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Orientierung am Nachthimmel

Inhalt
1. Einleitung
2. Allgemeine Grundlagen
3. Die Bewegungen der Gestirne
4. Der Große Wagen und die Kassiopeia
5. Der Große Wagen als Entfernungsmesser
6. Die Position des Großen Wagens
7. Kleine Himmelstouren für jede Jahreszeit
8. Horizontalkoordinaten

Erforderliche Vorkenntnisse: Sternkarten

Die Orientierung am Nachthimmel wird von vielen Einsteigern als kompliziert und unübersichtlich empfunden. Mit den richtigen Orientierungshilfen und kleinen Schritten wird man sich jedoch sehr schnell am Himmel zurecht finden. Dieser Artikel erklärt die allgemeinen Grundlagen der Orientierung am Himmel und zeigt, wie man sich anhand markanter Sternbilder mit ein wenig Geduld einfach am Himmel zurecht finden kann.

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Allgemeine Grundlagen

Zuerst muss man sich über die Himmelsrichtungen klar werden und den Himmelsnordpol finden, der durch den Polarstern in guter Näherung markiert wird. Man findet ihn, indem man die beiden hinteren Kastensterne des Großen Wagen fünfmal verlängert. Die Höhe des Himmelsnordpols über dem Horizont, die sog. Polhöhe, entspricht genau der geografischen Breite des Beobachters.

Sterne in der Nähe des Himmelspols gehen niemans unter und stehen den ganzen Tag über dem Horizont. Alle Sterne, die sich im Laufe des Jahres zwischen dem Polarstern und dem Punkt am Horizont, der sich direkt unterhalb des Polarstern befindet, dem sog. Nordpunkt, hindurch bewegen, gehen niemals unter. Sie sind zirkumpolar. Je weiter nördlich sich der Beobachtungsplatz befindet, umso mehr Sterne sind zirkumpolar. Die Deklination, ab der Sterne zirkumpolar werden, errechnet sich aus 90 Grad minus Polhöhe.

Als nächstes sollten wir uns einen Überblick verschaffen, wo in etwa der Himmelsäquator und die Ekliptik verlaufen. Die Höhe des Himmelsäquators über dem Südhorizont im Meridian (die durch den Zenit, also den höchsten Punkt am Himmel direkt über dem Beobachter verlaufende Verbindungslinie zwischen Nord- und Südpunkt) berechnet sich nach der Formel: 180 Grad minus (Polhöhe + 90 Grad).

Nach dieser Groborientierung kann die Aufsuche von Sternbildern und Himmelsobjekten mit der Sternkarte beginnen. Mit der drehbaren Sternkarte werden der aktuelle Himmelsausschnitt eingestellt und die Sternbilder identifiziert. Nach einiger Zeit wird man auch bereits in der Dämmerung helle Sterne und Sternbilder auf Anhieb erkennen.

Da die Sonne innerhalb eines Jahres die gesamte Ekliptik durchwandert, dauert es etwa ein Jahr, bis man alle Sternbilder in günstiger Beobachtungsposition beobachten und identifizieren kann.

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Die Bewegungen der Gestirne

Die tägliche Bewegung der Sterne

Die tägliche Bewegung der Sterne, auch scheinbare Bewegung genannt, ist ein Effekt, der durch die Rotation der Erde um ihre eigene Achse hervorgerufen wird. In 24 Stunden dreht sich die Erde einmal um ihre eigene Achse. Folglich bewegt sich der gesamte Sternenhimmel binnen 24 Stunden an uns vorbei. Genau genommen geschieht dies in 23 Stunden und 56 Minuten: Da sich die Erde im Laufe eines Tages um knapp ein Grad auf ihrer Bahn um die Sonne weiter bewegt (siehe nächster Abschnitt), steht ein gegebenes Objekt vier Minuten früher als am Vortag an der gleichen Position am Himmel.

Für das bloße Auge ist diese scheinbare Bewegung bei der stetigen Betrachtung des Himmels unmerklich: Sie beträgt 15 Bogensekunden pro Zeitsekunde. Zum Vergleich: Der Vollmond hat einen scheinbaren mittleren Durchmesser von 1920 Bogensekunden. Er bewegt sich also am Himmelsäquator in Folge der täglichen Bewegung in ca. zwei Minuten um seinen eigenen scheinbaren Durchmesser am Himmel weiter.

Diese Strecke wird jedoch immer enger, je mehr man sich dem Himmelspol nähert: Der überstrichene Winkel bleibt pro Zeiteinheit unabhängig von der Deklination gleich, die Länge des Bogenstücks nimmt jedoch bei gleichem Zeitintervall mit der Deklination ab: Die scheinbare Bewegung des Polarsterns um den exakten Himmelspol (Distanz vom Himmelsnordpol 0,8 Grad) ist zum Beispiel mit dem bloßen Auge nicht mehr zu erkennen und lässt sich nur auf länger belichteten Strichspuraufnahmen oder beim Blick durh ein Teleskop ohne Nachführung nachweisen.

