Sonnenuhr

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Horizontale Sonnenuhr mit Knoten als Nodus auf dem Polstab: strahlenförmige Stundenlinien und hyperbelförmige Tagesbahnen
Antike Sonnenuhr (Hemispherium = abgeschnittene Skaphe) mit Nodus (Spitze eines waagerechten Stabes, dessen Original verloren ging), Anzeige temporaler Stunden

Eine Sonnenuhr zeigt den veränderlichen Stand der Sonne am Himmel als Tageszeit an. Als Zeiger dient meistens der linienförmige Schatten eines Stabes. Dieser Schatten bewegt sich während des Tages über das mit Tagesstunden skalierte Zifferblatt. Die Vielfalt ausgeführter Sonnenuhren beruht in erster Linie auf unterschiedlicher Form und Ausrichtung des Zifferblatts. Bevorzugte Variante ist die Vertikalsonnenuhr mit ebenem und vertikal angeordnetem Zifferblatt.[1][2]

Sonnenuhren sind seit der Antike in Gebrauch und waren noch am Beginn des 19. Jahrhunderts meistens gemeint, wenn von Uhren gesprochen wurde. Bis zum Beginn des 20. Jahrhunderts dienten sie in der Beschränkung auf die Anzeige der Mittagsstunde (sogenannte Mittagsweiser) zum Justieren der noch zu ungenauen mechanischen Uhren.[3] Heute stellen sie häufig nur noch Schmuck an Gebäuden, in Gärten und in Parks dar. Moderne Sonnenuhren in relativ aufwändiger Bauweise - zum Beispiel die Bernhardtsche Walze oder die Helios Sonnenuhr - sind aber in der Lage, die „amtliche“ Zeit (zum Beispiel die MEZ) zu allen Jahreszeiten auf die Minute genau anzuzeigen.

Schattenstab und schattenwerfender Punkt[Bearbeiten]

Der Schattenstab ist parallel zur Erdachse ausgerichtet und heißt Polstab, da seine Enden zu den Himmelspolen zeigen.

Manche Sonnenuhren zeigen zusätzlich näherungsweise den Zeitpunkt im Jahr an. Zu diesem Zweck wird außer der sich stündlich ändernden Position der Sonne auf ihrem Tagesbogen auch die sich täglich ändernde Höhe dieses Bogens am Himmel auf dem Zifferblatt sichtbar gemacht. Anstatt eines Stabschattens wird ein Punktschatten verwendet, der sich während des Tages auf einer Tageslinie, die die Stundenlinien kreuzt, über das Zifferblatt bewegt. Den übers Jahr unterschiedlich hohen Sonnenbahnen entspricht ein Büschel von Zifferblatt-Linien. Traditionell sind solche Sonnenuhren mit sieben Tageslinien, mit denen der erste Tag der zwölf Tierkreiszeichen-Abschnitte des Jahres angezeigt wird (fünf Tageslinien werden doppelt benutzt), versehen.

Als punktförmiger Schattenwerfer dient traditionell das Ende des Polstabes oder die Spitze eines beliebig orientierten Stabes. Manchmal hat ein in seiner Länge nicht begrenzter Polstab eine Nodus genannte knotenförmige Verdickung. Grundsätzlich kann wegen der mit einem Punkt möglichen zweifachen Anzeige (Tagesstunde und Zeitpunkt im Jahr) auf den Polstab verzichtet, und mit einer beliebig befestigten kleinen Kugel ein Schatten-Fleck erzeugt werden.

Sonnenstand und seine Abbildung auf einer Sonnenuhr[Bearbeiten]

Die scheinbare Bewegung der Sonne um die Erde, die durch den Sonnenuhrenzeiger (Polstab oder Nodus) angezeigt wird, erfolgt näherungsweise auf einem Kreis auf der Himmelskugel. Die Zeit, die sie für einen vollständigen Umlauf benötigt, ist der Sonnentag (auch bürgerlicher Tag oder Kalendertag). Eine der 24 gleich langen (äquinoktialen) Stunden des Volltages entspricht der Bewegung der Sonne über einen Bogen von 15° (360°÷24=15°) und lässt sich indirekt durch Messung dieser Bewegungsstrecke bestimmen. Auf dem Zifferblatt ist es das Bahnstück eines von der Sonne erzeugten und bewegten Schattens. Die Skalenpunkte sind die Stundenpunkte mit dem Mittagszeitpunkt in ihrer Mitte. Wenn sie die wahre Ortszeit repräsentieren, steht die Sonne zum Mittagszeitpunkt auf der nördlichen Erdhälfte genau im Süden.

Die Erdachse ändert während des Jahresumlaufes ihre Richtung nicht

Die Sonne kulminiert im Sommer auf der Nordhalbkugel der Erde am Mittag höher über dem Südpunkt des Horizonts als im Winter. Entscheidend für die jährlich veränderliche Kulmination ist, dass die zu ihrer Bahn geneigte Achse der Erde nicht um die Sonne rotiert sondern während des Sonnenumlaufs ihre Richtung relativ zu den Sternen beibehält (Exzenterbewegung). Dadurch scheint die Sonne über das Jahr unterschiedlich hoch aufsteigend (siehe auch unter: Jahreszeit). Im Sonnenstand ist somit auch der Zeitpunkt im Jahr enthalten, und auf einer Sonnenuhr wird er auch angezeigt.

