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Ebene rechtwinkelig zur Papierebene stehend. Eine vertikale
Gerade, die im Standpunkt O des Beobachters errichtet wird, trifft
die Himmel
skugel in zwei diametral entgegengesetzten
Punkten, von denen der sichtbare, über dem
Kopf des Beobachters gelegene
Z der
Zenith oder der
Scheitelpunkt, der unter den
Füßen des Beobachters auf der untern
Halbkugel gelegene
Z' der
Nadir oder der
Fußpunkt heißt. Jeder
Kreis
[* 2] auf der Himmel
skugel, der durch diese beiden
Punkte geht, wird ein
Höhenkreis
oder
Vertikalkreis genannt, und das
Stück
T T' = h eines solchen, welches zwischen dem
Horizont
[* 3] und dem
Stern T liegt, ist die
Höhe des letztern, während der
Bogen
[* 4] T Z des
Höhenkreises zwischen dem
Stern T und dem
Zenith die Zenithdistanz
oder der Zenithabstand des
Sterns heißt. Beide bilden zusammen einen Viertelkreis oder 90°. Gemessen wird die
Höhe durch
den
Winkel
[* 5] T' O T, den die nach dem
Stern gerichtete Visierlinie O T mit der horizontalen
Ebene einschließt,
die Zenithdistanz aber durch den
Winkel zwischen der Visierlinie und der
Vertikalen. Legt man durch einen
Stern T einen
Kreis
am Himmel
,
[* 6] welcher parallel zum
Horizont ist, dessen
Punkte also alle dieselbe
Höhe haben wie R T, so heißt dieser ein Almukantarat.
Bei
Beobachtung des gestirnten Himmels
sieht man alle
Sterne eine
Bewegung in der
Richtung von O. nach W.
machen, und die gleiche
Erscheinung zeigen auch
Mond
[* 7] und
Sonne.
[* 8] Eine genauere Betrachtung belehrt uns, daß alle
Gestirne bei
dieser
Bewegung kreisförmige
Bahnen beschreiben, und daß scheinbar der ganze Himmel
sich in Zeit von 24
Stunden um eine feste
Gerade dreht, die durch den Standpunkt des Beobachters geht. Diese (nur gedachte) gerade
Linie heißt die
Weltachse oder
Himmelsachse,
und die beiden
Punkte, in denen sie das Himmel
sgewölbe trifft, werden die
Pole des Himmels
oder die Weltpole genannt.
Der eine dieser
Pole, den wir auf der nördlichen Himmel
skugel sehen, und in dessen
Nähe ein größerer
Stern, der
Polarstern, steht, ist der
Nordpol (P in der
[* 1]
Figur); der auf der uns unsichtbaren Himmel
skugel gelegene heißt der
Südpol P'. Der durch
Zenith und
Nadir sowie durch die beiden
Pole gelegte
Höhenkreis, welcher unsre
[* 1]
Figur begrenzt, ist der
Meridian oder
Mittagskreis des Beobachtungsortes. Er schneidet den
Horizont in zwei
Punkten, von denen der
unterhalb des
Pols P gelegene N der
Nordpunkt, der diametral entgegengesetzte S der
Südpunkt heißt.
Durch diese beiden
Punkte sind die beiden Haupthimmel
sgegenden, N. und S., bestimmt. Teilt man jeden der beiden
Halbkreise,
in welche die gerade
Linie
N S, die sogen.
Mittagslinie, den
Horizont teilt, wieder in zwei gleiche Teile,
so erhält man den
Ostpunkt W' und den
Westpunkt W. Der erstere liegt für einen Beobachter, der das
Gesicht
[* 9] nach S. kehrt,
zur linken, der letztere zur rechten
Hand.
[* 10] Die
Lage der
Weltachse gegen den
Horizont wird bestimmt durch
ihren Neigungswinkel
N O P oder den Kreisbogen N P zwischen
Nordpunkt und
Pol, welcher die
Polhöhe heißt.