Die tägliche Bewegung erfolgt von Ost nach West. Sie erfolgt entgegengesetzt der Erdrotation, die im mathematisch positiven Drehsinn, nämlich von West nach Ost, erfolgt.

In diesem Kontext soll der Begriff des Tagbogen erklärt werden. Jedes Himmelsobjekt, das nicht zirkumpolar ist, hat einen Auf- und Untergangspunkt. Die Strecke, die das Objekt über dem Hoirizont während seiner täglichen Bewegung zurücklegt, wird Tagbogen genannt. Er wird kleiner, je weiter man sich auf der Himmelssphäre nach Süden bewegt. Je weiter sich ein Objekt in südlicher Richtung befindet, umso kürzer ist die Zeit, die es sich über dem Horizont befindet.

Die Bewegung der Sterne im Jahreslauf

Die Erde dreht sich in einem Jahr, also in 365 Tagen (genau genommen in 365,25 Tagen), einmal um die Sonne. Im Laufe eines Jahres durchwandert die Sonne folglich die gesamte Ekliptik. Ihre Bewegung zwischen den Sternen beträgt durchschnittlich 0,986 Grad pro Tag, also etwa zwei scheinbare Sonnendurchmesser. Die unmittelbare Folge hieraus ist, dass während eines Jahres alle Sterne je nach Jahreszeit mal am Tag- und mal am Nachthimmel stehen. Aus diesem Grund sehen wir im Laufe des Jahres verschiedene Sternbilder am Nachthimmel: Beispielsweise befindet sich im Sommer das Sternbild Orion von der Erde aus gesehen hinter der Sonne und somit am Taghimmel. Ein halbes Jahr weiter befindet sich die Erde auf der anderen Seite ihrer Bahn (auf der gleichen Seite wie Orion an der scheinbaren Himmelskugel), Orion steht am Nachthimmel. Dann stehen die Sommersternbilder am Taghimmel.

Aus diesem Grund verschieben sich die Auf- und Untergangszeiten von Sternen und Deep-Sky-Objekten um ca. vier Minuten pro Tag: Ein bestimmter Stern geht jeden Tag relativ zum Vortag vier Minuten früher auf. Das entspricht der Zeit, die ein Objekt benötigt, um sich in Folge der täglichen Bewegung des Himmels, um ein Grad weiter zu bewegen. Für Sonne, Mond, Planeten, Asteroiden und Kometen gilt diese Regel nicht, da sie eine Eigenbewegung haben, die sich mit der Bewegung der Sterne im Jahreslauf überlagert.

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Der Große Wagen und die Kassiopeia

Diese beiden Sternbilder kann man als Wegweiser am Nachthimmel bezeichnen. Sie sind beide zirkumpolar, also jede Nacht sichtbar und stehen sich am Himmel nahezu gegenüber.

Die folgende Sternkarte zeigt diese Konstellation. Der Große Wagen ist auf dem Bild links unten, die Kassiopeia, auch als "Himmels-W" bekannt, rechts oben. Der Große Wagen ist der Hauptteil des wesentlich größeren Sternbilds "Großer Bär".

Die Region um den Polarstern

Karte erstellt mit Stellarium (www.stellarium.org/de, kontrastverstärkt und Orientierungslinien eingefügt)

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Der Große Wagen als Entfernungsmesser

Der Große Wagen eignet sich sehr gut, um Distanzen am Himmel abzuschätzen. Seine Sterne stehen in charakteristischen Abständen zueinander.

Die folgende Grafik gibt die Distanzen einiger Sterne des Großen Wagen in Grad an.

Der Grosse Wagen mit Entfernungsangaben in Grad

Grafik erstellt mit CalSky (www.calsky.de), Linien und Beschriftungen ergänzt, nach einer Vorlage von www.ajoma.de

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Die Position des Großen Wagen

Im März steht der Große Wagen um Mitternacht nahezu senkrecht über uns in der Nähe des Zenits, dem höchsten Punkt am Himmel.

Im Monat Juni ist der Große Wagen gegen Mitternacht hoch am Westhimmel zu beobachten.

Am Herbsthimmel im September ist er um Mitternacht tief im Norden auszumachen. In lichtverschmutzten Gegenden sollte man zu dieser Jahreszeit die Kassiopeia zur Orientierung heranziehen, die dann sehr hoch am Osthimmel steht.

Im Winter schließlich findet man den Großen Wagen um Mitternacht im Nordosten bis Osten.