Über dem Horizont liegende Teile der Sonnenbahnen auf der Himmelskugel: vorne Sommer-, hinten Wintersonnenwende

Der Sonnenstand auf der Himmelskugel[Bearbeiten]

In nebenstehendem Bild befindet sich ein Beobachter im Punkt M, der einen bestimmten Ort auf der Erdoberfläche kennzeichnet. Über dem zugehörenden Orts-Horizont sind die sichtbaren Teile der höchsten (vorne, Sommersonnenwende) und tiefsten (hinten, Wintersonnenwende) Tagesbahn der Sonne als dicke Linien auf die Himmelskugel gezeichnet. An den anderen Tagen des Jahres bewegt sich die Sonne (scheinbar) auf dazwischenliegenden Bögen. Der Sonderfall für die Tagundnachtgleichen ist der rot gezeichnete mittlere Bogen, der zugleich Teil des Himmelsäquators ist. Die Bögen sind Stücke von parallelen Kreisen, deren Mittelpunkte auf der Himmelsachse (gezeichnet zwischen M und Pol) liegen.

Der Stand eines Körpers am Himmel wird mit zwei Koordinaten-Werten angegeben. Für die Auswertung des Sonnenstands auf einer Sonnenuhr werden die für den Beobachtungsort geltenden Äquatorialkoordinaten Stundenwinkel τ für den Tageszeitpunkt und Deklinationswinkel δ für den Jahreszeitpunkt verwendet.[4] Der Stundenwinkel τ ist ein Bogenstück auf dem Himmelsäquator, das auf den Meridiankreis (auf dem Horizont senkrechter Großkreis zwischen Süd und Nord) bezogen ist. Der Deklinationswinkel δ ist ein Bogenstück auf dem Meridiankreis, das auf den Himmelsäquator bezogen ist.

Funktion einer Sonnenuhr[Bearbeiten]

Abbildung der Sonne als Schattenpunkt mittels Nodus (Gnomonische Projektion) beziehungsweise als Schattenlinie mittels Polstab auf ein ebenes horizontales Zifferblatt: Stundenlinien grau und blau; Tageslinien: grün, rot und cyan

Um den Sonnenstand festzustellen und mit Hilfe einer Sonnenuhr daraus sowohl auf den Zeitpunkt des Tages am Beobachtungsort als auch des Jahres zu schließen, wird die Sonne als Schattenpunkt mit einem Nodus auf dem Sonnenuhrenzifferblatt abgebildet. Der geometrische astronomische Begriff für diesen Vorgang ist die gnomonische Projektion (siehe nebenstehendes Bild). Dabei entsteht eine zweidimensionale Abbildung des Himmels, in dem die Sonne als Schattenfleck erkennbar ist.[5] Der sich etwas über dem Horizont befindende Nodus lässt sich weiter als Mittelpunkt M der Himmelskugel (vorheriges und nebenstehendes Bild) auffassen. Die Himmelskugel mit der Entfernung zur Sonne als Radius ist im Vergleich zur Erde so groß, dass jeder Ort in, auf oder nahe über der Erde als ihr Mittelpunkt gelten kann. Der Ort des Schattenflecks auf dem Zifferblatt entspricht dem Ort der Sonne auf der Himmelskugel. Mit Hilfe der im Bild geraden grauen, mit Stunden-Zahlen versehenen Linien eines zum Beispiel ebenen Zifferblatts kann der Stundenwinkel τ als Tageszeitpunkt (im Bild beispielsweise als äquinoktiale Stunde) und mit Hilfe der farbigen hyperbelförmigen Tageslinien der Deklinationswinkel δ als Jahreszeitpunkt (Datum) abgelesen werden. Die Tageslinien schneiden die Stundenlinien.

Bei Beschränkung auf die Anzeige des Tageszeitpunktes genügt die eindimensionale Abbildung mit einem Polstab.[6] Dieser Stab muss aber die Stelle der Himmelsachse (im Bild: Polachse) einnehmen, das heißt parallel zur Erdachse liegen. Nur so fällt sein Schatten zur selben Tageszeit auf dieselbe Tageslinie unabhängig davon, welcher Tag im Jahr ist. Alle Stundenebenen (eine Stundenebene oder ein Stundenbogen oder -kreis enthält alle Orte der Sonne zu einem bestimmten Tageszeitpunkt bei sich änderndem Tag im Jahr) schneiden sich im Polstab.

Die Umkehr der Abbildung mittels Licht anstatt mittels Schatten kommt bei Sonnenuhren ebenfalls vor. Punktlicht wird von einer Lochblende (wie bei einer Lochkamera) und Linienlicht von einer Schlitzblende erzeugt.

Vergleich zwischen Nodus- und Polstab-Prinzip[Bearbeiten]

In der Antike war die zweidimensionale Abbildung mittels Nodus üblich und nötig, denn die anzuzeigenden und mit der Jahreszeit veränderlichen temporalen Stunden sind sowohl eine Funktion des Stundenwinkels als auch eine des Deklinationswinkels. Als Nodus diente die Spitze eines vertikalen Stabes, des Gnomons, der dem Fachgebiet Gnomonik seinen Namen gab. Eine Zentralprojektion mit dem projizierenden Punkt in der Mitte des abzubildenden Körpers wird folglich verallgemeinert als gnomonische Projektion (siehe vorheriges Bild) bezeichnet.

Im späten Mittelalter wurden die mechanischen Uhren erfunden, wodurch sich im öffentlichen Gebrauch die konstanten, von der Jahreszeit unabhängigen äquinoktialen Stunden durchzusetzen begannen. Zur Anzeige dieser Stundenart auf einer Sonnenuhr genügt die eindimensionale Abbildung mit einem Polstab. Die eindimensionale Richtung des Polstabschattens ist von der Deklination der Sonne unabhängig, sie ist allein eine Funktion des Stundenwinkels. Die Schattenlinie ist in Bezug zu den Stundenlinien auf dem Zifferblatt einfacher ablesbar als der Schattenpunkt des Nodus. Zudem dreht sie sich – wie der Zeiger einer mechanischen Uhr – um einen Punkt (Fußpunkt des Stabes). Das sind Gründe dafür, dass Sonnenuhren mit Polstab häufiger sind als solche mit Nodus.