Der Ort eines Sterns am scheinbaren Himmelsgewölbe ist bekannt, wenn man seine Höhe T' T = h und den Winkel kennt, den der Höhenkreis mit dem Meridian einschließt, das Azimut des Sterns. Die Astronomen rechnen ihn von der Südseite, die Geodäten aber von der Nordseite des Meridians aus in der Richtung der scheinbaren Sonnenbewegung von 0-360°. Er wird gemessen durch den Bogen des Horizonts oder eines Almukantarats, der zwischen Meridian und Höhenkreis liegt; es ist also in unsrer [* 1] Figur S T' oder R T, entsprechend den Winkeln S O T' oder R M T, das Azimut des Sterns T im astronomischen Sinn.
Azimut und Höhe sind die Horizontkoordinaten des Sterns; zu ihrer Messung dient ein Instrument, das die Namen Höhen- und Azimutalkreis oder Altazimut, auch Universalinstrument führt. Höhe und Azimut sind beständig veränderlich. Wie bereits erwähnt, beschreibt jeder Stern im Laufe von 24 Stunden einen Kreis. Alle diese Kreise [* 11] haben ihre Mittelpunkte auf der Weltachse, und ihre Ebenen stehen senkrecht zu dieser; wir nennen sie Parallelkreise. Jeder Parallelkreis hat seinen höchsten Punkt auf der vom Pol aus nach S. liegenden Seite des Meridians und seinen tiefsten auf der entgegengesetzten Seite. Diese beiden Punkte heißen die Kulminationspunkte des Sterns, sein Durchgang durch einen derselben heißt seine Kulmination; man sagt von ihm, er kulminiere, und zwar nennt man die Kulmination eine obere, wenn sie südlich, eine untere, wenn sie nördlich vom Pol stattfindet.
Man bemerkt nun leicht einen Unterschied zwischen den Sternen: manche sind uns auch in ihrer untern Kulmination sichtbar, andre nicht. Bei den erstern liegt also der ganze von ihnen beschriebene Parallelkreis oberhalb des Horizonts, sie sind jahraus jahrein in jeder sternenhellen Nacht sichtbar. Solche Sterne heißen Zirkumpolarsterne; zu ihnen gehören z. B. für Beobachter im mittlern Europa [* 12] die Sterne des Großen und Kleinen Bären. Bei andern dagegen fällt die untere Kulmination unter den Horizont; sie steigen daher an einem Punkt am östlichen über den Horizont empor und gehen an einem Punkt im W. unter denselben hinab, sie gehen auf und unter.
Bei diesen Sternen zerfällt der ganze Parallelkreis in einen über dem Horizont gelegenen Teil, den Tagbogen, und in einen für uns unsichtbaren Teil, den Nachtbogen, der unterhalb des Horizonts liegt. Die beiden Punkte V' und V, in denen der Parallelkreis den Horizont schneidet, fallen im allgemeinen nicht mit Ost- und Westpunkt zusammen, sondern liegen entweder beide nördlich oder beide südlich von diesen Punkten; ihre Abstände W' V' und W V von ihnen, gemessen auf dem Horizont, heißen Morgen- und Abendweite und werden nach N. hin positiv gerechnet. Der größte unter allen Parallelkreisen, W' A W A' in der [* 1] Figur, steht um 90° von den Polen ab und heißt der Himmelsäquator; er schneidet den Horizont im Ost- und Westpunkt und wird von ihm halbiert, so daß der Tagbogen W' A W ebenso groß ist wie der Nachtbogen. Der Winkel S O A, den der Äquator mit der Südseite des Horizonts einschließt, heißt die Äquatorhöhe und wird durch den Meridianbogen S A gemessen; er ergänzt die Polhöhe zu 90°.
