Der Himmel als Kuppel: Horizont, Zenit und Himmelsdrehung

Der gesamte Himmel dreht sich einmal in 23 Stunden 56 Minuten, also etwa 15° pro Stunde.

Warum der Himmel wie eine Schale aussieht

Wenn du nachts auf einem freien Feld stehst, sieht der Himmel aus wie eine riesige umgestülpte Schale, die ringsum auf dem Boden ruht. Die Sterne scheinen innen daran zu haften, alle gleich weit entfernt. Das stimmt nicht: Der nächste helle Stern, Alpha Centauri, ist etwa 4.4 Lichtjahre entfernt, und viele sichtbare Sterne sind Hunderte Lichtjahre weit weg. Das Auge kann solche Entfernungen aber nicht einschätzen. Zur Orientierung am Himmel ist die Schale deshalb ein nützliches Bild. Astronomen nennen die vollständige Form Himmelskugel: eine gedachte Kugel mit der Erde im Mittelpunkt und allen Sternen an ihrer Innenseite.

Du siehst zu jedem Zeitpunkt nur die Hälfte dieser Kugel. Den Rest verdeckt der Boden. Die Linie, an der Himmel und Boden zusammentreffen, heißt Horizont. Der Punkt senkrecht über dir ist der Zenit. Eine Linie von genau Norden durch den Zenit nach genau Süden heißt Meridian. Sie teilt den Himmel in eine östliche und eine westliche Hälfte. Diese drei Begriffe, Horizont, Zenit und Meridian, beziehen sich auf dich: Gehst du in eine andere Stadt, wandert dein Zenit mit.

Zwei Zahlen für jeden Punkt am Himmel

Um jemandem zu sagen, wohin er schauen soll, brauchst du zwei Winkel. Die Höhe ist der Winkel über dem Horizont: 0° am Horizont, 90° im Zenit. Der Azimut gibt die Richtung entlang des Horizonts an, von Norden über Osten gemessen: Norden ist 0°, Osten 90°, Süden 180° und Westen 270°. Ein Stern bei Höhe 30° und Azimut 135° steht im Südosten auf einem Drittel des Weges zum Zenit. Eine Faust am ausgestreckten Arm deckt bei den meisten Menschen ungefähr 10° am Himmel ab. Das ist ein praktischer Maßstab ohne Instrumente.

Warum sich die Sterne bewegen

Beobachtest du den Himmel eine Stunde lang, scheint sich die Schale zu drehen. Im Osten steigen Sterne auf, im Süden wandern sie nach rechts, im Westen sinken sie und gehen unter. Dort oben dreht sich aber nichts: Die Erde rotiert von Westen nach Osten. Deshalb scheint sich der Himmel entgegengesetzt zu bewegen, von Osten nach Westen. Gegenüber den Sternen dreht sich die Erde einmal in 23 Stunden 56 Minuten 4 Sekunden. Das ist der Sterntag. Das Glenn Research Center der NASA rechnet dabei mit 360° plus zusätzlichen 0.9856°, die die Erde täglich wegen ihrer Bewegung auf der Umlaufbahn zurücklegen muss. 360° geteilt durch etwa 24 Stunden ergeben 15° pro Stunde, also anderthalb Faustbreiten.

Drücke im Modell oben Abspielen. Jede Sekunde entspricht einer Stunde am Himmel. Sterne steigen im Osten auf schrägen Bahnen auf, erreichen beim Überqueren des Meridians ihren höchsten Punkt und gehen im Westen unter. Die Karte unter dem Modell zeigt die Sternzeit. Sie sagt dir, welcher Teil der Sternkarte gerade deinen Meridian überquert. Schalte Gitternetz ein, um Höhenkreise bei 30° und 60° zu sehen.

Himmelspole und Himmelsäquator

Verlängerst du die Erdachse in den Himmel, trifft sie die Himmelskugel an zwei Punkten: dem nördlichen und dem südlichen Himmelspol. Um sie dreht sich alles. Verlängerst du den Erdäquator nach außen, entsteht ein Großkreis am Himmel, der Himmelsäquator, genau in der Mitte zwischen den Polen. Sternpositionen auf der Kugel werden mit zwei Winkeln angegeben, ähnlich wie mit Breiten- und Längengrad: Die Deklination ist der Winkel nördlich oder südlich des Himmelsäquators. Die Rektaszension wird daran entlang nach Osten in Stunden von 0h bis 24h gemessen. Anders als Höhe und Azimut gehören diese Werte zum Stern und ändern sich von Jahr zu Jahr kaum. Deshalb verwenden Sternkataloge sie.