DAS ASTROLABIUM
Das Astrolabium ist ein sehr faszinierendes astronomisches Gerät.
Auf dieser Webseite erkläre ich, den Umgang mit dem Astrolabium. Wie man Uhrzeiten, Höhen und astronomische Verhersagen wie Sonnenauf- und Untergangszeiten bestimmt.
Meine Arbeit mit dem Astrolabium hat mich viel Zeit gekostet, aber es hat auch sehr viel Spaß gemacht. Mehrere Stunden habe ich versucht Uhrzeiten oder Höhen zu bestimmen und noch mehr Stunden auf die Problemfindung im Falle von abweichenden Ergebnissen investiert. Dabei ist mir klar geworden, wie kompliziert und umfangreich dieses Gerät ist und wie viele Dinge es in dessen Gebrauch zu beachten gilt.
Das Astrolabium ist noch nach der Vorstellung eines Weltbildes geschaffen, bei der nicht die Sonne, sondern die Erde den Mittelpunkt des Sonnensystems bildet, über die die Sterne und die Laufbahn der Sonne angeordnet sind. Verblüffend und bewundernswert ist jedoch, dass es trotz der anderen Perspektive, welches sich hinter dem Astrolabium verbirgt, auf der Erde nach unserem heutigen Weltbild funktioniert.
Ich habe ein sehr großes Interesse an geschichtlichen Themen und mich bereits im Gesellschaftslehre-Unterricht sehr für die Entdeckungsreisen interessiert. Vor allem interessierte mich die Orientierung und Navigation mit verschiedensten Geräten und am Sternenhimmel. Wie verschiedene Entdecker zu völlig neuen und unentdeckten Orten reisten und sich doch orientieren konnten, ist sehr faszinierend. Ohne die heutigen Technik, aber dafür mit einer Menge Geräten, die man heute gar nicht mehr kennt. Das Astrolabium zum Beispiel, ist ein sehr vielseitiges Messinstrument, welches man früher auch zur Navigation, aber hauptsächlich für Zeitbestimmungen nutzte.
Mit dieser Webseite möchte ich an die Möglichkeiten erinnern, die man hatte, bevor es moderne Technik gab und wie man sich früher mit anderen Geräten zurechtgefunden hat. Außerdem möchte ich Menschen für die Vergangenheit begeistern und ihnen vor Augen führen, wie raffiniert man schon früher Messungen durchführen konnte und wie groß schon damals das Wissen über den Sternenhimmel war.
WAS IST EIN ASTROLABIUM
Ein Astrolabium (auch Sternhöhenmesser oder Planisphärum genannt) ist ein sehr vielseitiges astronomisches Gerät zur Bestimmung der Uhrzeit und der Auf- und Untergangszeit der Sonne, sowie einiger heller Sterne. Es stellt eine komplexe drehbare Sternenkarte dar, was bedeutet, dass die Himmelsphäre in die Ebene projeziert wurde.
Man peilt im ersten Schritt immer einen Stern oder die Sonne an. Dadurch lässt sich ihre Höhe bestimmen und anhand dieser und des Datums die Uhrzeit feststellen. Daher der Name, der aus dem Griechischen stammt und so viel bedeutet wie "Sterne fassen". Das Astrolabium ermöglicht einem zusätzlich zu der aktuellen Uhrzeit, astronomische Vorhersagen durchzuführen. Damit gemeint sind Auf- und Untergangszeit der Sonne, sowie einiger heller Sterne.
GESCHICHTE
Eratosthenes von Kyrene, ein griechischer Gelehrter, entwickelte gegen 250 v. Chr. die Armillarsphäre. Diese ist ein astronomisches Gerät, welches die Bewegungen von Himmelskörpern darstellt. Sie besteht aus einem Gestell und einigen gegeneinander drehbaren Metallringen, die zusammen die Form einer Kugel bilden.
Bereits im Altertum wollte man den Sternenhimmel in zweidimensionaler Form nachbilden. Also baute man das Astrolabium. Aus diesem Grund wird die Armillarsphäre auch "sphärisches Astrolabium" genannt und das Astrolabium ist auch als die "ebene Armillarsphäre" bekannt.