Ein durch den Stern T und die beiden Pole P und P' gelegter Kreis heißt ein Deklinationskreis, und der Bogen desselben zwischen Äquator und Stern, U T = δ, ist die Deklination oder Abweichung des Sterns T; sie wird vom Äquator nach S. und N. von 0-90° und zwar positiv nach N., negativ nach S. gerechnet. Der Bogen zwischen Stern und Pol, T P = 90°-δ, heißt die Poldistanz oder Polardistanz des Sterns. Die Deklination ist bei den Fixsternen nur sehr langsamen Veränderungen unterworfen, so daß man sie in Bezug auf die tägliche Bewegung des Sternhimmels als konstant betrachten kann. Der Winkel, den die Ebene des Deklinationskreises mit der Südseite des Meridians einschließt, gemessen durch den Winkel A O U in ¶
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unsrer [* 13] Figur, den Äquatorbogen AU oder den Parallelkreisbogen BT, heißt der Stundenwinkel des Sterns T. Er wird von S. über W., N. und O. von 0-360° gezählt. Bei der gleichförmigen Rotation der Himmelskugel nimmt der Stundenwinkel auch gleichförmig zu, und zwar in der Stunde um 15°, in der Minute um 15' etc., weshalb man ihn auch oft in Stunden, Minuten und Sekunden angibt. Statt des mit der Zeit veränderlichen Stundenwinkels gibt man neben der Deklination noch ein andres, gleichfalls nahezu konstantes Bestimmungsstück für einen beliebigen Stern an. Zu dem Zweck nimmt man auf dem Äquator einen festen Punkt, den Frühlingspunkt ♈, an, dessen Bedeutung wir gleich kennen lernen werden, und nennt nun den Äquatorbogen ♈U = α, vom Frühlingspunkt aus der Rotationsrichtung des Himmels entgegen von 0-360° (oder auch von 0-24 Stunden) gezählt bis zum Deklinationskreis des Sterns T, die Rektaszension oder Geradaufsteigung dieses Sterns. Rektaszension und Deklination bilden die Äquator-Koordinaten des Sterns; zu ihrer direkten Bestimmung dient das Äquatorial [* 14] (s. d.), doch wird größere Genauigkeit durch Beobachtungen im Meridian erreicht; vgl. Meridiankreis [* 15] und Passageinstrument.
An der täglichen Bewegung des Himmels nimmt auch die Sonne teil; dieselbe besitzt aber zugleich auch eine eigne Bewegung unter den Fixsternen. Denn während ein Fixstern jahraus jahrein denselben Parallelkreis beschreibt, also auch an einem bestimmten Beobachtungsort immer an denselben Stellen des Horizonts auf- und untergeht und immer in derselben Höhe kulminiert, ist dies bei der Sonne anders: während der einen Jahreshälfte (vom 23. Dez. bis 23. Juni) rückt ihr Parallelkreis immer näher nach dem Nordpol hin, infolge davon wird für die Bewohner der nördlichen Erdhalbkugel der Tagbogen immer größer und größer, und die Höhe im Meridian wird ebenfalls größer, die Tage nehmen zu; während der andern Jahreshälfte dagegen rückt die Sonne vom Nordpol nach dem Südpol hin, der Tagbogen und die Kulminationshöhen sowie die Tageslängen nehmen ab. Eine genauere Untersuchung lehrt, daß die Sonne am längsten Tag etwa 23½° nördlich, am kürzesten Tag aber um ebensoviel südlich vom Äquator des Himmels steht. Ferner verstreicht zwischen zwei aufeinander folgenden Durchgängen eines Fixsterns durch den Meridian immer und bei allen Fixsternen derselbe Zeitraum, der ungefähr 4 Minuten weniger beträgt als 24 Stunden der im bürgerlichen Leben üblichen Zeit; die Zwischenzeit zwischen zwei Kulminationen der Sonne ist dagegen größer, durchschnittlich 24 Stunden bürgerlicher Zeit. Wir schließen daraus, daß die Sonne sich unter den Fixsternen in der Richtung von W. über S. nach O. bewegt, und wenn man nun beide Bewegungen kombiniert, so findet man, daß die Sonne im Lauf eines Jahrs einen größten Kreis am Himmel beschreibt, der den Äquator in zwei Punkten schneidet. In dem einen dieser Punkte, dem oben erwähnten Frühlingspunkt ^, steht die Sonne im Frühlingsanfang; der diametral gegenüberliegende, in welchem die Sonne zu Herbstes Anfang steht, ist der Herbstpunkt. Den Kreis, den die Sonne in einem Jahr zurücklegt, nennt man den Tierkreis oder die Ekliptik (s. d.); derselbe schließt mit dem Äquator einen Winkel von ungefähr 23½° ein, den man als die Schiefe [* 16] der Ekliptik bezeichnet.