Der Nodus wurde nach dem Übergang zu äquinoktialen Stunden eigentlich nicht mehr gebraucht, blieb aber neben dem Polstab weiter in Anwendung.[7] Moderne Sonnenuhren, die die sogenannte Zeitgleichung in der Anzeige berücksichtigen, benötigen wieder die Punktanzeige, denn diese „Gleichung“ ist eine Funktion der Jahreszeit.

Anzeige der Tageszeit[Bearbeiten]

Die Anzeige der Tageszeit ist die übliche und oft einzige Funktion einer Sonnenuhr. Gemessen an den üblicherweise gebrauchten mechanischen und elektronischen Uhren geht die Sonnenuhr aber ziemlich „falsch“, weil die scheinbare Bewegung der Sonne nicht gleichmäßig ist. Bis zur Erfindung der mechanischen Räderuhr am Ende des Mittelalters hatte dieser „Fehler“ keine Bedeutung. Man konnte ohne weiteres hinnehmen, dass die wahre Sonnenzeit übers Jahr im Vergleich zur gleichmäßig ablaufenden Zeit im Sommerhalbjahr bis etwa ± 5 Minuten, im Winterhalbjahr sogar bis etwa ± 15 Minuten abwich. Die Allgemeinheit hatte davon keine Kenntnis. Das hätte auch nichts genützt, denn es gab keine bessere langzeitig messende Uhr als die Sonnenuhr. Nur Astronomen wussten davon und korrigierten die gemessene Sonnenzeit mit der sogenannten Zeitgleichung, die bereits Ptolemäus kannte, auf die gleichmäßig vergehende Zeit, wodurch ihre Beobachtungen genauer interpretierbar wurden.

Auch heute zeigen die meisten Sonnenuhren die nicht ganz gleichmäßig ablaufende sogenannte Wahre Ortszeit an. Diese enthält die mit der Zeitgleichung erfasste „Ungenauigkeit“ und gilt in der Regel für denjenigen Ort (beziehungsweise den Längengrad dieses Ortes), wo sich die Sonnenuhr befindet. Um die Wahre Ortszeit in die gesetzliche Zeit umzuwandeln, muss sie auf den Sonnenstand des Bezugsmeridians (Zonenzeit) umskaliert und die Zeitgleichung angewendet werden. Die Anwendung der Zeitgleichung ist aber aufwändig, weshalb die meisten existierenden Sonnenuhren nur die Wahre Ortszeit (für Aufstellort oder Bezugsort für Zonenzeit) anzeigen.[8]

Vertikale Sonnenuhr für äquinoktiale Stunden
oben: WOZ (X bis II Uhr),   Mitte: MEZ
unten: MESZ (10 bis 18 Uhr, Ziffern übereinander)
MEZ- und MESZ-Anzeige mit Fehler der Zeitgleichung behaftet
vertikale Sonnenuhr für die mittlere Ortszeit in München (nicht MEZ)

In den weiteren Beschreibungen sind folgende Unterscheidungsmerkmale bei der Messung der Tageszeit mittels einer Sonnenuhr beachtet:

  • die Dauer der verschieden definierten Stunden,
  • der Zählbeginn für die verschieden definierten Stunden,
  • die mit der Zeitgleichung auszugleichende Schwankung während des Jahres.

Auf diese Weise werden die auf den noch existierenden historischen Sonnenuhren angezeigten Stunden, die anders als heute definiert sind, und die moderne Korrektur für die Anzeige der gleichmäßig ablaufenden Zeit eingeschlossen.

Anzeige in äquinoktialen Stunden[Bearbeiten]

Die seit dem Ende des Mittelalters bis heute geltenden äquinoktialen Stunden können vorteilhaft bei Verwendung eines Polstabes als Wahre Ortszeit (WOZ) angezeigt werden. Die Skala lässt sich auch für die WOZ des Bezugsmeridians der Zeitzone anzeigen (Bild: vertikale Sonnenuhr für äquinoktiale Stunden), die aber gegen die gesetzliche Zeit übers Jahr schwankt. Moderne Sonnenuhren mit angewendeter Zeitgleichung brauchen zur Anzeige wieder den historisch älteren Nodus.

Anzeige der mittleren Tageszeit[Bearbeiten]

Sonnenuhren, die die Zeitgleichung anwenden, haben anstatt gerader Stundenlinien wie ein Analemma geformte Schleifenlinien, auf denen die Stunde mit Hilfe eines Schattenflecks angezeigt wird (Bild: vertikale Sonnenuhr für die mittlere Ortszeit in München). Um verwechslungsfreies Ablesen zu ermöglichen, wird die Analemmaschleife oft in zwei Teile zerlegt und auf zwei Zifferblättern angebracht, die zweimal im Jahr gegeneinander ausgetauscht werden. Eine andere Möglichkeit ist die Verdopplung der Sonnenuhr, wobei jede Halbsonnenuhr mit einer Hälfte der Analemmaschleife versehen ist (siehe unten stehendes Bild zylindrische Sonnenuhr für Mittlere Ortszeit (MOZ)). Solche Uhren zeigen primär die Mittlere Ortszeit (MOZ) in äquinoktialen Stunden an, lassen sich aber auch auf die Zonenzeit (zum Beispiel MEZ und/oder MESZ) skalieren.

