INFORMATIONEN ZUM SONNENUHR–GENERATOR

Mit dem Sonnenuhr-Generator können Sie das Zifferblatt einer Sonnenuhr berechnen und ausdrucken.

Das Zifferblatt kann für jeden gewünschten Ort der Welt und für ein beliebiges Datum berechnet werden.

Bastelbogen: Mit geringem Aufwand haben Sie im Nu eine genaue Sonnenuhr gebaut. Ausducken, mit dem Messer zwei kleine Schnitte machen, fertig.

Wichtig: Damit die Uhr auch wirklich genau geht, ist ein richtiges Einstellen und präzises Aufstellen erforderlich. Lesen Sie vorher die Schritt für Schritt Anleitung.

Der Sonnenuhr-Generator benötigt keine Installationen ausser dem Flash Plugin (Version 7 oder höher) für Ihren Internet-Browser. Das Tool kann kostenlos benützt werden.

Sonnenuhr-Generator by cybervisuals.ch

Schritt für Schritt zu einer präzisen Sonnenuhr

Führen Sie nacheinander folgende Schritte aus. Soll die Sonnenuhr die Zeit wie gewünscht und präzise anzeigen, ist ein genaues Arbeiten bei allen Punkten erforderlich:

1. Vorbereitung

• Datum festlegen (Die Sonnenuhr stimmt nur am angegebenen Datum präzise.) [mehr dazu]
• Koordinaten des Beobachtungsortes eingeben (Eine Sonnenuhr stimmt nur am angegebenen Ort. ) [mehr dazu]
• Zeitzone/Sommerzeit einstellen (Die Sonnenuhr zeigt diejenige Zeit, welche auf Ihrem Computer eingestellt ist.) [mehr dazu]

2. Drucken

• Verwenden Sie festes Papier [mehr dazu]

3. Schattenzeiger ausschneiden

• Schneiden Sie den Schattenzeiger präzise aus. [mehr dazu]

4. Aufstellen

• genaue Ausrichtung nach Süden [mehr dazu]
• genaue horizontale Nivellierung [mehr dazu]
• genaues senkrechtes Ausrichten des Schattenzeigers [mehr dazu]

Benötigtes Material

• Drucker mit festem Papier
• scharfes Messer (Cutter)
• Geodreieck
• Kompass
• Wasserwaage

Beispielphotos

• [zu den Photos]

Bild: Das Eingabepanel

Bild: Sonnenuhraufstellen

Hilfe / Bedienung

Datum eingeben

Das Zifferblatt der Sonnenuhr wird genau berechnet für den eingestellten Tag.
Sie können die Sonnenuhr bis zu zwei Wochen vor und nach diesem Datum benützen, allerdings nimmt die Zeitabweichung mit jedem Tag zu, genaueres finden Sie im Kapitel: Gültigkeitsdauer / Ort

Sie können ein beliebiges Datum einstellen. Benützen Sie dazu in den Sonnenuhr-Generator-Einstellungen die auf- und abwärts Knöpfe. Für einen schnellen Vorlauf halten Sie den Knopf gedrückt. Der maximale Datumsbereich ist abhängig vom Betriebssystem Ihres Computers.

Position Beobachtungsort eingeben

Sie können die Sonnnenuhr für eine beliebige Beobachtungsposition berechnen. Die Sonnenuhr ist nur an diesem Ort genau. Dazu müssen Sie die Koordinaten als geographische Längen- und Breitengrade eingeben. Es stehen zwei Möglichkeiten zur Verfügung:

Suchen per Ortsname in Datenbank (Server liefert Länge und Breite)

Drücken Sie dazu den Knopf [Ort / Koordinaten suchen]. Schreiben Sie dann den gewünschten Namen ins Suchfeld und klicken auf den Knopf [suchen]. Werden Orte gefunden, klicken sie dann auf einen Eintrag in der Liste. Die Koordinaten werden in die Sonnenuhr übernommen.
Werden keine Orte gefunden, wiederholen Sie die Abfrage mit einer anderen Schreibweise. Die Gross-/Kleinschreibung spielt keine Rolle.
Werden zuviele Orte gefunden, schränken Sie die Suche mit mehreren Begriffen ein (z.B "baden ch" oder "baden schweiz" oder "baden aargau").

Diese automatische Suche benützt den freien Service von www.geonames.org. In der Regel erhalten Sie schnell Antwort. Da ich den kostenfreien Service benutze, kann es leider auch mal länger dauern. Antwortet der Server gar nicht, versuchen Sie es zu einem späteren Zeitpunkt nochmals.