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Kleine Himmelstouren für jede Jahreszeit

Diese kleinen Himmelstouren beschreiben, wie man ausgehend vom Großen Wagen oder Kassiopeia die wichtigsten Sternbilder der jeweiligen Jahreszeit findet. Eine lückenlose Beschreibung aller Möglichkeitern, wie man von einem Sternbild zum nächsten kommt, würde ins Uferlose ausarten. Von den gezeigten Sternbildern aus kann man Schritt für Schritt weitere Sternbilder auffinden.

Zunächst sollte man sich auf einen kleineren Himmelsausschnitt konzentrieren, um ein Gefühl für die Orientierung am Nachthimmel zu bekommen. Danach kann man angrenzende Regionen erlernen und sich so allmählich den Nachthimmel aneignen. Eine gute Übung besteht darin, die hier gezeigten Ausschnitte in einer drehbaren Sternkarte oder einem Planetariumsprogramm einzustellen.

Frühling

Der Frühlingssternenhimmel

Karte erstellt mit Stellarium (www.stellarium.org/de, kontrastverstärkt und Orientierungslinien eingefügt)

Der helle, orange Stern Arcturus im Sternbild Bärenhüter (Bootes) ist einfach zu finden, indem man die Deichsel des Großen Wagens schwungvoll verlängert. Bootes erinnert von der Form her an einen Spielzeugdrachen.

Verlängert man die beideren vorderen Kastensterne des Großen Wagen ca. zehnmal, stoßen wir auf einen weiteren hellen, markanten Stern: Regulus. Es ist der Hauptstern des Löwen (Leo). Dies ist eines der wenigen Sternbilder, deren Form sich mit dem Namen assoziieren lässt, in diesem Fall mit einem sitzenden Löwen mit Blickrichtung Westen. Leo ist sehr markant und auch unter mäßig aufgehelltem Himmel leicht zu finden.

Bootes zeigt mit seinem Hauptstern Arcturus wir eine Pfeilspitze auf den Hauptstern des Sternbildes Jungfrau: Spica. Die Jungfrau als ganzes Sternbild ist wenig auffällig.

Arcturus, Spica und Regulus werden gelegentlich als Frühlingsdreieck bezeichnet.

Der nordöstliche und südwestliche Kastenstern des Großen Wagen zeigen auf das Wintersternbild Zwillinge (Gemini). Es ist auch im Frühling sehr gut zu beobachten.

Zwischen den auffälligen Sternbildern Gemini und Leo finden wir das wenig auffällige Sternbild Krebs (Cancer).

Sommer

Der Sommersternenhimmel

Karte erstellt mit Stellarium (www.stellarium.org/de, kontrastverstärkt und Orientierungslinien eingefügt)

Die Kassiopeia ist unser Ausgangspunkt zu den Sommersternbildern. Die Verbindungslinie, die der zweitöstlichste und mittlere Stern bilden, führt uns am Kepheus vorbei zu Deneb, den Hauptstern des Schwans (Cygnus). Der Schwan ist auch unter mäßig dunklem Himmel leicht zu identifizieren. Er hat die Form eines großen christlichen Kreuzes und wird deshalb manchmal "Kreuz des Nordens" genannt.

In der Nähe des Schwans fallen auf den ersten Blick am Himmel zwei weitere helle Sterne auf, die das sog. Sommerdreieck blden:

Der hellere ist die Vega, der Hauptstern des kleinen, aber aufgrund der Rautenform sehr markanten Sternbilds Leier (Lyra). Vega ist in der Sommer- und Herbstdämmerung einer der ersten Sterne, die bei eintretender Dämmerung sichtbar werden.

Der dritte Stern des Sommerdreiecks ist Atair, der Hauptstern des Adler (Aquila). Dieses Sternbild ist nicht ganz so auffällig wie die beiden voran genannten und vor allem unter aufgehelltem Himmel nicht einfach zu erkennen.

Antares, den Hauptstern des Skorpion (Scorpius), findet man mit einem Umweg über Arcturus (siehe Grafik). Antares ist aufgrund seiner rötlichen Farbe leicht und eindeutig zu identifizieren. Selbst in lichtverschmutzten Regionen ist er unverwechselbar. Der Skorpion steigt im deutschsprachigen Raum nicht vollständig über den Horizont. Dennoch ist die bogenförmige Sternanordnung westlich von Antares sehr markant.

Östlich des Skorpion stoßen wir auf das einprägsame Sternbild Schütze (Sagittarius).

Herbst

Der Herbststernenhimmel

Karte erstellt mit Stellarium (www.stellarium.org/de, kontrastverstärkt und Orientierungslinien eingefügt)

Im Herbst dient uns erneut die Kassiopeia als Wegweiser.

Die beiden Sterne, die uns im Sommer zum Schwan geführt haben, verlängern wir diesmal gedanklich in die entgegengesetzte Richtung. Unweit südöstlich der Kassiopeia stoßen wir so auf das Sternbild Perseus.