Eine durch den Mittelpunkt der Himmelskugel gedachte Gerade, welche senkrecht zur Ebene der Ekliptik steht, schneidet den Fixsternhimmel in zwei von den Weltpolen um 23½° abstehenden Punkten, die man die Pole der Ekliptik nennt; der nördliche derselben fällt in das Sternbild des Drachen (Rektaszension 270°, Deklination +66½°). Der durch die beiden Pole der Ekliptik und einen Stern gelegte Kreis heißt der Breitenkreis dieses Sterns, und Breite [* 17] des Sterns ist der Bogen desselben zwischen der Ekliptik und dem Stern.
Dieselbe wird von der Ekliptik aus sowohl nach N. als auch nach S. von 0-90° gezählt. Der Bogen der Ekliptik zwischen dem Frühlingspunkt und dem Breitenkreis, in der Richtung von W. über S. nach O. etc. von 0-360° gezählt, heißt die Länge des Sterns. Länge und Breite bilden die Ekliptik-Koordinaten; sie sind ebenfalls, von ganz langsamen Veränderungen abgesehen, bei jedem Fixstern feste Größen. Gegenwärtig werden dieselben nicht mehr direkt beobachtet, die Astronomen des Altertums aber hatten zu diesem Zweck ein besonderes Instrument, das Astrolabium [* 18] (s. d.).
Was wir das Himmelsgewölbe nennen, ist nur ein Schein; in Wahrheit sehen wir in den unendlichen Raum hinaus, in welchem wir nachts, wenn unser Auge [* 19] nicht von dem Tageslicht geblendet wird, die Sterne erblicken. Da wir zunächst keinerlei Maßstab [* 20] für die Entfernung derselben haben, so nehmen wir diese unwillkürlich als gleich groß an, denken uns also die Sterne auf der Innenseite einer Kugel. Wegen der ungeheuer großen Entfernung der Sterne erscheint uns unser jeweiliger Standort als Mittelpunkt dieser Kugel.
Direkt messen können wir nun zunächst nur die Winkel zwischen den nach den verschiedenen Sternen hingehenden Radien dieser Kugel. Die horizontale Ebene ist nichts weiter als die unbegrenzt verlängerte Ebene, welche die Erde im Standpunkt des Beobachters berührt (vgl. Horizont). Die Drehung der Himmelskugel um die Weltachse ist ebenfalls nur ein Schein, hervorgerufen durch die Rotation der Erde um ihre Achse, die in der gerade entgegengesetzten Richtung von statten geht; die Weltachse selbst ist die eingebildete Verlängerung [* 21] der Erdachse, die Ebene des Himmelsäquators fällt mit der des Erdäquators zusammen.
Endlich ist auch die jährliche Bewegung der Sonne am Fixsternhimmel nur ein Schein; in Wahrheit läuft die Erde in dieser Zeit um die Sonne, und zwar in der Ebene der Ekliptik. Dabei bleibt die Erdachse immer parallel, beschreibt also im Lauf eines Jahrs eine um 66½° gegen die Ekliptik geneigte Cylinderfläche; wegen der außerordentlich großen Entfernung der Fixsterne [* 22] scheint aber diese Achse immer nach denselben Punkten des Himmels gerichtet (vgl. jedoch Präzession und Nutation).
Ganz kugelförmig erscheint übrigens der Himmel den meisten unbefangenen Beobachtern nicht, vielmehr halten wir den Zenith für näher als den Horizont; nach einer Berechnung von Smith (um die Mitte des vorigen Jahrhunderts) verhält sich die scheinbare Höhe des Himmelsgewölbes zum Durchmesser des Horizonts wie 1:3 (nach Drobisch [1854] wie 11:37); halbiert man nach dem Augenmaß einen vom Zenith bis zum Horizont reichenden Bogen, so fällt der Halbierungspunkt nicht in 45°, sondern in 23° Höhe. Nach Malebranche und Euler liegt hier nicht eine Täuschung unsers Gesichtssinnes, sondern unsers Urteils vor: in vertikaler Richtung haben wir keinen Maßstab für die Entfernung, nehmen dieselbe daher zu klein an, während in horizontaler Richtung die Objekte auf der Erdoberfläche eine ¶