Anzeige in temporalen Stunden[Bearbeiten]

Vertikales Zifferblatt für temporale Stunden; zum Vergleich: in Rot für äquinoktiale Stunden

Bei den in der Antike verwendeten temporalen Tagesstunden ist die Länge von der Jahreszeit (Parameter: Sonnendeklination) abhängig. Der über das Jahr unterschiedlich lange lichte Tag wird in zwölf gleiche Stunden unterteilt. Der Zeitgleichungs-„Fehler“ ist grundsätzlich enthalten, denn Bezugspunkt ist die übers Jahr schwankende Tagesmitte, die sich aus den Zeitpunkten für Sonnenauf- und Sonnenuntergang ergibt.

Temporale Stunden können nur mit punktförmigen Schatten auf einer zweidimensionalen Skala angezeigt werden. Auf dem Zifferblatt im Bild Vertikales Zifferblatt für temporale Stunden sind zum Vergleich in Rot gezeichnete äquinoktiale Stundenlinien gezeichnet, auf die der Schatten eines Polstabs fällt. Dieser geht durch den Nodus N und seinem Fußpunkt F auf dem Zifferblatt. Der Nodus liegt vor dem Zifferblatt. Die Linien für temporale Stunden sind nur näherungsweise Geraden und schneiden sich nicht in einem Punkt.[9] Ihre im Sommer anzeigenden Teile haben untereinander größeren Abstand als die der äquinoktialen Stundenlinien. Im Winter ist es umgekehrt. Beide Linien-Büschel schneiden sich an den Tagen der Tag-Nacht-Gleiche.

Anzeige in besonderen Stunden[Bearbeiten]

Während des Übergangs von temporalen zu äquinoktialen Stunden gab es den Gebrauch äquinoktialer Stunden, die nicht auf den Sonnenhöchststand (Wahrer Mittag), sondern auf den Sonnenauf- oder -untergang bezogen wurden. Beide Momente variieren übers Jahr, weshalb diese Stunden nur mit einem punktförmigen Schatten anzeigbar sind. Solche Stunden waren Italienische Stunden (ab Sonnenuntergang, Bild: Vertikale Sonnenuhr für italienische Stunden), Babylonische Stunden (ab Sonnenaufgang) und Nürnberger Stunden[10] (ab Abend mit schrittweise verändertem Zählbeginn).

Anzeige des Jahresdatums[Bearbeiten]

Die Deklination der Sonne ist ein direktes Maß für das Jahresdatum. Eine Sonnenuhr mit Nodus zeichnet Tagesbahnen (Datumslinien[11]) der Sonne auf. Traditionell werden die Tage zu Beginn der zwölf astrologischen Tierkreiszeichen ausgewählt. Da sich die Deklination während eines Tages kaum ändert, lassen sich fünf Linien des Sommerhalbjahres (Löwe bis Schütze) auch im Winterhalbjahr verwenden (Wassermann bis Zwillinge). Zusammen mit den Linien für die Sonnenwendetage (Anfang von Krebs und Steinbock) enthält ein Zifferblatt sieben Datumslinien (Hyperbeln in den Bildern vertikale Sonnenuhr für die mittlere Ortszeit in München und vertikales Zifferblatt für temporale Stunden).[12]

Die Zifferblätter[Bearbeiten]

Sonnenuhr (Skaphe) mit Nodus
Zylindrische Sonnenuhr für MOZ, oben: 1., unten: 2. Halbjahr

Prinzipielles Unterscheidungskriterium bei Sonnenuhren ist die Verwendung entweder eines Polstabs oder eines Nodus. Sonst unterscheiden sie sich vor allem durch die Form und die Ausrichtung ihres Zifferblattes. Alle Formen und alle Ausrichtungen im Raum sind möglich.[13] Die drei folgenden Formen sind die häufigsten. Die Aufzählung führt von der komplexesten zur einfachen Form und gleichzeitig von der historisch ältesten zur heute überwiegend vorkommenden Form.

Kugelförmiges Zifferblatt[Bearbeiten]

Dieses Zifferblatt ist die Gegenform der Himmelskugel. Es wurde bereits in der Antike unter dem Begriff Skaphe (Bild am Artikelanfang) verwendet und war mit Linien für temporale Stunden versehen. Die moderne Ausführung in nebenstehendem Bild ist für äquinoktiale Stunden liniert. Von der Halbkugel einer Skaphe sind die nicht anzeigenden Teile abgeschnitten.

Bei Globus-Sonnenuhren befindet sich das Zifferblatt auf der Außenseite einer Kugel. Eine moderne Globus-Sonnenuhr mit Nodus im Mittelpunkt ist die HELIOS-Sonnenuhr.

Zylindrisches Zifferblatt[Bearbeiten]

Weil eine Zylinderfläche einfacher herzustellen ist als eine Kugelfläche, waren Hohlzylinder-Sonnenuhren (siehe nebenstehendes Bild) und Hohlkegel-Sonnenuhren die Nachfolger der antiken Skaphe.

Eine als Höhensonnenuhr gebrauchte Zylindersonnenuhr hat ihre Skala auf der Außenseite eines Zylinders (auch als Säulensonnenuhr bezeichnet).

Ebenes Zifferblatt[Bearbeiten]

Die meisten Sonnenuhren haben das einfache ebene Zifferblatt, das zudem meistens an einer Hauswand angebracht ist. Bei Horizontalsonnenuhren befindet es sich auf dem Boden, manchmal auch auf der Oberseite eines Sockels oder auf einem Tisch.

Horizontale Sonnenuhren haben gegenüber vertikalen Sonnenuhren den Vorteil, dass sie zwischen Sonnenauf- und -untergang immer besonnt sind. Vertikale Sonnenuhren können im Sommer die frühen und die späten Tagesstunden nicht anzeigen. Handelt es sich nicht um eine reine Süd-(Haus-)Wand, so ist die Einschränkung am Morgen oder am Abend am größten.

Bei der Äquatorialsonnenuhr (siehe nebenstehendes Bild) hat das Zifferblatt eine Sonderausrichtung. Es liegt in der Ebene des Himmelsäquators. Eine solche Sonnenuhr hat auf beiden Seiten der Ziffernscheibe ein Zifferblatt (oben für das Sommerhalbjahr; unten für das Winterhalbjahr). An den Tagen der Tag-Nacht-Gleiche ist die Uhr wegen Streiflicht nicht ablesbar.

Eine weitere Sonderausrichtung des Zifferblatts ist die zum Polstab parallele Lage bei einer Polaren Sonnenuhr. Die Stunden-Striche auf dem Zifferblatt sind zueinander parallele Linien. Die polare Ost-Sonnenuhr befindet sich auf einer nach Osten zeigenden Wand. Die polare West-Sonnenuhr ist das Gegenstück dazu. Zwischen diesen beiden Grenzausrichtungen befindet sich das polare Zifferblatt auf einer nach hinten gekippten Südwand.

Geschichte[Bearbeiten]

Gnomon[Bearbeiten]

Die Beobachtung der Schattenlänge eines vertikal ausgedehnten Objekts – eines Gnomons – ist der Anfang für die Zeitmessung mittels einer Sonnenuhr. Der Mensch hat vermutlich schon in seiner frühesten Geschichte damit angefangen, wobei er auch sich selbst als Schattenwerfer benutzte. Verlässliche Quellen dafür stammen aber erst aus dem antiken Griechenland in Form von Tafeln, auf denen die Tageszeit in Abhängigkeit von der eigenen Schattenlänge angegeben ist.[14] Solche Tabellen (Schattentafeln) wurden später auch im Römischen Reich,[15] und noch im Mittelalter benutzt. Als Maßeinheit diente jeweils die Länge des eigenen Fußes.

Mit einem Stab als Gnomon entstand ein Mittagsweiser, eines der ersten astronomischen Instrumente. Damit wurde mit Hilfe einer auf dem Boden in Meridian-Richtung angebrachten Skala die Schattenlänge am Mittags als Maß für die Jahreszeit ermittelt. Bei bekannter Jahreszeit hat dann Eratosthenes, der die Erde schon um 240 v. Chr. als Kugel ansah, aus den Mittagsschatten zweier gleicher Mittagsweiser den Erdradius ziemlich genau bestimmen können. Ein Mittagsweiser stand in Syene – dem heutigen Assuan – und einer in Alexandria. Die Messungen erfolgten gleichzeitig am Tag der Sommersonnenwende. Dazu wertete er die Differenz der Höhenwinkel der Sonne, die in den Schattenlängen enthalten sind, und die ihm bekannte Entfernung zwischen den beiden Orten aus.

Eine Anwendung des Gnomons erfolgte auch schon früh im Indischen Kreis, womit eigentlich nur die Himmelsrichtungen ermittelt werden. Diese Gnomonanwendung konnte somit auch früh für vorgefertigte Sonnenuhren hilfreich sein, denn diese sind den Himmelsrichtungen gemäß aufzustellen, damit sie als Zeitmesser richtig funktionieren.

Discus in plano (Vitruv)
Vielflächen-Sonnenuhr
Tragbare Ringsonnenuhr

Älteste Sonnenuhren[Bearbeiten]

Als man den Schatten schließlich zu jeder Tageszeit auf einer sich zu beiden Seiten der Mittagslinie erstreckenden Skala maß, war eine vollwertige Sonnenuhr entstanden. Zu diesem frühen Schritt, in verschiedenen alten Kulturen wie in China und in Mesopotamien bei den Sumerern unabhängig voneinander vollzogen, existieren nur wenige Texte. Erste gut belegte archäologische Funde von Sonnenuhren stammen aus dem Alten Ägypten des 13. Jahrhunderts v. Chr..

Die altägyptische Sonnenuhr (Bild: Im Osireion beschriebene altägyptische Sonnenuhr), beispielsweise auch in einer Variante als Wand-Sonnenuhr, verwendete einen horizontalen Schattenwerfer.[16] Die Lage eines solchen Schattens ist immer (ausgenommen am Äquator) vom Jahresdatum abhängig, weshalb diese Uhren nur als primitive Vorläufer prinzipiell richtig konstruierter Sonnenuhren gelten. Eine Sonnenuhr mit horizontalem Stab in einer Wand wurde im Mittelalter als Kanoniale Sonnenuhr erneut benutzt (Bild: Kanoniale Sonnenuhr).

Vitruv beschreibt etwa 10 v. Chr. im neunten seiner Zehn Bücher über Architektur die ihm bekannten antiken Sonnenuhren.[17][18] Die Liste beginnt mit einer Sonnenuhr des im dritten Jahrhundert v. Chr. lebenden Chaldäers Berossos und der Skaphe des zur gleichen Zeit lebenden Aristarchos von Samos. In beiden Fällen handelt es sich um eine Hohlkugel-Sonnenuhr. Berossos verwendete zuerst eine komplette Halbkugel, die er Hemispherium nannte. Er hatte sich damit ein komplettes Gegenstück zum sichtbaren Teil der Himmelssphäre geschaffen. Später beschränkte er sich auf etwas mehr als den skalierten Teil und gab dieser Uhr den Namen Hemicyclum. Aristarchos wählte den heute noch für alle Hohlkugel-Sonnenuhren gebräuchlichen Namen Skaphe.

