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Sonnenstand

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Sonnenstand

Sonnenstand einfach erklärt

Der Sonnenstand ist die Position der Sonne am Himmel, die von einem bestimmten Punkt vom Boden aus beobachtet werden kann.

Der Sonnenstand ist der Stand der Sonne am Himmel. Er kann mit den Koordinaten des Horizontsystems angegeben werden. Dafür spielt die Höhe und die Richtung eine Rolle. In diesem Artikel erklären wir dir, was genau der Sonnenstand ist, welche Auswirkungen er hat und wofür er genutzt werden kann.

Durch die Erdrotation, also die Drehbewegung der Erde um ihre eigene Achse, und durch den Erdumlauf im Laufe des Jahres um die Sonne verändert sich der Sonnenstand über den Tag hinweg.

Der Erdumlauf ist die Umlaufbahn der Erde um die Sonne.

Der Sonnenstand ist die Momentaufnahme der Position der Sonne über dem Landschaftshorizont eines Ortes. Da sich der Sonnenstand durch die Erdrotation fortlaufend verändert, kann der Stand der Sonne durch zwei Aspekte angegeben werden:

  • die Himmelsrichtung
  • die Höhe der Sonne

Auch die Jahreszeiten spielen eine wichtige Rolle in Bezug auf den täglichen Sonnenlauf.

Der Sonnenlauf beschreibt die scheinbare Laufbahn der Sonne am Himmel. Genauer gesagt beschreit der Sonnenlauf also die Veränderung des Sonnenstandes.

Der Sonnenaufgang, der mittägliche Höchststand und der Sonnenuntergang sind die markantesten Punkte im Sonnenlauf.

Morgens und abends spricht man von tief stehender Sonne und um die Mittagszeit von einem hohem Sonnenstand. Spezifisch für den Winter und Sommer sind die Begriffe niedrige beziehungsweise hohe Sonnenbahn. Die geografische Breite des Standorts bestimmt den Sonnenstand über das Jahr.

Beobachtung des Sonnenstands

Schon in der Antike galt der der Verlauf des Sonnenstandes als Grundlage des astronomischen Weltbildes und ihrer Zeit- und Richtungsmessung. Damit gehört der Verlauf des Sonnenstandes über den Tag und seine jahreszeitliche Veränderung zu den frühesten Himmelsbeobachtungen in der Menschheitsgeschichte.

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 außerdem zusätzlich zwischen dem täglichen und dem saisonalen Sonnenstand unterschieden.

Täglicher Sonnenstand

Aufgrund der Lichtbrechung in der Erdatmosphäre wirkt das Licht der Sonne verschoben, wodurch der Sonnenaufgang und der Sonnenuntergang jeweils circa 3 Minuten früher beziehungsweise später für das menschliche Auge stattfinden, als es in Wirklichkeit der Fall ist. Höhen wie Berge oder auch Gebäude wirken dem entgegen, und zwar um etwa 6–8 Minuten pro Grad.

Tagbogen

Der Tagbogen ist der über dem Horizont verlaufende Teil der Sonne beim täglichen Umlauf am Himmel.

Der Tagbogen beginnt beim astronomischen Sonnenaufgang und endet beim selben Untergang.

Startpunkt des Tagbogens ist am östlichen Horizont zwischen den Polarkreisen und das Ende ist am westlichen Horizont.

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.

Gültig ist dieser allerdings nur eingeschränkt, und zwar in erster Linie für die mittleren geographischen Breiten zwischen Wendekreis und Polarkreis auf der Nordhalbkugel.

In Mitteleuropa kann die Richtung der Auf- und Untergänge im Laufe des Jahres um bis zu 45° von exakt Ost beziehungsweise West abweichen.

Saisonaler Sonnenstand

Im Sommer ist der Tagbogen wesentlich höher und länger als im Winter. Seine Mittags-Höhe bei ungefähr ±50° geografischer Breite beträgt beispielsweise zur Sommersonnenwende 63,45° und zur Wintersonnenwende nur 16,55°.

Im Zenit (90° Höhe) steht die Sonne am Wendekreis mittags einmal pro Jahr, wohingegen sie zwischen den Wendekreisen und am Äquator zwei mal pro Jahr im Zenit steht.

Außerhalb der Polarkreise tritt mit der Mitternachtssonne und der Polarnacht in alljährlichem Rhythmus der Effekt auf, dass die Sonne ein paar Wochen lang weder auf- noch untergeht.

