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Eine halb-digitale Sonnenuhr

Ein Lockdown-Produkt der Corona-Pandemie


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 * Einleitung
 * Zeitmessung
 * Geometrie der Sonnenuhr
 * Zifferblatt berechnen
 * Realisierung + erste Erfahrungen
 * Audioguide


EINLEITUNG

Seit jeher bestimmt die Bahn der Sonne den Tagesverlauf von Natur und der
Menschen. So ist es nicht überraschend, dass im Altertum verschiedene Kulturen
den Schattenwurf (z.B. von Steinformationen)  zur Zeitmessung verwendet haben.
 Die Weiterentwicklung führte zur klassischen Sonnenuhr, bei der ein Stab
geeignet ausgerichtet wird, damit sein Schatten zu einer bestimmten Tageszeit
für alle Tage des Jahres in eine bestimmte Richtung zeigt.

An Stelle des Schattens kann man auch die Projektion des Sonnenlichts durch ein
Loch als Zeitangabe verwenden. Zudem gelingt es, mehrere Löcher so anzuordnen, 
dass jedes eine volle Stunde repräsentiert. Projiziert man neben dem Loch auch
die zugeordnete Stundenzahl, erhält man eine digitale Uhr, die allerdings nur
Stunden anzeigt. Wünschbar wären aber auch Minutenangaben. Dies setzt voraus,
dass man die Löcher so anordnen kann, dass eine Minuten-Skala für alle Löcher
Gültigkeit hat. Hierzu müssen die Projektionen aller Löcher in der Zeit +/- 30
Minuten um die Stunde, die sie repräsentieren, (annähernd) dieselbe Strecke
durchlaufen.

Wir haben zwei Sonnenuhren gebaut, die diesen Vorgaben entsprechen. Wir nennen
sie halb-digital, da die Stunden in digitalen Ziffern angezeigt werden und man
die Minuten auf einer analogen Skala ablesen kann. Der Prototyp steht auf
Privatgrund im Spiegel bei Bern. Die Sonnenuhr im Liebefeldpark ist für die
Öffentlichkeit zugänglich und im Besitz der Gemeinde Köniz. Ein per QR-Code
abrufbarer Audioguide mit Erklärungen zur halb-digitalen Sonnenuhr kann auf dem
Handy abgehört werden.

Zeitraffer-Video der halb-digitalen Sonnenuhr im Liebefeldpark, 11. August 14:33
bis 15:42 Sommerzeit

Die Sonnenuhr misst primär die Sonnenzeit. Dies ist eine Lokalzeit. Wenn die
Sonnenuhr ortsfest ist, kann man die Minuten-Skala entsprechend anpassen, sodass
diese im Mittel die die Mittel-Europäische-Zeit (MEZ) anzeigt.

Da sich die Erde nicht auf einer Kreis- sondern auf einer elliptischen Bahn um
die Sonne bewegt und die Erdachse gegenüber der Ekliptik geneigt ist, gibt es
Unterschiede bis 16 Minuten zwischen der Welt- und der Sonnenzeit. Die
Zeitgleichung beschreibt diese Abweichung. Auch diese kann man in der
Minuten-Skala berücksichtigen.

Zeitraffer-Video der Sonnenuhr im Spiegel, 25. Oktober ca. 12:30 bis 13:20 +
14:05 bis 14:40 Winterzeit

Ablesen der Zeit

Zwischen der digitalen Stundenanzeige für die Sommerzeit (obere Ziffern) und die
Winterzeit (untere Ziffern) hat es ein Lichtpunkt. Die Position dieses
Lichtpunktes ist repräsentativ für die Minuten-Ablesung. Oben und unten der
Linien ist angeschrieben, wie viele Minuten man zur digitalen Stundenanzeige
hinzuzählen muss. Die dicken gelb/schwarzen Linien gelten streng genommen nur
für das mittlere Loch (d.h. für 13 Uhr Sommerzeit / 12 Uhr Winterzeit). Will man
für die übrigen Stundenanzeigen eine genaue Minutenablesung, so zeigt die
Legende auf der Seite des Zifferblattes die Farbe für die Kurve an, die zu
diesem Lichtpunkt gehört. In vielen Fällen mag es aber genügen, die
gelb/schwarzen Linien für alle Lichtpunkte zu verwenden.

Durch die Neigung der Erdachse gegenüber der Ekliptik und die Rotation der Erde
um die Sonne ändert von Tag zu Tag der Sonnenhöchststand wodurch die
Jahreszeiten entstehen. Für unsere Sonnenuhr bedeutet dies, dass die
zeitgebenden Lichtpunkte zwischen Winter-Sonnwende und Sommer-Sonnwende
(Frühjahr) von Tag zu Tag etwas weiter unten und von Sommer-Sonnwende und
Winter-Sonnwende (Herbst) etwas höher über das Zifferblatt wandern.

Fig. 1: Links Zeitangabe am 2. Juli (Uhr im Liebefeldpark) ¦ Rechts: Zeitangabe
am 22. Oktober (Uhr im Spiegel b. Bern)

Die mit Datum versehenen waagrechten gelb/schwarzen Linien zeigen die Bahn des
mittleren Lichtpunktes zu diesem Datum an. Die Lichtpunkte der übrigen Löcher
können aber deutlich andere Bahnen beschreiben (dies umso mehr, je weiter das
Datum vom 21. März, respektive 23. Sept. entfernt ist). Für die Sonnwenden sind
die Bahnen für alle Lichtpunkte in den jeweiligen Farben eingezeichnet.

Zeitmessung



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