In der Liste Vitruvs folgt der discus in plano von Aristarchos, vermutlich eine horizontale Sonnenuhr, von der ein Exemplar an der Via Appia gefunden wurde (Bild: discus in plano). Dann folgt die arachne[19] des etwas älteren Eudoxos von Knidos (4. Jahrhunderts v. Chr.). Die restlichen von Vitruv genannten Sonnenuhren konnten nicht gefunden und auch nicht gedeutet werden.

Der im ersten Jahrhundert v. Chr. gebaute achteckige Turm der Winde in Athen ist rundum mit vertikalen Sonnenuhren versehen. Es handelt sich bei ihnen um die größten antiken Vertikaluhren. Zu der gewöhnlich auf einer Südwand angebrachten Sonnenuhr kommen sieben weitere Sonnenuhren, jede in eine andere Richtung zeigend.[20]

Der römische Kaiser Augustus ließ 10 v. Chr. auf dem Marsfeld in Rom einen aus Ägypten stammenden Obelisken als Gnomon aufstellen. Dieser diente aber lediglich als Mittagsweiser und Kalender (Anzeige der die Jahreszeit enthaltenden Schattenlänge am Mittag). Dass es sich beim sogenannten Solarium Augusti um eine komplette Sonnenuhr handelte, erwies sich nicht als realistische Vermutung.[21][22]

Kanoniale Sonnenuhr[Bearbeiten]

Nach dem Ende des Römischen Reiches gingen Gebrauch und Anfertigung von Sonnenuhren zurück. Das Wissen darüber ging nahezu verloren. Seit dem achten Jahrhundert n. Chr. wurden wieder einfache Sonnenuhren ähnlich den Wand-Sonnenuhren im Alten Ägypten angefertigt. Ihr jetzt verwendeter Name Kanoniale Sonnenuhren deutet ihren Gebrauch in Klöstern und deren Umgebung an. Man erinnerte mit ihnen an die am Tage zu verrichtenden, seit Benedikt von Nursia streng geregelten Gebete (Bild: Kanoniale Sonnenuhr). Dabei wurde in Kauf genommen, dass die mit einer solchen unvollkommenen Sonnenuhr angezeigten Gebetszeiten weder gleichmäßig über den Tag verteilt, noch unabhängig von der Jahreszeit waren. Die Verbreitung dieses Typs ging mit der von Irland und England ausgehenden missionarischen Tätigkeit der Benediktiner einher.[23]

Sonnenuhr mit Polstab[Bearbeiten]

Nach den Kreuzzügen tauchte in Europa der Polstab auf, womit die Sonnenuhr ihre prinzipielle Vollkommenheit erlangte, wenn man davon absieht, dass die von ihr angezeigte Wahre Ortszeit noch mit dem „Fehler“ der Zeitgleichung behaftet ist. Der Polstab wird erstmals im 12. Jahrhundert vom Araber Abul Hassan al Marrakushi beschrieben, was darauf deutet, dass er eine arabische Erfindung ist.[24]

Neuzeitliche Sonnenuhren[Bearbeiten]

Die Sonnenuhr wurde seit der Renaissance Objekt der Kunst und der Mathematik. Für herrschaftliche Terrassen und Parks entstanden zum Beispiel üppige Vielflächensonnenuhren. Auch tragbare Sonnenuhren erschienen seitdem in vielfältigen Formen.[25] Am häufigsten waren es sogenannte Klappsonnenuhren, bei denen beim Aufklappen eines Deckels zwischen der Bodenplatte mit Skala (Horizontalsonnenuhr) und ihm ein Faden als Polstab gespannt wird.[26] Sie tragen zusätzlich einen Magnetkompaß, mit dessen Hilfe die Ausrichtung innerhalb der Himmelsrichtungen vorgenommen wird.

Sonnenuhren blieben bis zum Ende des 19. Jahrhunderts unentbehrlich. Erst dann erreichten mechanische Uhren ausreichende Genauigkeit und Zuverlässigkeit, dass man sie nicht mehr zum Beispiel auf Bahnhöfen jeden Mittag mit Hilfe eines auf den Mittleren Mittag korrigierten Mittagsweisers zu korrigieren brauchte.[27]

Heute sind wieder vermehrt Sonnenuhren in privaten Gärten, an Wohnhäusern und in öffentlichen Parks zu finden. Betroffen sind vorwiegend diejenigen Länder der Welt, deren Kultur ihre Wurzeln in der griechischen und der römischen Antike hat. Es gibt auch wieder monumentale Sonnenuhren, zum Beispiel die große Boden-Sonnenuhr auf der Halde Hoheward zwischen Herten und Recklinghausen.

Zusammenfassung: Eine vertikale Mehrfach-Sonnenuhr[Bearbeiten]

Die Mehrfach-Sonnenuhr von Santuari de Lluc (Mallorca) wird im Folgenden etwas detaillierter beschrieben, da sie die Entwicklung der Sonnenuhr und deren unterschiedlichen Gebrauch an vier ausgewählten Beispielen zusammenfassend veranschaulicht.[28] Die Sonnenuhr steht auf dem Längengrad 2° 53′ Ost. Die dortige Wahre Ortszeit läuft der in Greenwich etwa zwölf Minuten voraus, der Wahren Ortszeit auf 15° Ost (Bezugslängengrad für die in Spanien gültige Mitteleuropäische Zeit) etwa 48 Minuten nach.