Mithilfe der Stereographischen Projektion, die den Griechen, die sich gut mit Geometrie auskannten, bereits bekannt war, soll der Grieche Hipparch von Nikäa es in die Ebene übertragen haben. Bei der Stereographischen Projektion wird die Erd- oder Himmelskugel vom Südpol aus, auf die Äquatorebene projiziert
Abbildung oben: StereographischeProjektion
Die ersten Astrolabien wurden von griechischen Gelehrten entwickelt und im Mittelalter von islamischen Gelehrten verbessert, die sie dann in Europa bekannt machten. Der genaue Zeitraum der Erfindung ist nicht bekannt. Es soll bis zum 2. Jahrhundert nach Christus zurückreichen, kann aber auch noch viel älter sein.
Unterwasserarchäologen haben 2014 das bisher älteste gefundene See-Astrolabium in dem Wrack der "Esmeralda", einem Schiff aus der Flotte von Vasco da Gama gefunden, das 1503 vor der Küste des Omans sank. Seeastrolabien baute man für den Gebrauch bei Seefahrten zur Navigation. Sie sind bei Wind und Wetter praktischer als gewöhnliche Astrolabien, da sie keine feste Platte sind, sondern diese mit großen Löchern versehen wurden, durch die der Wind auf der hohen See wehen kann. So kann man das Astrolabium besser bedienen, ohne das der Wind großen Druck auf das Gerät ausübt.
Früher besaßen in der Hauptsache Alchemisten, Astrologen, Astronomen und gebildete Personen ein Astrolabium. Die Verwendung des Astrolabiums wurde damals an der Universität gelehrt.
Auf Grund der Entwicklung genauerer Instrumente und Messmethoden und die Forderung nach größerer Genauigkeit, verlor das Astrolabium ab dem 16. Jahrhundert schnell seine Bedeutung als astronomisches Gerät. Es wurde von der Uhr abgelöst, die viel genauer messen konnte und nicht auf Wetterbedingungen angewiesen war.
AUFBAU UND TEILE DES ASTROLABIUMS
Vorderseite
Anfangs ist für das allgemeine Verständnis über das Astrolabium wichtig, die einzelnen Teile benennen zu können. Die folgenden Bilder dienen dazu, die einzelnen Teile näher zu erklären:
Wie wir wissen, wurde das Astrolabium mit der stereographischen Projektion erstellt. Man projizierte die Armillarsphäre (siehe "Geschichte") in die Ebene und es entstand das Astrolabium.
Auf der folgenden Abbildung sieht man, wie die Projektion funktioniert:
Unten zu sehen ist der Himmel als Kugel, wie wir ihn von der Erde aus sehen (Armillarsphäre, Ursprungskörper). Blau eingezeichnet ist der nördliche Wendekreis und gelb ist der südliche Wendekreis. Der Äquator ist grün und das schräg eingezeichnete Rot ist die scheinbare Umlaufbahn der Sonne, die Ekliptik.
Von ganz unten aus, wird projiziert. Man projiziert auf die Äquatorebene. Die Projektion ist auf der Abbildung mit den farblich passenden Linien eingezeichnet. Diese gehen vom Himmelssüdpol (ganz unten) aus, zu den entsprechenden Kreisen. Dort, wo diese Linien die Äquatorebene schneiden, befindet sich der Kreis auf dem Astrolabium. Um dies zu kennzeichnen, hat man in der Abbildung von diesem Punkt aus eine weitere Linie nach oben gezeichnet, wo diese wiederum auf die fertige Projektion (das heißt, auf das fertige Astrolabium) trifft.
Das Besondere bei der stereographischen Projektion ist, dass alle Kreise auf der Kugel wieder in Kreise auf der Äquatorialebene übergehen.