Direkte Eingabe der geographischen Länge und Breite von Hand:

Geben Sie dazu die numerischen Koordinaten in die Felder "Länge" und "Breite" ein.

Länge = Ost-West Richtung, Bereich [-180°, 180°], negativ=West
Breite = Nord-Süd Richtung, Bereich [-90°, 90°], negativ=Süd

Es werden WGS84 Koordinaten in Grad mit Kommastellen verwendet.

Sie finden diese Koordinaten z.B. mit GoogleEarth. Die Koordinaten können dort am unteren Bildschirmrand eingeblendet werden: 'Lat'=Breite, 'Lon'=Länge. Wählen Sie dazu in GoogleEarth im Menu 'Einstellungen' unter 'Breite/Länge anzeigen' den Punkt 'Dezimalgrad' aus.

Es ist natürlich auch möglich, die Koordinaten mit einem Navigationsgerät mit GPS zu bestimmen.

Genaues zum WGS84 bei wikipedia: de.wikipedia.org/wiki/WGS84 oder
Allgemeines zu geographischen Koordinaten: de.wikipedia.org/wiki/Geographisches_Koordinatensystem

Ortsnamen eingeben

Sie können im Feld 'Ortsname' einen beliebigen Namen passend zu den Koordinaten eingeben. Dieser wird dann auf der Sonnenuhr gedruckt.

Wichtig: Der Ortsname hat keinen Einfluss auf die Berechnung der Sonnenuhr! Die Berechnung wird nur durch die numerische Angabe von Länge und Breite (plus Zeitzone) bestimmt. Der Ortsname kann deshalb auch vom durch die Koordinaten definierten Ort abweichen. Die Angabe ist freiwillig und kann auch ganz weggelassen werden.
Werden die Koordinaten verändert, werden dem Ortsnamen zwei "??" angehängt, um anzuzeigen, dass der Name evt. nicht mehr zu den Koordinaten passt. Ist er trotzdem noch gültig, können Sie diese löschen.

Hinweis zur angezeigten Zeit

Die Koordinaten des Beobachtungsortes haben keinen Einfluss auf die Zeitskala der Sonnenuhr! Siehe dazu: Zeitzone einstellen

Mehr zum Thema Beobachtungsort:

Kapitel: Gültigkeitsdauer / Ort und Geographischer Einsatzbereich

Zeitzone einstellen

Welche Zeit zeigt die Sonnenuhr an?

Die Sonnenuhr zeigt diejenige Zeit an, welche auch auf Ihrem Computer angezeigt wird.
Diese wird bestimmt durch die Zeitzonen/Sommerzeit Einstellungen in Ihrem Betriebssystem.
Die Koordinaten des Beobachtungsortes haben keinen Einfluss auf die Zeitskala der Sonnenuhr!

Die aktuelle Einstellung sehen Sie in den Sonnenuhr-Generator-Einstellungen unter Zeitzone. Hier wird die Differenz zur UTC (=koordinierte Weltzeit) in Minuten angegeben. Auf dem Zifferblatt wird die Zeitdefinition ebenfalls gedruckt: Datum/Zeit -> UTC +/- XX Minuten.
Weitere Informationen dazu bei wikipedia: Zeitzonen de.wikipedia.org/wiki/Zeitzonen, UTC de.wikipedia.org/wiki/UTC)

Die Sommerzeit wird dabei automatisch berücksichtigt. Für Deutschland, Österreich und die Schweiz gilt im Sommer UTC+120 Minuten, im Winter UTC+60 Minuten.

Möchten Sie die Sonnenuhr für eine andere Zeitzone berechnen, stellen Sie bitte in Ihrem Betriebssystem eine andere Zeitzone ein. Schliessen Sie dazu zuerst den Browser und starten Sie ihn danach neu. Eventuell ist auch ein Neustart des Computers notwendig.

Dies ist erforderlich, wenn der Beobachtungsort in einer anderen Zeitzone liegt als im Computer eingestellt, und die Sonnenuhr trotzdem die gültige Zeit am Beobachtungsort anzeigen soll.

Andererseits ist es auch möglich, eine Sonnenuhr zu bauen, die z.B. in Deutschland aufgestellt ist, aber 'Moskau-Zeit' zeigt.

Länge des Schattenzeigers

Die Länge des Schattens hängt von der Höhe der Sonne ab. Im Sommer sind die Schatten um die Mittagszeit kürzer, im Winter länger.

Sie können deshalb die Länge des Schattenzeigers anpassen. Geben Sie dazu im entsprechenden Feld eine Zahl zwischen 1 und 10 ein. Je gösser die Zahl, desto länger wird der Schatten.

