Himmelskoordinatensysteme

Jason Harris

Eine Grundvoraussetzung für das Studium des Himmels ist, festzulegen, wo die Dinge im Himmel sich befinden. Um Himmelspositionen festzulegen, haben Astronomen verschiedene Koordinatensysteme entwickelt. Jedes benutzt ein Koordinatengitter, das auf die Himmelssphäre projiziert ist, in Anlehnung an das geografische Koordinatensystem, das auf der Erdoberfläche benutzt wird. Die Koordinatensysteme unterscheiden sich nur in der Wahl ihrer Bezugsfläche, die den Himmel in zwei gleiche Halbkugeln entlang eines Großkreises unterteilt. (Die Bezugsfläche des geografischen Koordinatensystems der Erde ist der Äquator). Jedes Koordinatensystem ist nach der ausgewählten Bezugsfläche benannt.

Das äquatoriale Koordinatensystem

Das äquatoriale Koordinatensystem ist vielleicht das am weitesten benutzte Himmelskoordinatensystem. Es ist auch am meisten mit dem geografischen Koordinatensystem verwandt, da sie beide dieselbe Bezugsfläche und dieselben Pole benutzen. Die Projektion des Erdäquators auf die Himmelssphäre wird Himmelsäquator genannt. Genauso werden die Projektionen der Pole auf die Himmelssphäre Himmelspole genannt.

Jedoch gibt es einen wichtigen Unterschied zwischen dem äquatorialen und geografischen Koordinatensystem: Das geografische System ist in Bezug auf die Erde fest, es rotiert mit der Erde. Das äquatoriale System ist in Bezug auf die Sterne fest[1], also scheint es mit den Sternen am Himmel zu rotieren, jedoch dreht sich die Erde nur unter dem stillstehenden Himmel.

Der Breitenwinkel des äquatorialen Systems wird Deklination genannt (kurz Dekl). Er misst den Winkel eines Objektes zum Himmelsäquator. Der Längenwinkel wird Rektaszension genannt (kurz Rekt). Er misst den Winkel eines Objektes östlich der Herbst-Tagundnachtgleiche. Im Gegensatz zur Länge wird die Rektaszension normalerweise in Stunden anstelle von Grad gemessen, da die scheinbare Rotation des äquatorialen Koordinatensystems sehr nah mit der Sternenzeit und dem Stundenwinkel verwandt ist. Da eine volle Umdrehung des Himmels 24 Stunden dauert, entspricht (360 Grad / 24 Stunden = ) 15 Grad einer Stunde der Rektaszension.

Die äquatorialen Koordinaten Deep-Sky-Objekten und Sternen ändern sich in kurzen Zeiträumen nur kaum merklich, da sie nicht von der täglichen Bewegung betroffen sind. Dies ist die scheinbare Drehung des Himmels um die Erde. Beachten Sie, dass diese Drehung einen Siderischen Tag, im Gegensatz zu einem Sonnentag, dauert. Äquatoriale Koordinaten sind für die Aufstellung von Katalogen für Deep-Sky-Objekte und Sterne gut geeignet. Auch Galaktische Koordinaten sind brauchbar, können von einem Standpunkt auf der Erde nur umständlich verwendet werden. Es gibt jedoch Effekte, die im Lauf der Zeit zu einer Änderung der Rektaszension und Deklination von Objekten führen, wie zum Beispiel Präzession, Nutation und Eigenbewegung. Die Eigenbewegung hat jedoch nur einen geringen Einfluß. Äquatoriale Koordinaten werden daher im allgemeinen zur mit einer passenden Epoche angegeben, um die Genauigkeit zu verbessern. Die Epochen J2000.0 (Julianische Jahr 2000) und B1950.0 (Bessel-Jahr 1950) werden häufig verwendet.

Das horizontale Koordinatensystem

Das horizontale Koordinatensystem benutzt den lokalen Horizont des Beobachters als Bezugsfläche. Das teilt den Himmel bequemer weise in die obere Halbkugel, die man sehen kann, und in die untere Halbkugel, die man nicht sehen kann (weil die Erde im Weg ist). Der Pol der oberen Halbkugel wird Zenit genannt. Der Pol der unteren Halbkugel wird Fußpunkt genannt. Der Winkel eines Objektes über oder unter dem Horizont wird als Höhe bezeichnet. Der Winkel eines Objektes entlang des Horizonts (gemessen vom Nordpunkt in östlicher Richtung) wird Azimut genannt. Das horizontale Koordinatensystem wird manchmal auch Höhe/Azimut-Koordinatensystem genannt.

Das horizontale Koordinatensystem ist in Bezug auf die Erde fest, nicht in Bezug auf die Sterne. Deswegen ändern sich die Höhe und der Azimut eines Objektes mit der Zeit, da das Objekt sich zu bewegen scheint. Da das horizontale System zudem noch mittels unserem lokalen Horizont definiert ist, hat dasselbe Objekt von verschiedenen Orten auf der Erde gesehen verschiedene Werte für Höhe und Azimut.

Horizontale Koordinaten sind sehr nützlich, wenn man die Auf- und Untergangszeiten von Objekten im Himmel bestimmten möchte. Wenn ein Objekt eine Höhe von 0 Grad hat, geht es entweder auf (wenn seine Azimut < 180 Grad ist) oder unter (wenn sein Azimut > 180 Grad ist).

Das ekliptische Koordinatensystem

Das ekliptische Koordinatensystem benutzt die Ekliptik als Bezugsfläche. Die Ekliptik ist die Strecke, die die Sonne im Laufe eines Jahres am Himmel zu benutzen scheint. Sie ist auch die Projektion der Kreisfläche der Erde auf die Himmelssphäre. Der Breitenwinkel wird ekliptische Breite genannt und der Längenwinkel heißt ekliptische Länge. Wie bei der Rektaszension im äquatorialen System ist der Nullpunkt der ekliptischen Länge die Herbst-Tagundnachtgleiche.

Wofür ist Ihrer Meinung nach ein solches Koordinatensystem geeignet? Wenn Sie an die Kartografierung von Objekten im Sonnensystem denken, liegen Sie richtig! Alle Planeten (außer dem Pluto) umlaufen die Sonne ungefähr auf derselben Ebene, also erscheinen sie alle irgendwo in der Nähe der Ekliptik (d. h. sie haben immer kleine ekliptische Breiten).

Das galaktische Koordinatensystem

Das galaktische Koordinatensystem benutzt die Milchstraße als Bezugsfläche. Der Breitenwinkel wird galaktische Breite genannt, und der Längenwinkel heißt galaktische Länge. Das Koordinatensystem ist nützlich, wenn Sie die Galaxis selbst studieren wollen. Wenn Sie zum Beispiel wissen wollen, wie sich die Dichte von Sternen in Bezug auf die galaktische Breite als Funktion ändert oder wie sehr die Scheibe der Milchstraße abgeflacht ist.



[1] Tatsächlich sind die äquatorialen Koordinaten nicht richtig in Bezug auf die Sterne fixiert. Siehe auch Kreiselbewegung. Wenn der Stundenwinkel anstatt der Rektaszension benutzt wird, ist das äquatoriale System fest in Bezug auf die Erde und nicht auf die Sterne.