Der nördliche Wendekreis, ist nun der kleine Kreis auf dem Tympanon und der süddliche Wendekreis bildet den äußeren Rand des Astrolabiums. Die Ekliptik ist versetzt. Wie unten auch, berührt sie einmal den nördlichen und dann wieder den südlichen Wendekreis und liegt daher dazwischen. Die Ekliptik befindet sich jedoch nicht auf dem Tympanon, sondern wird zusammen mit den Fixsternen auf der Rete dargestellt, die den beweglichen Teil des Himmels wiedergibt.Auf der nun nachfolgenden Abbildung kann man sehen, wie die weiteren Linien auf dem Tympanon zustande kommen. Die Rede ist hierbei von den Höhenkreisen und dem Horizont. Unten ist wieder der Ursprungskörper. Der äußere Kreis bildet den Himmel, wie wir ihn von der Erde aus sehen und der innere Kreis, ist die zur Veranschaulichung vergrößerte Erde. Der mit B markierte Punkt ist unser Standort auf der Erde. Das Tympanon ist auswechselbar, sodass man die für den jeweiligen Breitengrad entsprechenden Werte erzielen kann. Der Horizont (auf der Abbildung: rot) liegt wie eine Platte auf dem Punkt B. Mit der eben beschriebenen stereographischen Projektion wird nun der Horizont auf die Äquatorebene projiziert.
Der Zenit ist genau der Punkt am Himmel den man sieht, wenn man senkrecht nach oben schaut (auf der Abbildung: Z). Dieser wird ebenfalls auf die Äquatorebene projiziert. Die Höhenkreise beschreiben die Höhe der Sonne und der Sterne am Himmel. Der blaue und der grüne Kreis sind Beispiele für zwei Höhenkreise. Sie schließen sich um den Zenit und werden auf die gleiche Weise projiziert.Das Tympanon stellt also den unbeweglichen Teil dar, der sich nicht verändert, wenn wir nicht unsere Position B nach Norden oder nach Süden verändern. Nur dann ändert sich nämlich die Neigung der Ebene, auf der unser Horizont liegt. Das heißt, es ändert sich nur etwas, wenn wir auf eine andere Breite wechseln (siehe nachfolgende Abbildung). Wenn wir dagegen nur unsere Länge ändern, ändert sich nichts, da das Bild sich bei einer Drehung um die Himmelspolachse nicht ändert.
Rückseite:
PEILEN
Der erste Schritt beim Arbeiten mit dem Astrolabium, sei es für die Auswahl des richtigen Tympanons, die Bestimmung der Uhrzeit, Sonnenauf- und Untergangszeit oder das Messen von Höhen, ist das Peilen. Damit beginnt die Arbeit mit dem Astrolabium. Gemeint ist das Anpeilen der Sonne oder eines Sterns, um dessen Höhe zu bestimmen. Dazu verwendet man die Rückseite des Astrolabiums und die Alhidade. Genauer gesagt, die Kerben der Diopter, die sich an der Alhidade befinden.
Beim Anpeilen eines Sterns, hält man das Astrolabium am Ring fest, sodass es senkrecht herunter hängt. Jetzt schaut man durch beide Kerben der Diopter hindurch und stellt dabei die Alhidade so ein, dass man durch beide Kerben den Stern sehen kann. So ist die Alhidade eingestellt und man kann nun am Rand (auf der Gradskala) die Höhe des Sterns in Grad ablesen.
Beim Anpeilen der Sonne sollte man nicht direkt ins Licht schauen um dem Augenlicht nicht zu schaden. Hier kann man über den Schattenwurf peilen. Dazu hält man das Astrolabium am Ring fest, oder stellt es auf einen waagerechten Untergrund. Am besten hält man ein weißes Papier dahinter, damit der Schatten der Alhidade auf das Papier fällt. Danach muss die Alhidade so gedreht werden, dass die Schatten der Kerben übereinander liegen. Jetzt ist die Sonne eingestellt und am Rand kann die Sonnenhöhe abgelesen werden.
Um das richtige Tympanon zu wählen, muss man wissen, auf welchem Breitengrad man sich befindet. Dazu peilt man den Polarstern an. Der Höhenwinkel in dem man den Polarstern sieht, entspricht dem Breitengrad, auf dem man sich befindet. Dies verdeutlicht Abbildung 13: Die senkrechte, gestrichelte Linie, zeigt, wo man den Polarstern sieht (senkrecht nach Norden). Nun kann man sehen, dass der untere Winkel ß, (Der Breitengrad, auf dem man sich befindet) dem oberen Winkel ß entspricht, der der Winkel zwischen dem Horizont und dem Polarstern darstellt, den man mit dem Astrolabium anpeilt.
