morgens bzw. abends spricht man von tief stehender Sonne, um die Mittagszeit von hohem Sonnenstand. Der Unterschied zwischen Winter und Sommer prägte die Begriffe niedrige beziehungsweise hohe Sonnenbahn. Den jahreszeitlichen Sonnenlauf bestimmt die geografische Breite des Standorts. 



Beobachtung des Sonnenstands


Der Verlauf des täglichen Sonnenstands und seiner jahreszeitlichen Veränderung gehört zu den frühesten Himmelsbeobachtungen der Menschheitsgeschichte. Er war Grundlage des astronomischen Weltbildes der Antike und ihrer Richtungs- und Zeitmessungen. 


Beobachtungsinstrumente zur Erkennung des Sonnenstands sind:

  • Winkelmesser
  • Gnomon (Schattenstab)
  • Astrolabium (ein scheibenförmiges astronomisches Rechen- und Messinstrument)
  • Armillarsphäre (ein astronomisches Gerät zur Darstellung der Bewegung von Himmelskörpern)


Bei der Beobachtung wird zusätzlich immer noch zwischen täglichen und saisonalen Sonnenstand unterschieden.


Täglicher Sonnenstand


Der Tagbogen der Sonne ist der über dem Horizont verlaufende Teil ihres scheinbaren täglichen Umlaufs am Himmel. Der theoretische Tagbogen beginnt beim astronomischen Aufgang und endet beim astronomischen Untergang. 


Der tatsächliche Sonnenauf- bzw. Untergang findet wegen der Lichtbrechung in der Erdatmosphäre etwa 3–4 Minuten früher beziehungsweise später statt. Die Höhe des Landschaftshorizonts (Berge, Gebäude) wirkt dem entgegen – um etwa 6–8 Minuten pro Grad.


Der Tagbogen beginnt zwischen den Polarkreisen am östlichen Horizont und endet am westlichen. Hierfür gibt es den alt bekannten Merkspruch: 


Im Osten geht die Sonne auf, im Süden nimmt sie ihren Lauf, im Westen wird sie untergeh’n, im Norden ist sie nie zu seh’n.


Dieser ist allerdings nur eingeschränkt für die mittleren geografische Breiten zwischen Wendekreis und Polarkreis auf der Nordhalbkugel gültig.


Für niedrigere geografische Breiten zwischen den Wendekreisen hängt es von der Jahreszeit ab, ob die Sonne mittags im Süden oder Norden kulminiert. In Mitteleuropa kann die Richtung der Auf- und Untergänge im Jahreslauf um bis zu 45° von exakt Ost bzw. West abweichen.


Saisonaler Sonnenstand


Der Tagbogen ist im Sommer höher und länger als im Winter. Seine Mittags-Höhe bei zum Beispiel ±50° geografischer Breite beträgt zur Sommersonnenwende 63,45° und zur Wintersonnenwende 16,55°. 


An den Wendekreisen steht die Sonne mittags einmal pro Jahr im Zenit (90° Höhe), zwischen den Wendekreisen und am Äquator hingegen zweimal. Jenseits der Polarkreise tritt mit Mitternachtssonne und Polarnacht in alljährlichem Rhythmus der Effekt auf, dass die Sonne ein paar Wochen lang weder auf- noch untergeht. 


Sonnenstandsdiagramme für solche Orte erstrecken sich über 24 Stunden oder 360° Azimut.

Das Azimut α für den Ort des Sonnenauf- beziehungsweise -untergangs und variiert übers Jahr relativ zum Ost- beziehungsweise Westpunkt.


Abb. 1: Sommersonnenwende
Quelle via Soussewetter



Auswirkungen des Sonnenstands


Natur und Mensch


Vom Sonnenstand und seiner Veränderlichkeit hängt eine Reihe wichtiger Größen ab:

  • die Intensität der Sonnenstrahlung
  • die Klimazonen (zusammen mit den Feuchtigkeits- und Bewölkungsverhältnissen) 
  • die Arten der Vegetation
  • dem Zenitstand der Sonne folgt die Verlagerung der Innertropischen Konvergenzzone und somit der Zenitalregen
  • die Entstehung lokaler Winde und die Wolkenbildung
  • die Verlagerung der Windsysteme der Erde mit entsprechendem Auftreten regionaler Winde z.B. Monsun
  • jahreszeitlichen Meeresströmungen
  • die Entstehung von Siedlungsstrukturen, insbesondere im Gebirge
  • der Bedarf an Heizung beziehungsweise an Kühlung
  • Farbe, UV-Intensität, Helligkeit und Beleuchtungswirkung von direktem und indirektem Sonnenlicht
  • geometrische Lichteffekte wie Polarisation durch Streuung an Luftmolekülen, Regenbogen, Glitzern von Schnee
  • Ausbreitungsbedingungen für Radio-Kurzwellen durch Änderungen in der Ionosphäre
  • Energiegewinnung z.B. Photovoltaik und Solarthermie

Menschliche Kultur


Die Messung des Sonnenstandes durch Sonnenuhren ermöglicht den Menschen seit Jahrtausenden die Bestimmung der Tageszeit. Die Einteilung in Jahreszeiten ergibt sich aus der Tagesbogen-Höhe der Sonne. 


Die erste Bestimmung des Erddurchmessers durch Eratosthenes erfolgte durch gleichzeitige Messung des Sonnenstandes an zwei verschiedenen Punkten auf der Erdoberfläche. Die Messung des Sonnenstandes mit Hilfe einfacher Messgeräte war auch eine frühe Methode der Navigation.


Der tägliche „Weg der Sonne über den Himmel“ spielt bei verschiedenen Mythologien eine große Rolle. Beispiele hierfür sind etwa bei Helios’ „Sonnenwagen“ der griechischen Antike und die Bedeutung von Sonnenaufgang und Sonnenuntergang in einigen Kulturen. 



Stundenwinkel und Analemma des Sonnenstands


Bis zum Ende des Mittelalters diente der Stundenwinkel der Sonne als Maß für die Tageszeit. Er gibt die Stunden vor/nach dem örtlichen Mittag an, weshalb er diesen Namen trägt. 


Weil die Bewegung der Sonne im Lauf der Jahreszeiten bis zu 15 Minuten ungleichmäßig ist, wurde zur Korrektur die sogenannte Zeitgleichung eingeführt. Sie gibt an, um wie viel die wahre Sonnenzeit zu korrigieren ist, um zur gleichmäßigen mittleren Sonnenzeit zu kommen.


In Sonnenstandsdiagrammen wird die Zeitskala verzerrt, um bei vorgegebener mittlerer Sonnenzeit die Position der wahren Sonne ablesen zu können. Weil die Korrektur zu jeder Jahreszeit anders ist, werden die wahren Stundenlinien nicht nur verschoben, sondern durch die als Analemma bezeichneten typischen Doppelschlingen ersetzt.


Die Analemmata geben die mittlere Ortszeit oder bei Verschiebung auf den richtigen Längengrad die Zonenzeit an. Auf einer Kugeloberfläche gezeichneten Sonnenstandsdiagramm kommen die für den Sonnenstand primären Kugelkoordinaten Stunden und Deklinationswinkel zur Anwendung. Dabei wird die Situation an der Himmelskugel realistisch dargestellt. 


Mit dem Sonnenstandsdiagramm kann man auch die Besonnung eines Gebäudes oder die nutzbare Solarenergie eines Ortes berechnen. Während aber die theoretische Sonnenscheindauer jedes Monats nur von der geografischen Breite abhängt, unterliegt die tatsächliche Sonnenscheindauer zusätzlich meteorologischen Einflüssen wie zum Beispiel Bewölkung, Dunst und der Höhe des Landschaftshorizonts. 




Abb. 2: Sonnenstandsdiagramm
Quelle via wikipedia



Sonnenstand alles Wichtige auf einen Blick!


  • Der Sonnenstand ist der Stand der Sonne am Himmel.
  • Daher ist der Sonnenstand ist die scheinbare, momentane Position der Sonne über dem Landschaftshorizont eines Standortes.
  • Der Sonnenstand verändert sich über den Tag als Folge der Erdrotation und über das Jahr wegen des Erdumlaufs um die Sonne.
  • Festlegung des Sonnenstands kann durch Parameter wie einem Winkelmesser, Gnomon, Astrolabium, Armillarsphäre gemessen werden.



Häufig gestellte Fragen zum Thema Sonnenstand







Während des Halbjahres zwischen Wintersonnenwende und Sommersonnenwende erreicht die Sonne mittags jeden Tag einen höheren Stand als am Vortag, in den restlichen sechs Monaten bewegt sie sich jeden Tag wieder ein wenig nach unten.

Mittags.







Im Sommer, wenn die Nordhalbkugel der Erde zur Sonne hingekippt ist, sind wir näher am „Bauch“. Die Sonnenstrahlen treffen daher in steilerem Winkel auf die Erde auf und die Sonne steht höher am Himmel.




Die Sonne befindet sich genau auf dem Himmelsäquator.

Finales Sonnenstand Quiz

Frage

Was ist der Sonnenstand?

Antwort anzeigen

Antwort

Er beschreibt die Position der Sonne am Himmel über einem Beobachtungsort.

Frage anzeigen

Frage

Wie kann die Position der Sonne angegeben werden?

Antwort anzeigen

Antwort

mit den Koordinaten des Horizontsystems nach Höhe und Richtung

Frage anzeigen

Frage

Wieso verändert sich der Sonnenstand?