Sommer: grössere Schattenzeiger verwenden
Winter: kleinere Schattenzeiger verwenden

Drucken

Für einen schönen Ausdruck verwenden Sie am besten den Knopf [drucken] im Sonnenuhrgenerator.

Gedruckt wird nur die eigentliche Sonnenuhr ohne Eingabepanel und Fensterelemente.

Sie können die Sonnenuhr in beliebiger Grösse in bester Qualität drucken (skalierbares PostScript).

Die Grösse wird automatisch auf die Papiergrösse angepasst.

Nach dem klicken auf den Knopf [drucken] öffnet sich die Standard Dialogbox Ihres Druckers. Stellen Sie dort gegebenfalls Papiergrösse, Druckqualität etc. ein

Wichtig: Verwenden Sie für den Ausdruck festes Papier (z.B. 120 g/m2). Normales Kopierpapier (80 g/m2) ist zu dünn, der Schattenzeiger hat dann zu wenig Stabilität. Bereits ein leiser Wind könnte den Zeiger zu stark bewegen.

Schattenzeiger ausschneiden

Nach dem Ausdrucken müssen Sie mit einem Messer zwei Schnitte machen, damit der Schattenzeiger (grün) senkrecht nach oben geklappt werden kann.

Schneiden Sie zweimal von der Ost–West–Linie bis zur Spitze des Schattenzeigers (rote Linie):

Biegen Sie nun den Schattenzeiger entlang der Ost–West–Linie rechtwinklig zum Zifferblatt.
Am besten Sie halten dazu einen Lineal auf die Linie und machen mit dem Fingernagel eine scharfe Kante (gelbe Linie).

Ungenauigkeiten bei diesen Arbeiten wirken sich sehr schnell auf die Präzision der Sonnenuhr aus!

Wichtig: Verwenden Sie für den Ausdruck festes Papier (z.B. 120 g/m2). Normales Kopierpapier (80 g/m2) ist zu dünn, der Schattenzeiger hat dann zu wenig Stabilität. Bereits ein leiser Wind könnte den Zeiger zu stark bewegen.

Sonnenuhr aufstellen

• Horizontale Nivellierung
  Stellen Sie die Sonnenuhr horizontal nivelliert auf (wie Wasseroberfläche).
  Dabei müssen beide Richtungen nivelliert sein, Nord-Süd wie auch Ost-West.
  Mit Vorteil verwenden Sie dazu eine Wasserwaage. Als einfaches Hilfsmittel kann auch mal eine Kugel dienen.
• Nach Nord-Süd ausrichten
  Richten Sie das Zifferblatt nach den Himmelsrichtungen aus: N=Nord, S=Süd, O=Ost, W=West.
  Das richtige Verwenden eines guten Kompasses ist dabei ein Muss! Lesen Sie dazu meine nachstehenden Erfahrungsgechichten.
• Schattenzeiger senkrecht stellen
  Kontrollieren Sie mit einem Geodreieck oder Ähnlichem, ob der Schattenzeiger genau senkrecht steht (90 Grad).
    
  Achtung: Abweichungen wirken sich stark auf die Genauigkeit der Sonnenuhr aus!
  Siehe dazu auch die Beispielphotos
   

Hinweis zu den Tücken eines Kompasses (resp. dessen Umfeldes):

Achten Sie im Umgang mit dem Kompass darauf, dass im Umkreis von einigen Metern keine magnetisierbaren Metalle (Eisen etc.) befinden. Dies ist in unserer Zivilisation schwierig geworden. Achtung: Betonierte Elemente wie Mauern, Treppen oder Böden enthalten Armierungseisen! Da diese oft eine ideale, horizontal nivellierte Fläche darstellen, ist man erfahrungsgemäss sehr geneigt, die Sonnenuhr dort aufzustellen.

Eine Erfahrungsgeschichte: Ich ging mit meinem Sohn auf einen Hügel, um die Sonnenuhr zu testen. Wir fanden eine wunderschöne Sitzbank, gefertigt aus einem massiven Stück Baumstamm, mit herrlichem Blick Richtung Sonne. Wir dachten, ideal für das Aufstellen der Sonnenuhr. Nach genauem Ausrichten mit dem Kompass zeigte sich leider eine Abweichung von mehr als einer Stunde! Einige Meter weiter vorne aufgestellt, zeigte die Sonnenuhr die genaue Zeit. Hmm, wo könnte das Problem liegen? Nach genauem Anschauen der urchig aussehenden Sitzbank, stellten wir fest, dass unter einem Holzzapfen schön versteckt, eine massive Stahlschraube eingelassen war! Diese hielt nicht nur die Bank zusammen, sondern lenkte auch unseren Kompass ab.