Südöstlich des Perseus finden wir einen sehr hellen, orange-rot leuchtenden Stern: Den Aldebaran, Hauptstern des Sternbilds Stier (Taurus). Aldebaran befindet sich scheinbar im Sternhaufen der Hyaden, ist jedoch nur halb so weit von und entfernt. Aldebaran lässt sich auch wieder direkt mit der Kassiopeia aufsuchen (siehe Grafik oben).

Die Linie, die der mittlere Stern der Kassiopeia und der unmittelbar westlich davon gelegene Stern bilden, deuten direkt auf das Sternbild Pagasus. Es hat die Form einer großen Raute und wird deshalb auch Herbstviereck genannt.

Nordwestlich an Pegasus schließt sich direkt die Andromeda an. Dieses Sternbild ist parabelförmig und deutet in Richtung Capella, einen sehr hellen, gelben Stern (siehe Grafik oben).

Winter

Der Herbststernenhimmel

Karte erstellt mit Stellarium (www.stellarium.org/de, kontrastverstärkt und Orientierungslinien eingefügt)

Im Winter zeigt uns der Große Wagen wie in obiger Sternkarte ersichtlich den Weg zum Sternbild Zwillinge (Gemini).

Die Kassiopeia führt uns wiederum zum Stern Capella, den Hauptstern des Fuhrmann (Auriga). Dieser ist tief gelb und daher einfach zu identifizieren. Im Winter steht er fast im Zenit.

Sechs helle, auffällige Sterne werden zum sog. Wintersechseck gruppiert (siehe Sternkarte): Capella, Aldebaren (siehe Herbst), Rigel im Sternbild Orion, Sirius im Sternbild Großer Hund (Canis Major, der hellste Fixstern des Himmels), Procyon im Sternbild Kleiner Hund (Canis Minor), und Pollux.

Der Orion ist ähnlich markant wie der Große Wagen und aus zwei Gründen eines der einprägsamsten Sternbilder: Der Hauptstern Beteigeuse leuchtet hell tiefrot und ist einer der rotesten Fixsterne überhaupt. Die drei Gürtelsterne in der Mitte des Sternbilds stehen nahezu exakt in einer Linie und fallen deshalb trotz ihrer nur mittleren Helligkeit sofort ins Auge.

Sirius, der hellste Fixstern des Himmels, steigt im deutschsprachigen Raum nur relativ knapp über den Horizont und flimmert daher meist in allen Regenbogenfarben.

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Horizontalkoordinaten

Die Position eines Himmelsobjekts zu einer bestimmten Zeit wird mitunter in Horizontalkoordinaten angegeben. Diese Koordinaten ändern sich permanent im Laufe des Tages und sind von der Uhrzeit abhängig und deshalb auf Sternkarten nicht angegeben. Sie hängen auch von der geographischen Position des Beobachters ab.

Zunächst stellen wir uns die Erdoberfläche als Scheibe vor, die die Himmelskugel am Horizont berührt. Der höchste Punkt der Kugel, also der Punkt genau über uns, ist der Zenit und der Punkt direkt unter uns auf der Himmelskugel, die sich ja unter dem Horizont fortsetzt, der Nadir.

Der Meridian ist die Linie, auf der alle Objekte des Himmels im Laufe ihrer täglichen Bewegung ihren höchsten Punkt erreichen. Diese Linie beginnt am Nordpunkt, durchquert den Zenit und endet im Südpunkt, der dem Nordpunkt gegenüber steht.

Die erste Koordinate des Horizontalsystems ist die Höhe über dem Horizont. Der Zenit hat eine Höhe von 90 Grad und der Nadir eine Höhe von -90 Grad. Die Horizontlinie hat eine Höhe von null Grad. Man kann auch die Höhe vom Zenit aus messen: Die Formel für diese sog. Zenitdistanz ist: Z = 90 Grad minus Höhe. Bei der Verwendung von Horizontalkoordinaten muss also darauf geachtet werden, worauf sich die Höhe bezieht.

Es gibt auch negative Höhenkoordinaten. In einem solchen Fall befindet sich das entsprechende Objekt unter dem Horizont.

Die zweite Koordinate ist der Azimut. Er wird meistens vom Südpunkt aus in westlicher Richtung gemessen. Der Westpunkt hat dann die Koordinate 90 Grad, der Nordpunkt 180 Grad, und der Ostpunkt 270 Grad. Es ist jedoch bei solchen Koordinaten darauf zu achten, wo der Nullpunkt des Azimuts definiert wird. Er wird nämlich häufig auch vom Nordpunkt aus gemessen. Der Ostpunkt hat dann 90 Grad im Azimut usw.

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