Die Crux mit der Sonnenuhr

BLOG: Astronomers do it at Night

…und auch tagsüber
Astronomers do it at Night

Seit mehr als viereinhalb Jahren wohne ich nun im schönen Bergedorf, doch erst vor wenigen Tagen fiel mir zufällig ein kleines astronomisches Detail auf, und zwar in der Einkaufsstraße knapp 200 Meter von meiner Wohnung entfernt. Am Giebel eines Hauses, in dessen Erdgeschoß ein Schuhgeschäft untergebracht ist, entdeckte ich eine Sonnenuhr. Nun sind Sonnenuhren nichts ungewöhnliches, man findet sie in den verschiedensten Ausgestaltungen in Vorgärten und an Häuserfassaden. Bei diesem Exemplar mußte ich allerdings doch ein wenig schmunzeln.

Sonnenuhr und Wetterfahne am Bergedorfer Sachsentor

Auf vielen Sonnenuhren finden sich Sinnsprüche zur Zeit, häufig in Reimen oder auf Latein wie "Mach es wie die Sonnenuhr, zähl die heit’ren Stunden nur" oder "Tempus fugit". Hier heißt es kurz und knapp "Nicht immer aber richtig". Nicht immer, das paßt ganz wunderbar auf das norddeutsche Wetter hier in Hamburg, also häufiger mal grau und regnerisch. Daß unsere Sonnenuhr dann ihren Dienst versagt, steht außer Frage. Geht sie aber auch wirklich richtig, wenn die Sonne dann mal scheint?

Da war doch was: Zeitzonen, Ortszeit, Zeitgleichung… Eine Sonnenuhr – wenn sie denn korrekt aufgestellt ist – zeigt die wahre Ortszeit. Sprich, immer dann wenn die Sonne exakt auf dem höchsten Punkt ihres Tagbodens im Süden angekommen ist, ist es 12 Uhr. Daran halten sich aber alle anderen Uhren nicht, die wir heutzutage nutzen. Sie zeigen die Zeit der jeweils gültigen Zeitzone, mal mit und mal ohne Sommerzeit. Die Zeitzonen orientieren sich wiederum an Längengraden der Erde, die Mitteleuropäische Zeit, die wir im deutschsprachigen Raum nutzen, zum Beispiel am 15. Längengrad. Die mitteleuropäische Zeit ist also die Ortszeit auf dem 15. Längengrad. Aber halt, es ist nur die mittlere Ortszeit, in der die Zeit gleichmäßig läuft. Effekte wie der sich ändernde Abstand zwischen Erde und Sonne im Laufe eines Jahres und die Neigung der Erdachse gegenüber der Erdbahn verursachen periodische Schwankungen der wahren Ortszeit, die Abweichungen erzeugen die mehr als eine Viertelstunde betragen können. Damit eine Sonnenuhr also dieselbe Zeit anzeigt wie jede andere Uhr (die Sommerzeit mal außen vor lassend), müssen also sowohl ihre Position auf der Erde als auch die Zeitgleichung, die mittlere und wahre Ortszeit verknüpft, berücksichtigt werden. Ersteres ist recht einfach zu erreichen, das Ziffernblatt der Sonnenuhr muß dazu nur entsprechend der Zeitverschiebung zum Bezugslängengrad verschoben werden. Letzteres wird schon schwieriger, läßt sich aber je nach Konstruktion der Sonnenuhr beispielsweise durch eine Verschiebung des Zeigers oder über die Länge des Zeigerschattens realisieren.

Mein Fundstück ist recht einfach gehalten, es gibt keine Verzierungen oder Malereien, wie sie gerade bei älteren Sonnenuhren üblich sind. Das Herzstück einer jeden Sonnenuhr ist das Gnomon, ein Stab, der wie eine parallaktische Montierung auf den Himmelspol ausgerichtet ist. "Meine" Sonnenuhr ist eine Vertikalsonnenuhr, bei der der Schatten des Gnomons als Zeiger auf eine senkrechte Wand projiziert wird. Das passende Ziffernblatt muß auf den Breitengrad angepaßt werden, auf dem sich die Sonnenuhr befindet. Wenn die Projektionswand nicht exakt in Ost-West-Richtung errichtet wurde, wie es bei Häuserwänden häufig der Fall ist, muß das Ziffernblatt auch noch entsprechend verzerrt werden.

