Sonnenstand

Sonnenstand im Horizontsystem und Höhe

Angegeben wird der Sonnenstand durch Koordinaten im Horizontsystem, der Höhe h und dem Azimut A – das ist in der Astronomie der Winkel zwischen der vertikalen Ebene, auf der sich ein Himmelskörper befindet, und der vertikalen Ebene des Nordpols.

Beide werden in Grad angegeben und beziehen sich auf die sogenannte Horizontebene – ein gedachter Horizont an einem Ort, den man sehen würde, wenn keinerlei Hindernisse wie Berge, Häuser oder Bäume im Weg wären.

Die Höhe h ist im Horizontsystem abhängig vom Ort des oder der Beobachtenden und wird von der Horizontebene aus gemessen. Der Punkt genau über der beobachtenden Person wäre damit die Höhe h=90° – man nennt diese Höhe von 90° auch Zenit.

Der Azimut A wiederum ist anhängig von den Himmelsrichtungen und wird meist von Norden N=0° aus gemessen. Osten entspricht damit also einem Azimut von A=90°, im Süden ist A=180° und im Westen liegt der Azimut bei A=270°.

Verlauf der Sonne

Der Verlauf der Sonne verändert sich innerhalb eines Tages durch die Erdrotation – also die Drehung der Erde um sich selbst. Durch die Neigung der Erde und die Umlaufbahn der Erde um die Sonne verändert sich der Sonnenstand zudem innerhalb eines Jahres.

Die Sonne steht also nicht immer am selben Punkt am Himmel, sondern verläuft je nach Tages- und Jahreszeit unterschiedlich.

Sonnenstand – Tagesverlauf

Im Tagesverlauf der Sonne unterscheidet man vor allem zwischen einem tiefen und hohen Sonnenstand. Morgens und abends steht die Sonne tief, also nicht weit über dem Horizont. Mittags steht die Sonne hoch, also sehr weit über dem Horizont. Den höchsten Stand der Sonne an einem Tag bezeichnet man auch als echten Mittag.

Sonnenstand – Himmelsrichtung

Im Zusammenhang mit dem Sonnenstand und der Himmelsrichtung hast Du vielleicht schon einmal von diesem Merksatz hier gehört:

Dieser Satz beschreibt den Tagesverlauf der Sonne auf der Nordhalbkugel. Sonnenaufgang ist immer im Osten, Sonnenuntergang im Westen. Das ist auch auf der Südhalbkugel der Erde so.

Nur beim Höchststand der Sonne, also beim echten Mittag, gibt es einen Unterschied zwischen der Nord- und der Südhalbkugel. Denn während auf der Nordhalbkugel die Sonne mittags im Süden steht, steht sie auf der Südhalbkugel mittags im Norden.

Das liegt daran, dass die Sonne immer etwa über dem Äquator steht und so von der Südhalbkugel aus gesehen nördlich steht, von der Nordhalbkugel aus gesehen aber südlich.

Sonnenstand – Jahresverlauf und Winkel

Innerhalb eines Jahres kann man besonders eine Veränderung klar beobachten. Der Einfallswinkel der Sonne verändert sich merkbar.

Im Horizontsystem entspricht der Einfallswinkel der Höhe h.

Dieser verändert sich maßgeblich durch die Neigung der Erde um etwa 23,5°. Da die Erde zur Sonne geneigt ist, ist eine Halbkugel näher an der Sonne als die andere. Dort ist der Einfallswinkel der Sonne dann steiler, während auf der abgeneigten Halbkugel der Einfallswinkel sehr flach ist.

Wandert die Erde nun im Laufe des Jahres in ihrer Umlaufbahn um die Sonne, ist auf der genau gegenüberliegenden Seite die andere Halbkugel der Sonne zugeneigt.

Genau zwischen diesen zwei Positionen ist keine der beiden Hemisphären der Sonne zugeneigt und der Einfallswinkel ist auf Nord- und Südhalbkugel gleich.

Zenitstand der Sonne

Der Zenitstand der Sonne beschreibt einen senkrechten Sonnenstand im Winkel von 90°. Ist also der Einfallswinkel auf beiden Halbkugeln gleich, steht die Sonne in diesem Moment senkrecht auf dem Äquator der Erde – die gedachte Linie, die Nord- und Südhalbkugel voneinander abgrenzt.

Ebenfalls durch die Neigung der Erde und ihre Bewegung in der Umlaufbahn um die Sonne wandert dieser Zenit innerhalb eines Jahres auf der Erde zwischen den Breitengraden 23,5°S und 23,5°N. Man nennt diese Breitengrade auch Wendekreise.

Am 21. Dezember – der Wintersonnenwende – steht die Sonne am südlichen Wendekreis im Zenit, der Einfallswinkel ist also auf der Südhalbkugel steiler. Bei der Sommersonnenwende am 21. Juni steht sie wiederum am nördlichen Wendekreis im Zenit, was einen steilen Einfallswinkel auf der Nordhalbkugel bedingt.

Am Äquator steht die Sonne zweimal jährlich im Zenit – am 21. März und 23. September. Dann ist der Einfallswinkel der Sonne auf beiden Halbkugeln gleich.

Sonnenstand – Jahreszeiten

Die Veränderung des Einfallswinkels der Sonne bedingt zudem die thermischen Jahreszeiten.

Durch einen flachen Einfallswinkel wird es auf der Erdoberfläche kühler, da sich dann die Strahlung der Sonne auf eine größere Fläche verteilt. Es entsteht weniger Wärmestrahlung als bei gleicher Sonnenstrahlung, die auf eine kleinere Fläche trifft.

Bei einem steileren Einfallswinkel trifft die Sonnenstrahlung auf eine kleinere Fläche, wodurch es dort also wärmer wird.

Trifft die Sonnenstrahlung also im flachen Winkel auf die Erde, ist es kühler – auf der Erde herrscht dann Winter.

Ist der Einfallswinkel steiler, wird es warm – dann ist Sommer auf der Erde.

Da sich der Einfallswinkel der Sonne auf den beiden Halbkugeln meist unterscheidet, sind die Jahreszeiten der beiden Hemisphären genau „verkehrt herum“.

Steht am 21. Dezember die Sonne am südlichen Wendekreis im Zenit ist auf der Südhalbkugel der Einfallswinkel steiler und es herrscht Sommer. Auf der Nordhalbkugel ist dann durch den flachen Einfallswinkel Winter.

Am 21. Juni ist es genau andersherum – auf der Nordhalbkugel herrscht Sommer, auf der Südhalbkugel Winter.

Sonnenstand – Deutschland

Deutschland liegt auf der Nordhalbkugel der Erde und befindet sich zwischen 47°N und 55°N. Es liegt also außerhalb der Wendekreise, weshalb der Einfallswinkel der Sonne immer unter 90° liegt.

Einfallswinkel Sonne – Deutschland

Um den Einfallswinkel der Sonne in Deutschland durchschnittlich zu beschreiben, richtet man sich meist nach dem 51. Breitengrad, an dem sich etwa die Mitte Deutschlands befindet.

An der Sommersonnenwende am 21. Juni liegt der Einfallswinkel mittags dort bei 62,5°. Am Tag der Wintersonnenwende, dem 21. Dezember, beträgt der Einfallswinkel der Sonne dort mittags 15,5°. Innerhalb eines Jahres bewegt sich der Sonnenstand in Deutschland also immer etwa zwischen diesen beiden Winkeln.²