Sunclockllrp.jpg
1. Kanoniale Sonnenuhr (links oben)

Auf dem Zifferblatt sind auch die Nachtgebete vermerkt, obwohl nur die Zeiten zwischen Sonnenaufgang (PRIMA) und Sonnenuntergang (VESPERAE) anzeigbar sind. Diese beiden Zeiten und der Mittag (SEXTA) sind genau anzeigbar, TERTIA und NONA nicht.

2. Sonnenuhr für Babylonische Stunden (links unten)

Schattenwerfer ist die Stabspitze (Nodus). Angezeigt werden ab Sonnenaufgang gezählte äquinoktiale Stunden. Außerdem enthält das Zifferblatt die sieben astrologischen Datumslinien. Der Endpunkt des Stabschattens fällt auf die Stundenlinie IX und auf die Datumsgerade der Tag-Nacht-Gleichen. An diesen Tagen ist Sonnenaufgang 6 Uhr WOZ, neun Babylonische Stunden später (Stunde IX) ist 15 Uhr WOZ.

3. Sonnenuhr für Wahre Ortszeit (WOZ) (Bildmitte)

Die Anzeige erfolgt sowohl mit einem Polstab, der oberen Blechkante, als auch mit einem Nodus, der Kreuzung der Blechkante mit einem darauf befindlichen kleinen Querstab. Der Nodus wird nur zur Anzeige der Jahreszeit benötigt. Das Zifferblatt dieser Uhr ist nicht breit genug ausgelegt, um den Schatten des Nodus zur Tageszeit der Aufnahme zu enthalten.

Die Zahlen links und rechts der Sonne bedeuten:

λ=2° 53′ E und φ=39° 50′ N: geographische Koordinaten des Standorts
-11′ 32″ (G): Unterschied zwischen WOZ am Standort und WOZ auf dem 15. Längengrad Ost
δ=13° 48′ E: Winkel, um den die senkrechte Wand aus der Südrichtung nach Ost verdreht ist.
4. Sonnenuhren für Mitteleuropäische Zeit (MEZ und MESZ) (rechts)

Schattenwerfer ist wieder eine Stabspitze (Nodus), mit der die Zeitgleichung anwendbar ist. Die obere Sonnenuhr wird im Winterhalbjahr benutzt, die untere im Sommerhalbjahr. Dadurch konnten die Analemma-förmigen Stundenlinien in zwei verwechslungsfrei ablesbare Hälften geteilt werden. Beide Uhren sind für MEZ skaliert (obere Ziffern für MEZ, untere Ziffern für MESZ). Angezeigt wird knapp 17 Uhr MESZ (am rechten Rand des unteren Zifferblattes).

Die astrologischen Datumslinien sind eine Beigabe zum ungefähren Ablesen der Jahreszeit.

Sinnsprüche und Inschriften[Bearbeiten]

Sinnsprüche und andere Inschriften auf Sonnenuhren entstanden schon sehr früh. Die meisten wurden schon in lateinischer Sprache abgefasst. Manche haben einen Bezug zur Messung der Zeit wie zum Beispiel Horas non numero nisi serenas (wörtlich: Die Stunden zähle ich nicht, wenn sie nicht heiter sind), der als „Mach es wie die Sonnenuhr, zähl die heit’ren Stunden nur.“ einer der heute meist vorkommenden Sonnenuhrensprüche ist. Andere sind sehr allgemeine Betrachtungen über Zeit und Leben, wie beispielsweise: Tempus fugit („Die Zeit flieht.“) oder Vita in motu („Das Leben ist in Bewegung.“).[29]

Siehe auch[Bearbeiten]

Literatur[Bearbeiten]

  • Hugo Philipp, Daniel Roth, Willy Bachmann: Sonnenuhren – Deutschland und Schweiz. Deutsche Gesellschaft für Chronometrie, Stuttgart 1994, ISBN 3-923422-12-1 (Verzeichnis der ortsfesten Sonnenuhren in Deutschland und in der Schweiz)
  • Karlheinz Schaldach: Die antiken Sonnenuhren Griechenlands, Frankfurt am Main, 2006, ISBN 3-8171-1756-6
  • Karlheinz Schaldach: Römische Sonnenuhren, Frankfurt am Main, 2001, ISBN 3-8171-1649-7
  • René R. J. Rohr: Die Sonnenuhr. Geschichte, Theorie, Funktion. Callwey, München 1982, ISBN 3-7667-0610-1 (umfassende und bebilderte Darstellung)
  • Arnold Zenkert: Faszination Sonnenuhr. 5. Auflage. Verlag Harri Deutsch, Thun und Frankfurt am Main 2005, ISBN 3-8171-1752-3 (für Anfänger, mit Konstruktionsanleitungen und zusätzlich 250 kommentierten Bildern von Sonnenuhren auf CD-Rom)
  • Jürgen Hamel: Inventar der historischen Sonnenuhren in Mecklenburg-Vorpommern, Verlag Harri Deutsch, Frankfurt am Main 2007 (Acta Historica Astronomiae; 34), ISBN 3-8171-1806-6

Weblinks[Bearbeiten]

 Commons: Sonnenuhren – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
 Wiktionary: Sonnenuhr – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen
 Wikisource: Sonnenuhr – Quellen und Volltexte