Genaues Hinsehen zeigt: Die 12 auf dem Ziffernblatt liegt nicht im Lot des Befestigungspunktes des Gnomons, ein sicheres Zeichen, daß sich der Konstrukteur der Uhr durchaus Gedanken um die Zeitverschiebung gegenüber dem 15. Längengrad gemacht hat. Auch die korrekte Ost-West-Ausrichtung scheint man bedacht zu haben, das Ziffernblatt ist nämlich nicht symmetrisch. Die Zeitgleichung kann es dann allerdings nicht mehr berücksichtigen.

Viel wichtiger scheint außerdem: Das Ziffernblatt beginnt erst um 11 Uhr. Wer sich in der engen Straße am Rand der Bergedorfer Altstadt umschaut, hat auch schnell den Grund dafür entdeckt. Andere Häuser versperren am frühen Morgen die direkte Sicht auf die Sonne. Wenn man es mit der Sommerzeit und der Zeitgleichung nicht so genau nimmt, dann geht sie also tatsächlich richtig, wenn auch nicht immer…

Veröffentlicht von

Astronomin in vielerlei Hinsicht, so könnte man mich mit wenigen Worten beschreiben. Da ist zunächst einmal die Astrophysikerin, die an der Hamburger Sternwarte über die Aktivität von Sternen promoviert und dabei hauptsächlich mit den Röntgensatelliten Chandra und XMM-Newton gearbeitet hat, aber auch schon am Very Large Telescope in Chile beobachten durfte. Auslöser ihres beruflichen Werdegangs war ein engagierter Lehrer, dessen Astronomie-AG sie ab der 7. Klasse besuchte. Ungefähr zur selben Zeit erwachte auch die Hobbyastronomin, die anläßlich des Einschlags des Kometen Shoemaker-Levi 9 auf den Jupiter begann, mit einem russischen Feldstecher vom Flohmarkt den Tanz der Jupitermonde zu verfolgen. Heutzutage freut sie sich über jede Gelegenheit, mit ihrem 16-zölligen Dobson tief im Odenwald fernab der Lichter der Rheinebene auf die Jagd nach Deep-Sky-Objekten zu gehen. Und da Amateurastronomen gesellige Wesen sind, treffe ich mich gerne mit Gleichgesinnten, zum Beispiel zum gemeinsamen Beobachten. Auch nach meinem Umzug von der Großstadt Hamburg in das schöne Universitätsstädtchen Heidelberg halte ich engen Kontakt zu meinen Vereinskameraden von der Hamburger Gesellschaft für volkstümliche Astronomie und dem Astronomieverein meiner Jugend, dem Arbeitskreis Sternfreunde Lübeck. Seit einigen Jahren bin ich außerdem in dem Internetforum Astrotreff aktiv, wo ich Teil des Moderatorenteams bin. Um meine Faszination an der Astronomie an andere weitergeben zu können, besonders an Kinder und Jugendliche, habe ich mich seit Jahren in der Öffentlichkeitsarbeit engagiert, habe populärwissenschaftliche Vorträge gehalten und Schülergruppen betreut, die in Hamburg das Institut besucht haben. Diese Leidenschaft habe ich nun zu meinem Beruf gemacht. Hier in Heidelberg arbeite ich in einem kleinen aber feinen Team am Haus der Astronomie. Hiermit lade ich Sie ein, lieber Leser, an all diesen Facetten meines Astronomendaseins teilzuhaben. Mal witzig, mal spannend oder nachdenklich, manchmal auch persönlich oder mit Aha-Effekt. Carolin Liefke

14 Kommentare

  1. Sonnenuhr

    Sonnenuhren zeigen an verschiedenen Orten
    die gleiche Zeit an. Einstein hielt das aber für unmöglich, denn laut seiner speziellen Relativitätstheorie gibt es keine absolute Gleichzeitigkeit, da man Uhren nur mit Lichtstrahlen oder Mikrowellensignalen synchronisieren kann.
    Das war eben sein Irrtum: Diese von ihm sogenannte spukhafte Fernwirkung gibt es eben doch, sogar mit Lichtstrahlen, die von der Sonne kommen.
    Diese sogenannte Spukhafte Fernwirkung widerlegt somit seine Relativitätstheorie, wie auch das Spektrum der Wissenschaft im September 2009 darlegt, der Scientific American schon im März 2009.
    Hartwig Thim

  2. Die Quanten-Sonnenuhr?

    Hallo Herr Thim,

    Sie können ganz beruhigt sein, auch die gute alte Sonnenuhr kann Einstein nicht widerlegen 🙂

    Zwei Sonnenuhren sind über das Licht (und Mikrowellen sind ja nun eigentlich nichts anderes als Licht, beides ist elektromagnetische Strahlung) genauso synchronisiert wie es andere Uhren auch sind. Eine Gleichzeitigkeit kann man darüber trotzdem nicht ausdrücken, denn die Uhren können (auch wenn sie an Hauswänden festgemacht sind…) ganz wunderbar bewegt werden – und schwups unterliegen sie wieder den Gesetzmäßigkeiten der Relativitätstheorie.

    Fernwirkung und Verschränkung kommen erst dann ins Spiel, wenn wir die gute alte Sonnenuhr mit einzelnen Lichtquanten betreiben würden. Und daß es beim Zusammenspiel zwischen Quantentheorie und Relativität hakelt, das ist ja nun nichts Neues. Wenn man sich aber klarmacht, daß beide Theorien garnicht den Anspruch hegen so wie sie sind miteinander kompatibel zu sein, dann ist die Welt auch wieder in Ordnung. Theorien haben nunmal Gültigkeitsbereiche, sie sind ebensowenig absolut wie Raum und Zeit.

    Mal ganz abgesehen davon: Wenn ich mir so eine Quanten-Sonnenuhr vorstelle, dann wird das Photon mit dem Gnomon Interferenz erzeugen. Dürfte lustige Effekte bei der Anzeige der Zeit produzieren 😉

  3. Sonnenuhr

    Hallo, Frau Liefke,
    ich wollte damit sagen, dass zwei Sonnen-uhren, eine z.B. in Paris und die andere in Berlin, durch die Sonnen-strahlen “verschränkt” werden können.
    Wenn man nämlich auf die Sonnenuhr in Berlin guckt, dann weiss man instantan, wieviel Uhr es (auf der Sonnenuhr) in Paris ist. Albert und Galchen behaupten, dass die Verschränkung (zumindest durch verschränkte Photonen) die spezielle Relativitätstheorie falsifiziert, siehe
    Spektrum der Wissenschaft September 2009.

  4. Nochmal die Quanten-Sonnenuhr

    Hallo Herr Thim,

    wie ich oben bereits gesagt habe: Selbst wenn wir das Problem der nicht zu realisierenden Quanten-Sonnenuhr außen vor lassen, zwei Sonnenuhren an verschiedenen Standorten sind nicht automatisch miteinander synchronisiert. Sie zeigen auch nicht zwangsläufig instantan exakt dieselbe Zeit an – schließlich wird sich die Lichtlaufzeit von der Sonne zu den beiden Uhren im Normalfall unterscheiden. Und selbst wenn die Wegstrecke von der Sonne zu den Uhren exakt gleich wäre – beide Photonen werden nie exakt denselben Effekten unterliegen, zum Beispiel Verzerrungen der Raumzeit durch die Gravitationspotentiale anderer Massen, die die Lichtlaufzeiten verändern.

    Verschränkung koppelt die Eigenschaften von Teilchen aneinander – das sagt aber nichts darüber aus, was mit zwei Verschränkungspartnern im Anschluß daran geschieht, zum Beispiel welche Lichtlaufzeiten sie von verschiedenen Orten trennen werden.

    Der von Ihnen zitierte Artikel – in dem im übrigen an keiner Stelle die spezielle Relativitätstheorie “falsifiziert” wird – geht es um die viel grundlegendere Problematik des “Funktionsprinzips” dieser Kopplung selber, die derzeit Gegenstand der Forschung ist. Und das Beste kommt noch, egal wie die Geschichte ausgehen wird, Einstein hatte Recht! Oder um aus besagtem Artikel zu zitieren:

    “Es könnte gut sein, daß der unterschätzte Vordenker dort irrte, wo wir ihm Recht gaben, und dort Recht hatte, wo wir glaubten, er sei im Irrtum.”

  5. Verschränkte Sonnenuhren

    Hallo Frau Liefke:

    Einstein bezeichnete die Verschränkung als “spukhafte Fernwirkung”, wegen ihrer instantanen Wirkung. Hatte er da Recht?
    Gibt es nach Ihrer Meinung diese “spuk-hafte Fernwirkung”?

    Mit Dank im Voraus und herzlichen Gruessen
    Ihr Hartwig Thim

  6. Ja wo ist sie denn, die Sonnenuhr?

    Hallo Herr Thim,

    Verschränkung ist nicht gleich “instantaner Wirkung”! Der Prozeß der Verschränkung koppelt zwei Einzelsysteme zu einem Gesamtsystem, das nur als solches beschrieben werden kann. Mit der Übertragung von Information zwischen den Teilen des Systems hat das aber erstmal überhaupt nichts zu tun.

    Insofern verstehen Sie unter der von Einstein verwendeten Bezeichnung etwas ganz anderes als das was eigentlich unter dem Prinzip der Verschränkung und der zugrundeliegenden Physik zu verstehen ist. Aus gutem Grund setzen sich in der Wissenschaft mißverständliche Begriffe (wie dieser der zudem von Einstein absichtlich abwertend formuliert wurde) auch in der Fachsprache nicht durch.

    Meine “Meinung” oder die jedes anderen eines Wissenschaftler ist in so einem Zusammenhang im übrigen völlig irrelevant. Quanteneffekte und insbesondere die Verschränkung sind meßbar nachgewiesen, ebenso wie sämtliche Effekte die spezielle und allgemeine Relativitätstheorie vorhersagen. Damit gelten beide Theorien als bestätigt. Natürlich ist es jedem freigestellt nicht zu mögen, wie das Universum beschaffen ist und welchen Gesetzmäßigkeiten es gehorcht.

    Ansonsten möchte ich Sie bitten, Diskussionen die einst anderswo begonnen wurden, nämlich unter http://www.scienceblogs.de/…ussion-zum-thema.php nicht hier fortzuführen und zum eigentlichen Thema Sonnenuhren zurückzukehren.

  7. Sonnenuhr

    O.K., Frau Liefke,
    das ist alles, was ich wissen wollte.
    Es gibt also “Quantensonnenuhren”, oder
    wie ich es lieber nenne, verschränkte Sonnenuhren.
    Was die RTn betrifft, haben mich Albert und Galchen schon aufgeklärt, darüber
    brauchen wir jetzt nicht mehr reden.
    Danke und Gruesse aus Linz!

  8. Und es gibt sie doch nicht

    Leider nein, Herr Thim.

    Wie nun schon mehrfach gesagt, zwei (fiktive) Quantensonnenuhren zu verschränken und dann daraus zu abzuleiten daß sie dieselben Zeiten messen funktioniert so nicht.

    Lichtlaufzeiten gehören nunmal zu den Dingen die sich nicht verschränken lassen, Uhrensynchronisation über Verschränkung klappt einfach nicht. Alles weitere wäre ein Selbstzitat des oben schon gesagten.

  9. Sonnenuhr und SRT

    Hallo Herr Thim,

    Ihre Argumentation enthält leider einen zwar weit verbreiteten, aber dennoch gravierenden Fehler: Die Relativitätsheorie schliesst aus dass Teilchen/Wellen/Materie oder auch Information schneller als c_vakuum übertragen werden kann.

    Nicht aber die Existenz von “Überlichtgeschwindigkeit” im weitesten Sinne selbst. Sie kennen sicher das alte Beispiel mit dem Laserpointer welchen ich schnell rotieren lasse? In einer Entfernung die gross genug ist, sagen wir ein Lichtjahr, würde der auf einen gedachten Schirm projezierte aufgeweitete Punkt mit zigfacher Lichtgeschwindigkeit vorwärtshuschen.
    (Solche Dinger gibt es in der Natur tatsächlich, man nennt sie Pulsare.)

    Ist das aber nun ein Widerspruch zur Relativitätstheorie? Nein, natürlich nicht, denn der projezierte Punkt ist ja nichtmal ein Gegenstand! Die Photonen gehen ganz friedlich mit c_vakuum von meinem Laserpointer zur Oberfläche des Schirmes, und das reflektierte Licht von dort wieder mit c_vakuum zu meinem Auge zurück. Jede Informationsübertragung entlang des Strahles funktioniert also wieder maximal mit Lichtgeschwindigkeit, genau wie von der SRT vorhergesagt.

    Und auch zwischen zwei Beobachtern auf dem Schirm selbst könnte man keine Informationsübertragung schneller als c_vakuum erreichen. Ich sagte bereits, solche rotierenden “Leuchttürme” gibt es im Universum.
    Nehmen wir den Crab-Pulsar. Der ist mehrere tausend Lichtjahre entfernt, und alle 33 Millisekunden trifft uns sein Lichtkegel, wir sehen ein kurzes sehr regelmässiges aufblitzen. Die Blitze kann man zählen, man kann sie sogar als Uhr verwenden, vielleicht genauso exakt wie die genauesten Uhren die der Mensch nur herstellen kann. Ein ausserirdischer Astronom auf der uns abgewandten Seite des Crab-Pulsars, genauso viele Lichtjahre von diesem entfernt wie wir, der sieht natürlich auch alle 33ms einen Blitz. Auch er kann sie zählen, als Uhr verwenden. Nur, damit ich mich mit ihm koordinieren könnte, also im weitesten Sinne Information austauschen, müssen wir mindestens einmal vereinbaren wann die Zählung beginnen soll und bei welcher Pulsanzahl wir etwas tun wollen. Und das, Sie ahnen es bereits, geht wieder nur entlang der Sichtlinie von mir zum Ausserirdischen, schnellstenfalls durch Licht, und damit schnellstenfalls mit c_vakuum. In keinem denkbaren Fall reicht das alleinige Beobachten der Blitze des Pulsars für einen sinnvollen Austausch. Auch hier sind also alle Vorhersagen der SRT bestens erfüllt.

    Warum habe ich das nun so ausführlich erzählt? Natürlich weil die beiden Sonnenuhren in Berlin und Paris genau der gleiche Fall sind! Im Idealfall ist die Lichtlaufzeit von der Sonnenoberfläche zu beiden tatsächlich exakt gleich. Aber das heisst doch nicht dass ich damit von Berlin nach Paris überlichtschnell morsen kann oder ähnliches. Denn wenn ich an der Uhr in Berlin irgendetwas ändere, geschieht mit der in Paris rein garnichts, deren Besitzer merkt es nichtmal, es sei denn – ich rufe ihn an und sage es ihm, schnellstenfalls mit Funk, wieder c_vakuum im besten Fall…

    Und schlimmer noch, ich muss mich sogar irgendwann mal mit dem Menschen in Paris geeinigt haben welcher Sonnenstand nun welche Uhrzeit bedeuten soll, auch das wieder schnellstenfalls Funk,…

    Mit dem quantenmechanischen Effekt der Verschränkung hat das alles grundlegend garnichts zu tun.

    Ein Arbeitskollege von mir ist zur Zeit auf La Palma. Ich kenne die Koordinaten beliebig genau und weiss auch wie gross er ist. Das heisst ich kann zu jeder Zeit unendlich schnell berechnen wie lang der Schatten ist den er in diesem Moment auf den Boden wirft. Bin ich deshalb mit ihm verschränkt und habe Information mit Überlichtgeschwindigkeit ausgetauscht?
    Nein, oder?!

    Und zum Abschluss noch eine grundlegende Anmerkung: In der Wissenschaft spielen wir nicht Silberkugel gegen Werwolf. Die Relativitätstheorie wird seit mehreren Jahrzehnten von jedem, jedem Experiment dass man sich jemals dazu ausgedacht hat mit fast unvorstellbarer Präzision bestätigt. Mit einer einfachen Funkenkammer die hier auf den Schreibtisch passen würde kann ich Müonen aus der Höhenstrahlung einschlagen sehen, die ohne die relativistische Zeitdilatation niemals den Erdboden erreichen würden. Die sind überall um mich herum und auch um Sie! Mit zwei Atomuhren und einem round-the-world-ticket für tausend Euro sowie ein wenig nachdenken könnten auch Sie die Zeitdilatation direkt messen.
    Wenn Sie das verlässlich, ehrlich und überprüfbar täten, und DANN, im Experiment, Abweichungen von der Relativitätstheorie feststellen würden, DANN hätten Sie ein Argument das sämtliche Wissenschaftler aufhorchen lässt. Versprochen.

    Nicht aber wenn Sie einen Blogbeitrag zur interessanten und schönen Sonnenuhren verwenden um eine Theorie zu diskreditieren bei der es Ihnen gerne zusteht sie persönlich nicht zu mögen, die aber dennoch nach allem was die Menschheit weiss richtig ist.

    Viele Grüsse,
    Dominik

  10. Verschränkung

    Liebe Frau Liefke, lieber Herr Elsässer,
    herzlichen Dank für die ausführlichen
    Antworten. Es sind meine Verständnis-probleme mit der Verschränkung, die mich veranlasst haben, hier zu schreiben. Ich kann ja nichts dafür, dass in diesem Sciam-Artikel die beiden Autoren Albert und Galchen so kryptisch schreiben: “Entanglement is undermining special relativity” und ähnliches.
    Herzliche Gruesse,
    Hartwig Thim

  11. Sonnenuhren mal anders

    Hallo Frau Liefke,
    bin neulich mal auf Sonnenuhren gestoßen, die man sonst nicht so ohne weiteres findet:
    http://www.helios-sonnenuhren.de
    Schauen Sie sich mal die Helios Sonnenuhr an, die zeigt die MEZ, das Datum und den subsolaren Punkt mit einem von der Sonne erzeugtem Lichtpunkt an. Nicht schlecht.
    Viele Grüße
    Roland Israel

  12. Schablone für Sonnenuhren

    Hallo zusammen. wir machen seit kurzem Schablonen für Sonnenuhren. Die Schablone hält super auf Putz. Eifach austupfen und schon fertig. Viele Grüße

Schreibe einen Kommentar