Das genaue Ausrichten nach Nord-Süd ist wichtig:

Eine weitere Erfahrungsgeschichte: ... also wollte ich nur noch schnell die Sonnenuhr testen. Es war Nachmittags und die Sonne schien gerade durch das Küchenfenster, welches ziemlich genau gegen Westen schaut. Das hatte ich beim Einzug mit dem Kompass mal schnell festgestellt. Ideal also, um die Sonnenuhr schnell auf das Fensterbrett zu legen. Doch oh weh, sie zeigt eine Stunde zu spät an. Wo lag das Problem? Programmfehler? Sommerzeitverschiebung? NEIN: Das Fenster zeigt NUR ZIEMLICH genau nach Westen. Nach präziser Ausrichtung mit dem Kompass, war die Uhr sogar sehr genau. Dies machte ich dann aber draussen im Freien. Denn in meiner Küche ist es schwierig mit dem Kompass. Das Fensterbrett ist aus Eisenblech und auch sonst gibt es einiges an Chromstahl.

Sich Zeit nehmen für die Sonnenzeit ist wichtig:

Fazit aus obiger Geschichte, mit schnell, schnell kommt man weniger schnell ans Ziel. Mit Ruhe im Freien und an der Sonne geht die Zeit wie von selbst wieder richtig.

Photos

Photo 1: horizontale Nivellierung (Kugel) und genaue Ausrichtung nach Süden (Kompass)

Photo 2: Senkrechte Ausrichtung des Schattenzeigers mit dem Geodreieck

Photo 3: Die Sonnenuhr stimmt präzise.

Weitere Informationen

Gültigkeitsdauer / Gültigkeitsort

Die Sonnenuhr stimmt präzise für das jeweils eingestellte Datum.

Da sich die Sonnenbahn mit den Jahreszeiten ändert, muss auch die Sonnenuhr angepasst werden.

Bei einer Toleranz von einigen Minuten kann sie aber ca. zwei Wochen um das Datum herum verwendet werden. So sollte etwa für jeden Monat ein eigenes Zifferblatt gedruckt werden. Vorsicht ist in den Monaten mit dem Sommerzeitwechsel geboten!

Die Sonnenuhr stimmt präzise für den jeweils eingestellten Ort.

An jedem Ort der Welt steht die Sonne etwas anders am Himmel. Deshalb kann eine Sonnenuhr nur für einen bestimmten Ort berechnet werden.

Abweichungen in der Nord/Süd-Richtung (geogr. Breite) verursachen eine Änderung der Schattenlänge und wirken sich nicht auf die angezeigte Zeit aus.

Hingegen spielt die Ost/West Angabe (geogr. Länge) eine grössere Rolle. Pro Längengrad ergibt sich eine Zeitdifferenz von genau 4 Minuten (ein Längengrad entspricht am Äquator 111km, an den Polen 0km. Rom 83km, Zürich 75km, Berlin 68km, Stockholm 57km).

Geographischer Einsatzbereich

Diese Art von Sonnenuhr eignet sich für Beobachtungsorten mit mittleren Breitengraden.

Nahe an den Polen ist die Anwendung eingeschränkt, da dort die Sonne nur halbjährlich und sehr flach scheint. Doch dafür funktioniert die Sonnenuhr im Sommer 24 Stunden pro Tag, da die Sonne dann nie untergeht.

Nahe am Äquator steht sie oft ganz hoch am Himmel und der Stab wirft nur einen kleinen Schatten. Für diese Gegenden müsste eine andere Konstruktion gewählt werden, welche vielmehr die Höhe der Sonne misst, als die Himmelsrichtung.

Verwendete Algorithmen

Die Berechnungen für die Anzeige der Sonnenuhr wurden von cybervisuals.ch entwickelt.

Die astronomischen Berechnungen der Sonnenposition basieren auf Algorithmen von Jean Meeus und Paul Schlyter. Die entsprechenden JavaScript Funktionen wurden von Peter Hayes und Ole Nielson unter der GNU GPL veröffentlicht und wurden in diesem Tool unverändert als Flash ActionScript verwendet.

Das folgende Textfile enthält den Flash ActionScript der grundlegenden Astro Funktionen. Der Code ist identisch mit Javascript:

Systemanforderungen

Der Sonnenuhr-Generator benötigt einen Internetbrowser mit dem Flash Plugin Version 7 oder höher.

Für den Vollbildmodus benötigen Sie Flash Plugin Version 9 oder höher.