ASTROLABIUM ALS UHR (ANLEITUNG)
Schritt 1: Der erste Schritt ist das Anpeilen der Sonne um ihre Höhe zu bestimmen. Dies erfolgt auf die gleicher Weise, wie im vorherigen Kapitel beschrieben. In Unserem Beispiel, steht die Sonne 20° über dem Horizont.
Schritt 2: Als nächstes sucht man die Position der Sonne auf der Ekliptik. Die im ersten Schritt ermittelte Sonnenhöhe muss sich währenddessen gemerkt werden, da die Alhidade, auf der Rückseite des Astrolabiums, nun auf einen neue Position eingestellt wird. Man sucht nun auf der Skala, die die Monate anzeigt, nach dem aktuellen Datum und stellt die Alhidade darauf ein. (In unserem Beispiel: 12. November) Sobald man die Alhidade neu eingestellt hat, zeigt sie auf der Tierkreisskala (auf der Astrolabiumsrückseite über der Monatsskala) auf die Position der Sonne im Tierkreis. In Unserem Beispiel steht die Sonne im 21. Tag des Skorpions.
Schritt 3: Man stellt nun am Astrolabium den Zeiger auf der Vorderseite so ein, dass er im Tierkreis der Rete auf dem in Schritt 2 ermittelten „Datum“ steht.
Schritt 4: Man dreht jetzt Zeiger und Rete gemeinsam. Die Stelle, an der sich Rete und Zeiger schneiden, muss nun auch die in Schritt 1 ermittelte Höhe schneiden. Die Höhenlinien sind kreisförmig auf dem Untergrund unter der Rete eingraviert. In unserem Beispiel sucht man sich nun den 20°-Kreis und stellt den Schnittpunkt der Rete und des Zeigers so ein, dass sie ebenfalls die 20 °-Kreis schneiden. Das ist nicht ganz exakt ablesbar, da aus Gründen der Übersichtlichkeit die Höhenlinien nur im Abstand von jeweils zehn Grad eingetragen sind. Bei beispielsweise 36° (Sonnenhöhe), sucht man also einen Punkt etwa auf halber Höhe zwischen dem 30°-Kreis und dem 40°-Kreis. Auf der Grundplatte des Astrolabium sind außerdem die Himmelsrichtungen West (West) und Ost (East) eingetragen. Während der ersten Tageshälfte steht die Sonne im Osten, bevor sie mit dem Mittag in die Westhälfte wechselt. – Man sucht den Schnittpunkt also vormittags im Osten, nachmittags im Westen.
Der Zeiger weist nun am Rand der Grundplatte auf die wahre Sonnenzeit (WOZ). In unserem Beispiel ist es etwa 13:22Uhr als Sonnenzeit.
Die wahre Sonnenzeit entspricht jedoch keineswegs unserer Uhrzeit. Um diese zu ermitteln, müssen wir noch einige Minuten dazu addieren. Dies ist erforderlich, weil die Erdachse und die Ekliptik (Laufbahn der Sonne) gegeneinander geneigt sind und somit die Zeitdifferenz zwischen zwei Mittagen (Sonnenhöchstständen) jeden Tag unterschiedlich lang ist.
Beispiel der zu addierenden Minuten pro Tag. In diesem Fall kann man sie nur auf dem Längengrad 6,857 nutzen. Die Formel der nun zu berechnenden Uhrzeit ist folgende: WOZ (Die soeben gemessene wahre Ortzeit, Sonnenzeit) + h:min aus der Tabelle, ergibt die Uhrzeit MEZ (Mitteleuropäische Zeit, Winterzeit). Im Falle der Sommerzeit wird hinterher noch eine Stunde hinzuaddiert.