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. Karl Schwarzinger: Katalog der ortsfesten Sonnenuhren in Österreich, Österreichischer Astronomischer Verein, 2006, S. 21
  2. Karl Schwarzinger: Katalog der ortsfesten Sonnenuhren in Österreich, Österreichischer Astronomischer Verein, CD von 2011: etwa 3500 von 3800 Sonnenuhren sind Vertikalsonnenuhren.
  3. Vgl. Bassermann-Jordan/Bertele: Uhren, Verlag Klinkhardt & Biermann, 1961, S. 101
  4. Arbeitskreis Sonnenuhren in der Deutschen Gesellschaft für Chronometrie: Sonnenuhrenhandbuch, Deutsche Gesellschaft für Chronometrie e.V., 2006, Bild 2-19
  5. Siegfried Wetzel: Die Physik der Sonnenuhr. In: Schriften des Historisch-wissenschaftlichen Fachkreises Freunde alter Uhren in der Deutschen Gesellschaft für Chronometrie. Deutsche Gesellschaft für Chronometrie (Hrsg.), 1998, ISBN 3-923422-16-4, S. 177–188, Abb. 10 (online, PDF).
  6. Siegfried Wetzel: Die Physik der Sonnenuhr. In: Schriften des Historisch-wissenschaftlichen Fachkreises Freunde alter Uhren in der Deutschen Gesellschaft für Chronometrie. Deutsche Gesellschaft für Chronometrie (Hrsg.), 1998, ISBN 3-923422-16-4, S. 177–188, Abb. 12.2 (online, PDF).
  7. Auch heutige Sonnenuhren verwenden oft zusätzlich das Schattenbild der Polstabspitze für jahreszeitliche Angaben. Ihre Zifferblätter enthalten in der Regel außer Stunden- auch Datumslinien.
  8. Karl Schwarzinger: Gnomonik (3. Zeitmasse). Abgerufen am 8. August 2012.
  9. Hugo Michnik: Beiträge zur Theorie der Sonnenuhren. Beilage zu dem Jahresberichte des kgl. Gymnasiums zu Beuthen O.-S. für das Schuljahr 1913/14, S. 3
  10. Karl Schwarzinger: Sonnenuhren (Bild 34). Abgerufen am 8. August 2012.
  11. Heinz Schumacher: Sonnenuhren, Band 1, Calwey, 1973, ISBN 3-7667-0279-3, S. 178
  12. Arnold Zenkert: Faszination Sonnenuhr, 2. Auflage. Verlag Harri Deutsch, 1995, ISBN 3-8171-1386-2, S. 39
  13. Arnold Zenkert: Faszination Sonnenuhr, 2. Auflage. Verlag Harri Deutsch, 1995, ISBN 3-8171-1386-2 S. 41
  14. Karlheinz Schaldach: Die antiken Sonnenuhren Griechenlands, Frankfurt am Main, 2006, ISBN 3-8171-1756-6 S. 23
  15. Eine solche Tabelle und die meisten folgenden Angaben zur Geschichte der Sonnenuhr sind zu finden in: René R. J. Rohr: Die Sonnenuhr. Anfänge und Entwicklung der Sonnenuhr, Callwey, 1982, ISBN 3-7667-0610-1. S. 10–30
  16. Ludwig Borchardt: Altägyptische Zeitmessung in Die Geschichte der Zeitmessung und der Uhren, Band I, Lieferung B, herausgegeben von Ernst von Bassermann-Jordan, 1920
  17. Vitruvii de architectura libri decem. / Vitruv. Zehn Bücher über Architektur. Übersetzt und mit Anmerkungen versehen von Dr. Curt Fensterbusch. Primus Verlag, Darmstadt 1996, ISBN 3-89678-005-0
  18. René R. J. Rohr: Die Sonnenuhr. Geschichte, Theorie, Funktion. Callwey, München 1982, ISBN 3-7667-0610-1, S.23
  19. Arachne heißt Spinne, vermutlich ein Hinweis darauf, dass diese Uhr schon wie der jüngere discus in plano mit Deklinationslinien versehen war.
  20. Karlheinz Schaldach: Die antiken Sonnenuhren Griechenlands, Frankfurt am Main, 2006, S. 68
  21. Michael Schütz: Zur Sonnenuhr des Augustus auf dem Marsfeld, in Gymnasium 97 (1990), ISSN 0342-5231, S. 432–445; s.a. Solarium Augusti
  22. Frans W. Maes: Die Sonnenuhr des Kaisers Augustus: Aufstieg und Niedergang einer Hypothese, in: Deutsche Gesellschaft für Chronometrie, Jahresschrift 2005, ISBN 3-89870-255-3, S. 168–184.
  23. René R. J. Rohr: Die Sonnenuhr. Geschichte, Theorie, Funktion. Callwey, München 1982, ISBN 3-7667-0610-1, S. 26–27
  24. René R. J. Rohr: Die Sonnenuhr. Geschichte, Theorie, Funktion. Callwey, München 1982, ISBN 3-7667-0610-1, S. 27–28
  25. René R. J. Rohr: Die Sonnenuhr. Geschichte, Theorie, Funktion. Callwey, München 1982, ISBN 3-7667-0610-1, S. 29
  26. Ralf Kern: Wissenschaftliche Instrumente in ihrer Zeit. Band 1. Walther König, Köln 2010. ISBN 978-3-86560-772-0, S. 426ff.
  27. René R. J. Rohr: Die Sonnenuhr. Geschichte, Theorie, Funktion. Callwey, München 1982, ISBN 3-7667-0610-1, S. 30
  28. Karl Schwarzinger: Sonnenuhren (Bild 41). Abgerufen am 8. August 2012.
  29. Harald Hartmann: Sonnenuhren-Sprüche und deren Bedeutung. Abgerufen am 8. August 2012.