Antwort anzeigen

Antwort

  • über den Tag als Folge der Erdrotation
  • über das Jahr wegen des Erdumlaufs um die Sonne
Frage anzeigen

Frage

Wie wird der Sonnenstand definiert?

Antwort anzeigen

Antwort

Der Sonnenstand ist die scheinbare, momentane Position der Sonne über dem Landschaftshorizont eines Standortes.

Frage anzeigen

Frage

Durch welche Winkel an der Himmelskugel kann der Sonnenstand infolge der Erdrotation angegeben werden?

Antwort anzeigen

Antwort

  • die Himmelsrichtung 
  • die Höhe der Sonne
Frage anzeigen

Frage

Wovon hängt der tägliche Sonnenstand ab?

Antwort anzeigen

Antwort

Standort

Frage anzeigen

Frage

Durch welche drei Punkte wird der Sonnenstand in Mitteleuropa charakterisiert?

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Antwort

  • Sonnenaufgang
  • mittäglicher Höchststand
  • Sonnenuntergang
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Frage

Nenne Beobachtungsinstrumente zur Erkennung des Sonnenstands.

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Antwort

  • Winkelmesser
  • Gnomon
  • Astrolabium
  • Armillarsphäre
Frage anzeigen

Frage

Was ist der Tagbogen der Sonne?

Antwort anzeigen

Antwort

Der über dem Horizont verlaufende Teil ihres scheinbaren täglichen Umlaufs am Himmel.

Frage anzeigen

Frage

Wann beginnt und endet der theoretische Tagbogen?

Antwort anzeigen

Antwort

  • beginnt beim astronomischen Aufgang
  • endet beim astronomischen Untergang
Frage anzeigen

Frage

Welchen Merkspruch gibt es für den Beginn und das Ende des Tagbogens?

Antwort anzeigen

Antwort

"Im Osten geht die Sonne auf, im Süden nimmt sie ihren Lauf, im Westen wird sie untergeh’n, im Norden ist sie nie zu seh’n."

Frage anzeigen

Frage

Ist der Merkspruch für den Tagbogen immer gültig?

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Antwort

Nein. Für niedrigere geografische Breiten zwischen den Wendekreisen hängt es von der Jahreszeit ab und in Mitteleuropa kann die Richtung der Auf- und Untergänge im Jahreslauf um bis zu 45° von exakt Ost bzw. West abweichen.

Frage anzeigen

Frage

Wie verändert sich der Tagbogen im Sommer?

Antwort anzeigen

Antwort

Er ist höher und länger als im Winter

Frage anzeigen

Frage

Wie oft steht die Sonne an den Wendekreisen mittags im Zenit?

Antwort anzeigen

Antwort

1x pro Jahr

Frage anzeigen

Frage

Wie oft steht die Sonne am Äquator im Zenit?

Antwort anzeigen

Antwort

2x pro Jahr

Frage anzeigen

Frage

Welcher Effekt tritt jenseits der Polarkreise auf?

Antwort anzeigen

Antwort

  • die Effekte der Mittagssonne und der Polarnacht
  • die Sonne geht ein paar Wochen lang weder auf noch unter
Frage anzeigen

Frage

Über welchen Zeitraum erstrecken sich Sonnenstanddiagramme?

Antwort anzeigen

Antwort

über 24 Stunden oder 360° Azimut

Frage anzeigen

Frage

Worauf hat der Sonnenstand Auswirkungen?

Antwort anzeigen

Antwort

  • Natur und Mensch
  • menschliche Kultur
Frage anzeigen

Frage

Was ist der Stundenwinkel der Sonne?

Antwort anzeigen

Antwort

Er diente bis zum Ende des Mittelalters als Maß für die Tageszeit.

Frage anzeigen

Frage

Was gibt die Zeitgleichung an?

Antwort anzeigen

Antwort

Sie gibt an, um wie viel die wahre Sonnenzeit zu korrigieren ist, um zur gleichmäßigen mittleren Sonnenzeit zu kommen.

Frage anzeigen

Frage

Was geschieht bei Sonnenstanddiagrammen?

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Antwort

  • Die Zeitskala verzerrt, um bei vorgegebener mittlerer Sonnenzeit die Position der wahren Sonne ablesen zu können.
  • Die wahren Stundenlinien werden durch die als Analemma bezeichneten typischen Doppelschlingen ersetzt.
Frage anzeigen

Frage

Was geben die Analemma an?

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Antwort

die mittlere Ortszeit oder bei Verschiebung auf den richtigen Längengrad die Zonenzeit

Frage anzeigen

Frage

Was kann mit einem Sonnenstanddiagramm berechnet werden?

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Antwort

die Besonnung eines Gebäudes oder die nutzbare Solarenergie eines Ortes

Frage anzeigen
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