Astronomische Erklärungen

Sonnenbahn (Kurzerklärung)

Klar, unsere Erde dreht sich wie alle Planeten um die Sonne. Wenn wir aber von Erde aus beobachten, scheint sich die Sonne um die Erde zu drehen. Jeden Tag geht sie auf und wieder unter und wir könnten ihre Bahn an den Himmel zeichnen. Dabei würden wir feststellen, dass sich die Sonnenbahn täglich etwas ändert. Im Sommer steht sie höher am Himmel und im Winter tiefer am Horizont.

• Dass die Sonne täglich auf- und untergeht ist eine Folge der Eigenrotation der Erde (= 1 Tag).
   
• Dass die Sonne nicht zu jeder Jahreszeit gleich hoch am Himmel steht, ist
  a) eine Folge des Kreisens der Erde um die Sonne (= 1 Jahr) und
  b) dass die Rotationsachse der Erde leicht schief und nicht rechtwinklig zur Erdbahn-Ebene steht.
   

Daraus folgen auch verschiedene Tageslängen im Winter und Sommer. Ebenso geht die Sonne zu den verschiedenen Jahreszeiten nicht immer am gleichen Ort am Horizont auf respektive unter. Eine weitere Unregelmässigkeit für die Sonnenuhr entsteht durch verschiedene Bahngeschwindigkeiten der Erde.

Daraus ergibt sich auch, dass die Sonne in den Gegenden um den Nord- und Südpol im tiefen Winter nie aufgeht und dafür im Hochsommer den ganzen Tag scheint.

Spezielle Tage in der Sonnenuhr

Links

de.wikipedia.org/wiki/Sonnenuhr  Erklärungen zur Sonnenuhr bei wikipedia

de.wikipedia.org/wiki/Sonne  Allgemeines zur Sonne bei wikipedia

Allgemeines zur Sonnenuhr

Zweck und Zielpublikum

Ziel war eine einfache Sonnenuhr zu entwickeln, die ohne Kenntnisse, Tabellen, Zeitgleichungen usw. verwendet werden kann. Insbesondere sollte sie auch von Kindern benützt werden können.
Es wird deshalb "nur" das Zifferblatt eines Tages gezeigt. Wie sich die Sonnenposition in Ort und Zeit ändert, kann interaktiv durch einstellen eines beliebigen des Datums erfahren werden.

Dies im Gegensatz zu den meisten anderen Sonnenuhren, welche man zwar das ganze Jahr über brauchen kann, aber dafür komplizierte Zifferblätter haben und die Zeit oft nur mittels Korrekturtabellen ermittelt werden kann und auch dann noch die Sommerzeitfalle droht.

Mich hat die Beschäftigung mit dem Sonnensystem und der Programmierung dieser Sonnenuhr wieder mal sanft auf die natürlichen Rythmen unseres Sonnensystems aufmerksam gemacht, was in unserem digital atomar gesteuerten Zeitalter gerne vergessen geht.

So bringt die Sonnenuhr hoffentlich viele schöne und geruhsame Stunden für alle: Kinder, Schüler, Lehrer, Outdoorfreaks, Pfadfinder, Sonnenbadende, Architekten, ...

Interaktives Lernen

Das Zifferblatt der Sonnenuhr wird bei jeder Änderung einer Eingabe sofort neu berechnet. Diese schnelle Interaktivität des Sonnenuhr-Generators erlaubt Ihnen spielerisch herauszufinden, wie sich die Sonne bewegt und ihre Bahn verändert, oder wo sie gerade in anderen Gegenden der Welt steht.

So können Sie selbst ermitteln, wie sich die Sonnenbahn von Tag zu Tag, Monat zu Monat oder von Ort zu Ort verändert.

Idee, Geschichte, Versionen

Als ich an verschieden graphischen Darstellungen der Ephemeriden der Sonne arbeitete, kam mir die Idee, einen Sonnenuhr-Generator zu entwickeln.

Denn stellt man die Sonnenpositionen eines ganzen Tages im Polarkoordinatensystem dar, erhält man im Prinzip schon das Resultat. Um die Schattenpositionen zur erhalten, muss man das Ganze nur noch spiegeln.

Versionen des Sonnenuhrgenerators:

Version 1.0    26. August 2008

Version 1.1    8. September 2008    neu: Koordinatensuche mit Geodatenbank

Exclaimer / Impressum

Exclaimer

Die Angaben in der Sonnenuhr und den begleitenden Erklärungen werden nach bestem Wissen und sorgfältiger Prüfung gemacht. Trotzdem kann keine Garantie übernommen werden. Eine Haftung des Autors ist ausgeschlossen.

Impressum:

Andi Bösch, Switzerland

cybervisuals.ch

30-AUG-2008

update sundial information

17-AUG-2010