Sonnenstand Sommersonnenwende StudySmarter

Abbildung 1: SommersonnenwendeQuelle: Soussewetter.de

Messung des Sonnenstandes als Kultur

Das Hilfsmittel, was den Menschen schon seit Jahrtausenden die Messung des Sonnenstandes erleichtert, ist die Sonnenuhr. Mit ihr kann die Tageszeit bestimmt werden. Die Einteilung in Jahreszeiten ergibt sich dabei aus der Tagesbogen-Höhe der Sonne.

Sogar die erste Bestimmung des Erddurchmessers geschah mithilfe der Messung des Sonnenstandes an zwei unterschiedlichen Punkten auf der Erde zur selben Zeit.

Die Messung des Sonnenstandes war außerdem schon früh eine Methode der Navigation.

Der tägliche „Weg der Sonne über den Himmel“ spielt auch 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.

Auswirkungen des Sonnenstands

Die Länge von Tag und Nacht, die Intensität der Sonne und die damit einhergehende Helligkeit und Wärme beeinflusst unser Leben enorm. Der Sonnenstand hat also Auswirkungen auf uns Menschen. Aber auch die Natur ist stark vom Stand der Sonne geprägt.

Auswirkungen auf Natur und Mensch

Vom Sonnenstand und seiner Veränderungen hängt eine Reihe wichtiger Aspekte 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 zum Beispiel 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 zum Beispiel Photovoltaik und Solarthermie

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.

Analemma

Durch Abweichungen der scheinbaren Bahnebene der Sonne weicht die Sonne im Laufe eines Jahres ab und durchläuft das Analemma, eine Figur mit der Form einer "8".

Sonnenstand Analemma StudySmarterAbbildung 2: AnalemmaQuelle: cosmos-indirekt.de

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

Mit Hilfe des Stundenwinkels und der Deklination lässt sich ein Beobachtungsort auf der Erde beschreiben, wobei die die Koordinaten eines Gestirns im ortsfesten äquatorialen Koordinatensystems verwendet werden.

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.

Sonnenstand Sonnenstandsdiagramm StudySmarter

Abbildung 3: SonnenstandsdiagrammQuelle: wikipedia.de

Mit Hilfe eines Sonnenstandsdiagramms lässt sich die konkrete Sonnenposition eines Ortes ableiten. Das gilt an jedem Tag im Jahr, zu jeder Jahreszeit. Man kann außerdem die wechselnde Sonnenscheindauer ablesen.

"Wahrer Mittag" bedeutet, dass es 12 Uhr ist und die Sonne im Süden steht. Die jeweils gleichen wahren Stunden sind dabei mit Linien verbunden.

In Abbildung 3 ist der kürzeste Tag 8 Stunden lang (von 8h bis 16h). In der Grafik erkennt man außerdem bei einer Breite von 39°, dass der längste Tag des Jahres 16 Stunden hat (von 4h bis 20h).

Die sehr langsamen Veränderungen des Sonnenlaufs bleiben unberücksichtigt, da sich der zu ermittelnde Sonnenstand Jahr für Jahr wiederholt. Aus diesem Grund wird der Sonnenstand in ein erneut zu verwendendes Jahres-Diagramm eingezeichnet.

Sonnenstand - Das Wichtigste

  • 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.

Der Sonnenstand beeinflusst diese Punkte, da der Stand der Sonne ausschlaggebend für die Intensität der Sonnenstrahlen ist, die wiederum unter anderem die Vegetation, die jahreszeitliche Meeresströmung und auch den Bedarf an Heizungen beeinflussen.

Stundenwinkel und Analemma des Sonnenstands

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?

Antwort anzeigen

Antwort

  • Sonnenaufgang
  • mittäglicher Höchststand
  • Sonnenuntergang
Frage anzeigen

Frage

Nenne Beobachtungsinstrumente zur Erkennung des Sonnenstands.

Antwort anzeigen

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?

Antwort anzeigen

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?

Antwort anzeigen

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?

Antwort anzeigen

Antwort

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

Frage anzeigen

Frage

Was kann mit einem Sonnenstanddiagramm berechnet werden?

Antwort anzeigen

Antwort

die Besonnung eines Gebäudes oder die nutzbare Solarenergie eines Ortes

Frage anzeigen
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