In dieser Tabelle wurden folgende Dinge berücksichtigt:
- Die Zeitzonen, also der Längengrad, auf dem man sich innerhalb der Zeitzone befindet. Eine Zeitzone ist theoretisch 15° breit da die Sonne in einer Stunde 15° zurücklegt. Hier wird berücksichtigt, wie groß die Zeitdifferenz zwischen unserem Standort und dem Bezugstpunkt der Zeitzone ist.
- Zeitgleichung. Die Zeitgleichung berücksichtigt, dass die Erdachse geneigt ist und die Erde sich auf einer elliptischen Bahn um die Sonne bewegt.
ASTRONOMISCHE VORHERSAGEN
Mit astronomischen Vorhersagen gemeint sind Auf – und Untergangszeiten der Sonne sowie einiger heller Sterne.
Schritt 1: Mit dem ersten Schritt beginnt man auf der Rückseite des Astrolabiums. Dort wird, wie im 2. Schritt des vorherigen Kapitels, die Position der Sonne auf der Ekliptik bestimmt. Dazu stellt man das aktuelle Datum ein und liest den Tag im Tierkreis ab.
Schritt 2: Nun wird mit dem Zeiger auf der Vorderseite, das in Schritt 1 ermittelte Datum auf der Rete eingestellt.
Schritt 3: Um nun auf die Sonnenaufgangszeit zu kommen, muss man den Schnittpunkt des Zeigers und der Rete auf den 0° -Kreis einstellen. Da die Sonne im Osten aufgeht, stellt man es auf der Ostseite des Astrolabiums ein. Bei der Sonnenuntergangszeit, nutzt man die Westseite.
HÖHEN MESSEN
Mit dem Astrolabium kann man nicht nur Uhrzeiten bestimmen, sondern auch Höhen von Gebäuden und ähnlichem.
Dazu stellt man die Alhidade auf der Rückseite des Astrolabiums auf 45° ein und stellt sich so hin, dass man in dieser Einstellung die obere Kante beispielsweise eines Gebäudes anpeilt. So entsteht ein virtuelles Dreieck (siehe folgende Abbildung). Aufgrund der Einstellung auf dem Astrolabium, beträgt der Winkel α nun 45°. Der Winkel ß ist automatisch rechtwinklig. Das bedeutet, dass der Winkel γ, genau wie der Winkel α, 45° betragen muss. Es ist ein gleichschenkliges Dreieck. Das heißt, die Seite c (der Abstand zum Gebäude) entspricht der Seite a.
Man misst nun den Abstand zum Gebäude und hat damit automatisch auch die Höhe der Seite a bestimmt. Nun muss man nur noch die Höhe, in der man das Astrolabium gehalten hat dazu addieren. Dies entspricht normalerweise etwa der Körperhöhe, vorausgesetzt man steht aufrecht und hält das Astrolabium auf Augenhöhe. Die Formel für das Messen der Höhe ist also folgende:
c (Abstand zum Gebäude) + k (Körperhöhe) = h (Höhe des Gebäudes).
Wenn man aber nicht die Möglichkeit hat von der Stelle aus zu peilen, von der man mit der 45° Einstellung peilen muss, gibt es noch eine andere Möglichkeit. In unserem Beispiel, liegt der Ort, von dem gepeilt werden müsste in einem See und man kann nicht an diese Stelle gelangen. Also stellt man sich etwas näher heran und peilt von dort aus. Nun kommt das Schattenquadrat auf der Rückseite des Astrolabiums zum Einsatz. (zweite der folgenden Abbildungen)
Nachdem man die oberste Kante des Gebäudes angepeilt hat, liest man auf dem Schattenquadrat ab.
In unserem Beispiel steht die Alhidade auf der sechsten Markierung. Insgesamt gibt es zwölf Markierungen. Wie in der Abbildung gezeigt, rechnet man also 6 durch 12, weil die Alhidade auf der sechsten von zwölf Markierungen steht. Danach bildet man den Kehrwert (sechs zwölftel wird zu zwölf sechstel = 2). Nun misst man den Abstand zum Gebäude, nimmt ihn mal die eben ermittelte Zahl (2), plus die Körperhöhe und erhält die Höhe des Gebäudes.
Aber warum? Hier die Erklärung:
