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Zeit und Zeitmessung in der AstronomieDr. B. Pfeiffer

Astronomische Arbeitsgemeinschaft Mainz, Astronomische Gesellschaft

Volkshochschule Mainz: Besondere astronomische ThemenVHS-Sternwarte im Turm der Anne-Frank-Schule 16.05.2006 19:30

• Was ist Zeit?• Zyklische Abläufe als Basis für Zeitmessung:

Tag/Nacht, Mondphasen, Jahreszeiten, Planeten• Gnomon als astronomisches Instrument und

Anwendung als Sonnenuhr• Nächtliche Gebetszeiten als Antrieb für

die Entwicklung von Uhren• Herausforderungen der Navigation:

Bestimmung von Längengraden• Abkehr von astronomisch abgeleitetem Zeitnormal

Verlangsamung der Erdrotation• Entwicklung von Chronometern:

Von den Wasseruhren zur Atomuhr• Anwendungen der Atomuhren in der Astronomie

Das Sonnensystem war lange die Grund-lage für Kalender und Tageszeit. Es wurde als perfektes Uhrwerk betrachtet, das man in mechanischen Modellen wieden Orrerys veranschaulichte.Gilkerson and Co., c. 1810, (noch ohne Saturn) , Armagh Observatory

Handkurbel

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Präzisions-Pendeluhr, 1905

Typ A1 von Sigmund Riefler

Vorbemerkung

Einfache antike Wasseruhr(Klepsydra)

Unsere alltägliche Vorstellung vom „Wesen der Zeit“ist geprägt durch die Instrumente, mit denen wir Die Zeit messen. Wir sprechen vom „Fließender Zeit“ und assoziieren damit eine Sanduhr (in derAntike Klepsydren). Das Tick-Tack der mechanischenUhren (seit dem Mittelalter) führt uns dazu, die Fragenach einer Maßeinheit der Zeit zu stellen.

Trotz aller Fortschritte der modernen Naturwissen-schaften verbleibt die „Zeit“ weiterhin ein großesRätsel. Daran hat sich seit den Zeiten Zenons vonElea (490 – 430 v.Chr.) und seinen Paradoxien vonRaum und Zeit nichts geändert. Ganz im Gegenteil,sie werden wieder aktuell in der Quantenphysik.

Für das heutige Thema können wir die meisten Probleme mit der „Zeit“ vergessen. Es genügt an-zunehmen, dass die Zeit (wie in der Vorstellung Isaac Newtons) kontinuierlich mit unveränderter Rate abläuft. In der (klassischen) Himmelsmechanik ist die Zeit ein Parameter, der das Fort-schreiten der Bewegungen der Himmelskörper beschreibt. Vor der Einführung der „Atomzeit“ war Zeit über eine Beschreibung der Bewegung der Planeten im Sonnensystem definiert (quasi wie schnell man die Kurbel des Orrerys der Titelfolie dreht): „Ephemeridenzeit“.Die Relativitätstheorie spielt i.A. keine Rolle, doch wäre z.B. das GPS ohne sie nicht möglich.

Was ist also die Zeit? Wenn mich niemand darnach fragt, weiß ich es, wenn ich es aber einem, der mich fragt, erklären sollte, weiß ich es nicht;

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St. Augustin, Confessiones, XI:14

Die zirkadianen Rhythmen der “Inneren Uhr” würden den Rahmen des Vortrags sprengen.

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Auf diesem Knochenfragment sind Tage,Sonnenwenden und Jahre verzeichnet.

ORION in der Steinzeit? Die Marken aufder Rückseite entsprechen der Sichtbar-keitsdauer. Schwäbische Alb

Mondphasen in der HöhleCanchal Mahona, Spanien

Kalender schon in der Steinzeit?Gerade die völlig den Launen des Wetters ausgesetztenMenschen der Steinzeit waren für den Überlebenskampfauf kalendarische Kenntnisse angewiesen. Ob jedoch 21 parallele Ritzungen in einem Elefanten-knochen einen (Mond-)Kalender unseres entfernten Verwandten Homo Erectus darstellen? Schon Homo

Erectus vor370000 Jahrenin Thüringen ?

Was die Marken auf der Rückseite eines sehr alten Knochens aus einer Höhle der Schwäbischen Alb bedeuten, wird vielleichtauch nie zu klären sein.An den Wänden mehrerer Höhlen fandensich jedoch eindeutig zu interpretierende Darstellungen eines ganzen Zyklus der Mondphasen. Auch sind eine Reihe von Knochenfragmentenüberliefert, auf denen unsere Vorfahren Strichlisten führten, die man allgemein für kalendarische Aufzeichnungen hält. Solche Zählstäbe werden noch heute von Schamanenverwandt.

Ob die Menschen damals schon Kenntnisse über noch längere Zyklen wiedie alle 20 Jahre auftretenden Konjunktionen von Jupiter und Saturn, über Mond-Sonne Beziehungen wie dem Metonischen Zyklus oder sogar dem Saros-Zyklus der Finsternisse oder gar der Präzession hatten, muss vorerst Spekulation bleiben.

Es ist nicht verwunderlich, dass die Menschen seit jeher in den Himmel schautenum Tageszeit und Datum zu bestimmen.

4El Caracol in Chichén Itzá „Bighorn Medicine Wheel“

Archaeoastronomie

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Stonehenge

Newgrange

„Sun Dagger“

Fajada Butte, Arizona

Obwohl es unbestreitbar ist, dass alle Völker den Himmel beobach-teten, auch um kalendarische Fixpunkte zu bestimmen, muss man doch viele Berichte über bewusste astronomische Ausrichtungen vonBauwerken mit Vorsicht betrachten. Gerade sehr engagierte Amateure(doch nicht nur sie) haben fast in alle Strukturen astronomische Ab-sichten hineingezwungen, wodurch sie diesen Teil der Astronomiein Verruf brachten.

Goseck, ca. 4900 v. Chr.

Nebra, ca. 1600 v. Chr.

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KalendersterneDekan-Gestirne

36 Dekan-Gestirne zur Zeitmessung

Sowohl die babylonischen als auch die ägyptischen Priesterbenutzten je 36 mehr oder weniger gleichmässig über die Ekliptikverteilten Sterne oder Sterngruppen für Zeitbestimmungen. Dadamit 10° Abschnitte entstehen, heissen sie Dekan-Sterne.Obwohl man sehr viele ägyptische Darstellungen insbesonderein Deckeln von Sarkophagen fand, umgeben die Dekan-Gestirnenoch viele Geheimnisse.

Nicht nur, dass man keine allgemein anerkannte Zuordnung derägyptischen Namen zu unseren Sternen hat, streiten sichdie Gelehrten sogar über die Anwendung:

• Bestimmten die “Stunden-Priester” die Nachtstunden? Alle40 Minuten muss einer aufgehen. Aus dem Neuen Reich sind“Diagonaltafeln” mit Dekangestirnen überliefert, mit denen mandie Nacht in 12 Stunden aufteilte.

• Oder zeigte der heliakalische Aufgang den Beginn einer der 3610-Tage-Wochen an?

Einer der Dekan-Sterne war wohl Sirius, dessen heliakalischerAufgang um den 20. Juli (im alten Ägypten) die Nilflut ankündigte.

Die Kalendersterne wandelten sich schon früh zuSchicksalsgöttern, die die jeweilige “Woche” beherrschten.

Dieser Gedanke lebt in der Astrologie fort.

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Anaximander von Milet (610 – 546 v. Chr.)Mosaik aus Trier

Der Gnomon als frühes (erstes?) astronomisches Instrument

Der Gnomon (Schattenstab, -zeiger) ist unsheute als Sonnenuhr bekannt. Es ist zwarüberliefert, dass man in der Antike Verab-redungen traf gemäß der Länge des Schat-tens in Füßen, den man selbst warf. Doch scheint es keine öffentlichen monumentalen Sonnenuhren wie später in Rom gegebenzu haben.

Der Gnomon war vielmehr für lange Zeit das wichtigste astro-nomische Messgerät. Die Vorsokratiker (oft aus Ionien in Kleinasien) hatten das Gnomon aus Babylon übernommen. Anaximander von Milet bestimmte damit die Sonnenwenden,d.h. er vermass die Sonnenbahn. [Mittagsschatten zur Som-mer- (R), Wintersonnenwende (T) und den Tag- und Nacht-gleichen (C)]Die Astronomen zeichneten nur die Schattenlänge zur Mittags-zeit auf, es war also sicher keine Sonnenuhr.

Auch die Messung des Erdumfangs durch Erathostenes wareine Anwendung des Gnomons.

Im folgenden werde ich die Anwendungen des Gnomons detaillierter aus chinesischen Quellen beschreiben, zum einen gibt es noch originale Aufzeichnungen und zum anderen existieren noch einige Observatorien.

Literatur zu den frühen griechischen Arbeiten mit dem Gnomon:Arpad Szabó: “Das geozentrische Weltbild”; dtv wissenschaft, 1992

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Eine der Anregungen zu diesem Vortrag

Bei einem US-Aufenthalt erstand ich das Buch von Menzies, indem er behauptet, chinesische Flottenhätten 1421 fast die gesamten Weltmeere befahren und vermessen. Er stützt seine Thesen wesentlich auf frühe europäischeKarten um 1500, auf denen nicht nur damals noch nichtentdeckte Länder auftauchen, sondern vor allem auf die

genauen geografischen Längenangaben, die Europäer erst sehr viel später bestimmen konnten.Er nimmt an, dass der Venezianer Niccolò da Conti (1395-1469), der u.a. mit den Chinesen in Nordaustralienwar, die chinesischen Karten nach Europa brachte.

Letztes Jahr hatte ich über astronomische Längenbestimmungen vorgetragen:Über Größen und Entfernungen

URL: http://www.staff.uni-mainz.de/bpfeiffe/vhs05-ld-w.pdf

Es lag daher eigentlich nahe, über Zeit zu sprechen.Jedoch ist die Zeit für Physiker ein vertracktes Problem.

Menzies nimmt an, dass die chinesischen Seefahrer Mondfinsternissezur Bestimmung der geografischen Länge verwandten und berichtetüber die in Europa wenig bekannte chinesische Astronomie.

Das regte mich zu weiteren Nachforschungen an.

Chinesischer Blockdruck frühes 17. Jahrhundert

Le voyage aux Indes de Nicolò de Conti (1414-1439)

Contis Bericht deckt sich mit den Reisebeschreibungen von Ma Huan und Fei Hsin.

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Fürst Zhou Gong Schrein

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Shigui Karte von Zhang Yiching (Tang Dyn. 723 AD)Zentrum der Welt nach „Zhou Li“ (Riten der Zhou)

Fürst Zhou Gong von der Westlichen Zhou Dynastie (c. 1100 – 771v.Chr.) soll hier einen „Ceyingtai“(Schattenmesser) aufgestellt haben. Auf den Gnomon von c. 700 AD und das große Observatorium aus der frühen (mongolischen) Yuan Dynastie 1276 AD werde ich im folgenden genauer eingehen.

Im weiteren Stadtgebiet von Zhengzhou, der Kapitale der Henan-Provinz, findet man in GaoCheng noch Relikte chinesischer Observatorien, die in der Zeit von ca. 1060 v.Chr. bis1276 AD erbaut wurden.

Gnomon von ca. 700 AD undObservatorium von 1276 AD

Das Shaolin-Kloster der Kungfu-Mönche liegt auch in der Gegend.

Uralte Traditionen

In Henan wirkte zur Zeit der Östlichen Han-Dynastie der kaiserliche ChefastrologeZhang Heng (78-139 AD). 123 AD reformierte er den Kalender. Er konstruierte dieerste äquatoriale Armillarsphäre in China. Sein Seismograph (Didong Yi) blieb dereinzige weltweit für mehr als anderthalb Jahrtausende.

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Anwendungen des Gnomons: Der chinesische KalenderAlle chinesischen Herrscher, die sich „Söhne des Himmels“ nannten, legten großen Wert auf Astronomie.Ein wesentlicher Punkt war ein möglichst präziser Kalender. Seit den frühesten Zeiten verwandte maneinen Lunisolarkalender. Die Fortschritte der chinesischen Astronomen durch die Jahrhunderte spiegelnsich in den offiziellen Kalendern, jedoch oft mit erheblichen Verzögerungen durch die Mandarine.

Und mindestens seit der Shang-Dynastie (1523 – 1027 v.Chr.) war der Gnomon das astronomischeInstrument zur Beobachtung der Sonnenbahn.

Bis ins 1. Jahrhundert AD gingen die Astronomen von zeitlich gleichförmigen Bewegungen des Mondes und der Sonne aus. [Entsprechend den Kreisbahnen der griechischen Astronomen.]• Jia Kui entdeckte im 1. Jahrhundert die ungleichförmige Bewegung des Mondes (der auf einer Ellipse

und nicht auf einem Kreis die Erde umläuft). Im 6. Jahrhundert bemerkte dann Zhang Zixin den Effektauch bei dem Umlauf der Sonne.

• Unter Leitung des Astronomen Yi Xing (683 – 727 AD) wurde dieses Phänomen dann mit einem ganzChina umfassenden Netz von genormten astronomischen Observatorien (Gnomonen) gründlichuntersucht. [„Zeitgleichung“, siehe Sonnenuhren]

• Parallel zur Kalenderreform wurde noch ein Vorschlag Liu Zhuos aus dem Jahr 604 AD aufgegriffen,der Größe und Form der Erde durch eine astronomisch-geodätische Meridianmessung ermitteln wollte.

• Das Streben nach immer präziseren Daten führte dann unter den Mongolen zur Errichtung von „High-Tech“Observatorien, deren Daten berechnete langfristige Änderungen der Erdbahn bestätigen.

Der Effekt der Präzession der Äquinoktien wird in China zuerst von Yu Xi im 4. Jahrhundert lange nach Hipparchus beschrieben. Zu Chongzhi (429 – 500 AD) ermittelte eine Rate von 1º in 45 Jahrenund 11 Monaten. Erst im Shou Shi Kalender von Guo Shoujing 1281 findet sich ein Wert von 1º in 66Jahren und 8 Monaten, der recht nahe am heutigen Wert liegt. Dieser Wert wurde auch von arabischenAstronomen/Astrologen verwandt und entspricht der Präzession eines Tierkreiszeichens in 2000 Jahren.

Beruht er auf Messungen oder Astrologie?

Auf der Marke ist die Bestimmung von π zu 3,14159265 durch Zu Chongzhi erwähnt.

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“8 Chi”-Standardgnomon (1.98 m)

Der Da Yan Kalender von 729 ADVon 721 bis 725 AD wurden etwa 20 Observatorien errichtet und die Schatten-längen zu den Sonnenwenden simultan vermessen. Die Abhängigkeit von Jah-reszeit und geographischer Breite diente der Verbesserung des Kalenders. Die 10 Gnomone entlang des 114. Längengrades vom Baikalsee bis nach Huein Vietnam (ca. 52. bis 17. Breitengrad) sollten die Erde vermessen. Bedingt durch die Schwierigkeit, den Kernschatten zu erkennen, bestimmte man denMeridiangrad zu 131,29 km statt des modernen Wertes von 111,12 km.

Die Umrechnung der alten chinesischen Maßeinheiten ist jedoch auch unsicher!

(später eingeführt um Halbschattenauszublenden)

Die Abplattung der Erde wurde um 1740 durch Gradmessungen in Peru bestätigt.Das Meter beruht auf Messung des Meridians von Dünkirchen über Paris nachBarcelona 1792/8 von Delambre und Méchain.

11Man liest oft, dass das “Escapement” (Hemmung) erst viel später in Europa erfunden wurde. B.P. 2006

Su Songs WasserturmDie chinesischen Observatorien waren mit Wasseruhren ausge-stattet, wohl meist bescheidenere Ausführungen. Sie wurden täglich astronomisch rekalibriert.Das Uhrwerk trieb einen Himmelsglobus im 2. Stock an. Im 3. Stockbefand sich eine Armillarsphäre.Man nimmt an, dass die Uhr pro Tag weniger als 100 SekundenAbweichung hatte.

Sie war nur 39 Jahre in Betrieb und wurde von der Jin-Armee ins heutige Beijing verschleppt. Es gelang nicht, sie wieder zusammen zu bauen.

Su Song ; “Xin Yi Xiang Fa Yao”("New Design for an Armillary Sphereand Celestial Globe")

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Ancient star observatory at Gao Cheng (Dengfeng city)

Der Shou Shi Kalender 1281

Guo Shoujing(1231-1314)

Kaiser Shizu (frühe Yuan Dynastie) ließ 27„High-Tech“-Observatorien für eine Kalender-reform erbauen. Zur Ausstattung gehörteneine Wasseruhr, Armillarsphären und Spezial-instrumente zur Beobachtung von Meridian-durchgängen heller Sterne.

Die Messungen wurden von Guo Shoujing (1231-1314) und Wang Xun (1235-1281) koordiniert und ausgewertet. Dieaußerordentliche Präzision der Daten lässt sich an zwei Wertenablesen: • Lunation: 29,530591 Tage (besser als eine Sekunde)• Jahreslänge: 365 d 5 h 49 min 20 sec

(Trop. Jahr 2000 35 Sek. kürzer; 1281?)

Laplace verglich die Werte mit seinen Berechnungen: “The observations made from 1277 to 1280 are valuableon account of their great precision and prove incontestably the diminution of the obliquity of the ecliptic and the eccentricity of the earth’s orbit between thenand now.”J. Needham: “Science and Civilisation in China”Cambridge UP, vol. 3, p. 398 (1954)

Diese Änderungen der Bahnparameter der Erde sind nachMilutin Milankoviç für die Eiszeiten verantwortlich. NäheresVortrag “Kann uns der Himmel auf den Kopf fallen?”am Dienstag, den 4.7.2006

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Anwendung auf präzise SonnenuhrenTemporal- und Äquinoktialstunden

Analemma

Die Erde bewegt sich auf einer Ellipse um die Sonne, nicht auf einer Kreisbahn. Nach Keplers 2. Gesetz bewegtsich die Erde mit wechselnden Winkelgeschwindigkeiten.Bei der (nun historischen) Ableitung der Zeiteinheit Sekundeals 86400. Teil eines Tages hat man deshalb einen mittlerenSonnentag (des tropischen Jahres 1900) eingeführt.Der Zeitpunkt des Meridiandurchganges der Sonne (12:00Mittag in Ortszeit†) oszilliert um den Zeitpunkt, den unsere Uhren anzeigen: Zeitgleichung.

2. Keplersches GesetzFlächensatz

Von der Antike bis zur Neuzeit verwandten Astronomen eine von der Zivilgesellschaft abweichende Definition der Stunde: Die Astronomen teilten einen Tag in 24 gleichlangeÄquinoktial-Stunden, während „im täglichen Leben“ Tag und Nacht in jeweils 12 Stunden täglich wechselnder Länge geteilt wurden: Temporalstunden.

Eine anspruchsvolle Art, die kombinierten Einflüsse von Schiefe der Ekliptik und KeplersFlächensatz auf den Sonnenstand darzustellen, ist das Analemma.Dazu macht man ein Foto des Himmels (idealerweise täglich während eines ganzen Jahres)immer zum gleichen Zeitpunkt.

† Gilt nur für Greenwich. Siehe Folie „Zeitzonen“

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The diagram above illustrates the variation of the equation of time due to obliquity (purple) and the variation due to unequal motion (dark blue). The diagram below shows the final equation of time, a combination of the two effects.

Diagrams courtesy of Keith C. Heidorn. B.P. 2006

Zeitgleichung

The analemma of 12:28:16 UT+2over Parthenon, Athens

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09:00 UT+2 15:00 UT+2

Die Umrechnung von temporal auf äquinoktialStunden muss nicht nur zur Mittagszeit, sondernpermanent erfolgen.

Apollo-Tempel Korinth Erechtheion Athen

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Analemma-Uhren

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Durch geschickte Formgebung der Spitze des Schattenwerfers kann man es erreichen, dassdie Sonnenuhr „bürgerliche Zeit“ anzeigt.

Eine solche Analemma-Uhr befindet sich aufdem Platz vor dem Naturhistorischen Museum.

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Römische Taschen-Sonnenuhr (ca. 250 n.Chr.)Nachbau eines Instruments,

das bei Bratislava gefunden wurde

Vor der mechanischen Taschenuhr

Schon in der Antike war die Kenntnis der Tageszeitvon Bedeutung. Neben der erwähnten Methode, dieZeit aus dem eigenen Schatten abzulesen, gab esschon Taschenuhren. Hochentwickelte Modellekonnten auf verschiedene Breitenkreise eingestelltwerden, waren also für Fernreisende geeignet.

http://www.lateinforum.de/rmuhr.htm

Vereinfachte Uhr„Mainzer Modell“

Sonnenuhr am HalsbandPreußen, 18. Jahrhundert

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Was kann man nachts machen?

Sonnenuhren erfordern Sonnenschein (in unserenBreiten oft auch am Tage nicht verfügbar).

Kerzenuhr mit dem Schreibernach al-Gazarî, um 1200 n. Chr.

Neben nichtastronomischen Uhren hat man auchnächtliche Beobachtungen herangezogen:• Man kann auch den Schattenwurf des Mondes

für Zeitbestimmung heranziehen.

• Oder man beobachtet den Lauf der zirkumpolarenSternbilder.

Wasseruhr

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Bestimmung der nächtlichen Gebetsstunden

Moslems und Mönche müssen zu festen Zeiten Gebete verrichten.Insbesondere die Bestimmung zur Nachtzeit stellt ein Problem dar.Wasseruhren waren anfällig, Sanduhren wurden erst sehr spät ent-wickelt. Um das Jahr 1000 verwandten Mönche die Rotation der zirkumpolaren Sterne für die Bestimmung der Zeit, indem sie ein Sehrohr auf den Pol ausrichteten und die Bewegung eines nahen Sternes (Computatrix) verfolgten. Bedingt durch die Präzession lag damals der recht schwache Stern 32 Camelopardalis in Polnähe, während man unseren jetzigen Polstern (αUMi) als Computatrixverwandte.

Gerbert von Aurillac (Silvester II)führte Otto III 997 in Magdeburg ein “oralogium“ vor.Wohl solch ein Gerät und keinemechanische Uhrwie einigeHistorikermeinen.

Im Mittelalter übernahm man in Europadas von arabischen Astronomen weiter-entwickelte Astrolab, mit dem manauch die Uhrzeit bestimmen konnte.

Daraus abgeleitet wurden Geräte, diedie gleiche Funktion wie die Sehrohre erfüllten:Vereinfachte Astrolabien für Einsatzauf Schiffen (links) und spezielleGeräte für die Nacht: Nocturlabien.

Auf Schiffen verwandte man später Viergläser-Sanduhren, die die halbe Stunde anzeigen. Beim Ablauf wurde die Schiffsglocke geschlagen: Ursprung des Begriffs „Glasen“.Diese Uhr zeigt ¼ Stunden an, sie bemaß die Zeit der Predigt.

Schweiz, um 1520

Nocturlabium

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Island 21.12.1000 AD

21:00

23:00

αUMi

Bedingt durch die Luni-Solar-Präzession verschieben sich die Himmelspole. Nicht immer befindet sich ein heller Stern in der Nähe, den man für Zeitbestimmung und Navigation anwenden kann. Um das Jahr 1000 lag der mit 4.8m leuchtschwache Doppelstern 32Cam (SAO2101/2) (im gelben Kreis) relativ dicht am Pol.Die Mönche verwandten αUMi als Computatrix, der uns heute als Polarstern vertraut ist.Gemäß mittelalterlichen Chroniken nutzten die Wikinger 32Cam fürdie Navigation.

Polarstern um 1000 AD

Anmerkung: Die Bezeichnung des rotierenden Sterns als Computatrixerinnert an die mittelalterliche Bedeutung von „Computer”. Es war i.A.ein gebildeter Kleriker, der sich mit dem „Computus Ecclesiasticus“auskannte, d.h. seine Aufgabe bestand darin, das Osterdatum und somitdie beweglichen Kirchenfeste zu berechnen.

“Horologium nocturnum”

Im 9. Jahrhundert verwandte Pacificus von Verona, Leiter des Dom-Scriptoriums, eine vorher unbekannte Sternenuhr, deren Funktion ausDarstellungen des 11. und 12. Jahrhunderts rekonstruiert werdenkonnte. Die Äquinoktialstunden mussten noch auf die Temporalstunden(täglich variierende Aufteilung von Tag und Nacht in jeweils 12 Stunden)umgerechnet werden. Dazu verwandte man Schablonen,

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Semplice strumento derivante dall'astrolabio, chiamato ancheorologio notturno, utilizzato dai navigatori nel medioevo per determinare l'ora durante la notte, con un margine di errore dicirca 15 minuti.Il suo impiego dipende dalla capacità di vedere la Stella Polaree l'Orsa Maggiore; questo perchè le due stelle dell'Orsa mag-giore chiamate i Puntatori ( Dubhe e Merak), sono sempreallineate con la stella Polare, e costituiscono una specie dilancetta di un orologio, che compie un giro completo ogni giorno.

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Für polyglotte Zuhörer die Beschreibung des „Notturlabio“ im Original.

Polaris

DubheMerak

UMa

UMi

22:00

00:00

Notturlabio

Girolamo della Volpaia - 1567Museo della Scienza - FirenzeOrologio notturno e solare

HOROLOGIUM NOCTURNUM

Florenz, 16. Mai 1560

Dubhe: α UMaMerak: β UMaPolaris: α UMi

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Sonnenuhren als Kalender

Auf dem Marsfeld fand man bei Ausgrabungen noch Reste derBodenmarkierungen für die Sonnenuhr des Augustus. Aus derLänge des Schattens um 12:00 (auf dem Meridian) konnte mandas Datum ablesen (entsprechend der Jahreszeit).

Horologium und Mausoleum des Augustus auf dem Marsfeld

Erdbeben „verstellten“ die Uhr jedoch bald nach der Aufstellung.

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Peter Galison

Einsteins Uhren, PoincaresKarten.Die Arbeit an derOrdnung derZeit

Die Einführung der ZeitzonenLange Zeit wurden die Turmuhren, nach denen sich das Leben richtete, nach den Sonnenuhrengestellt, d.h. sie zeigten Lokalzeit an entsprechend der geografischen Länge einer jeden Stadt.Eisenbahnfahrpläne erzwangen überörtliche Koordinierung, die z.B. über Telegrafenleitungenerfolgte.

Viele Patentanträge betrafen Verfahren zurSynchronisation von Uhren. Prof. Galistonvertritt die These, dass der Patentamtsan-gestellte Einstein dadurch zum Befassen mitder Gleichzeitigkeit von Ereignissen undletztlich der Speziellen Relativitätstheorieangeregt wurde.

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3. Ming-Kaiser Zhu Di (Yongle)

Zheng He (1371-1435)Eines von 250 Schatzschiffen

Chinesische Vermessung der Welt 1421-1423?

Bericht über die Reisender SchatzflottenChangle, Fujian 1431

In der frühen Ming-Dynystie betrieb China eineoffensive Außen- und Handelspolitik, die zur Seevon einer gewaltigen Flotte getragen wurde. Die 6.Reise 1421 wurde von 300 chinesischen Schiffenmit 28000 Mann Besatzung durchgeführt. Nach zeitgenössischen mediterranen Händlern und VascoDa Gama passierten 800 Schiffe aus China, Korea, Japan und Malaysia Kalkutta.Die These, die Flotten hätten fast die gesamte Weltvermessen, kann hier nicht diskutiert werden. Der Vorschlag Menzies zur Verwendung von Mondfinster-nissen passt aber gut zu unserem Thema.

Zhu Di, der Erbauer der“Verbotenen Stadt”, hatteInteresse an praktischenastronomischen Fragen.Er setzte eine Kommissionzur Revision der Sternkarten ein und gewann die Mitarbeitvon Korea, Japan und KhanUlugh Bek in Samarkand.

Nach dem Tode Zhu Dis ließen die Mandarinedie Hochseeflotte und alle Akten zerstören und China verschloss sich der Welt.

A giraffe brought from Africain the twelfth year of Yongle

(1414 AD).

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Das Problem der LängengradbestimmungAstronomische gegen mechanische Zeitmessung

H4 von Harrison.

Jakobsstab

Astrolabium

GPS-Empfänger

Kartografen und Seeleute haben das gleiche Problem (bei Seeleutenendet es jedoch oft fatal): Positionsbestimmung.Während heute mit dem GPS-System die Bestimmung der Position undselbst der Höhe über NN (und sogar die Geschwindigkeit) für jeden Benutzer einfach (und erschwinglich) ist, stellten sie für Jahrhundertepraktisch unlösbare Probleme dar.

Die geografische Breite war (wenn auch ungenau)selbst mit einfachsten Instrumenten zu bestimmen.Die geografische Länge dagegen konnte nur grobgeschätzt werden aus der Geschwindigkeit des Schiffes. Sehr viele Schiffe gingen verloren!Die großen Seefahrernationen setzten alles daran,dieses Problem endlich zu lösen. Alle Wissenschaftlerwaren überzeugt, dass mechanische Uhren nie dieerforderte Genauigkeit erreichen würden und suchtennach astronomischen Verfahren. Frankreich und England gründeten königliche Observatorien.Dass dann dem „einfachen“ Uhrmacher Harrison dieLösung gelang, wurde von den Astronomen alsSchmach empfunden und man versuchte alles, um ihmdie Anerkennung zu verweigern.

Anmerkung: Auf der Briefmarke sieht man sehr schön, weshalb Piratenkapitäne in Filmenimmer eine Augenklappe tragen.

Mittagshöhe der Sonne

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Jupitermonde als „universelle“ Uhren

Zur Lösung des Längengradproblems schlug Galilei 1616 Philipp II. von Spanien vor, beobachtete Positionen der Monde des Jupiters mit für einen Referenzort tabellierten Werten zu vergleichen. Mit festem Grund unter den Teleskop- und eigenen Füssen erwies sich der Vorschlag durchaus als praktikabel. Mit diesem Verfahren wurden die ersten korrekten Welt-Karten angefertigt, wie man z.B. an der Karte Frankreichs sehen kann. [Allerdings war Ludwig XIV wenig erfreut über die Tatsache, dass sein Königsreich plötzlich viel kleiner war.]

Allerdings war die Methode von den Plankeneines Schiffes aus praktisch undurchführbar.

"Carte de France: Corrigée par Ordre du Roy sur lesObservations de Mss. de l'Académie des Sciences“(Paris,1693).

Anmerkung:Bei Messungen zur Erstellung dieser Tabellenfiel Ole Roemer in Paris 1676 auf, dass derZeitpunkt des Wiederauftauchens der Mondeaus dem Jupiterschatten von der EntfernungErde-Jupiter abhängt. Er deutete dies mit derEndlichkeit der Lichtgeschwindigkeit und konnteeinen ersten Schätzwert von

c ≈ 250000 km/sermitteln.

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Ci-dessus la représentation graphique utilisée pour les satellites de Jupiter dont le mouvement est très rapide.A gauche, un extrait de la Connaissance des Temps pour 1808. L´interpolation n´est pas facile et la latitude des satellites n´est pas donnée. A droite, le supplément à la Connaissance des Temps pour 2000 : la lecture est plus facile et la latitude est visible sur le tracé du bas de la page.Crédit : IMCCE/Bureau des longitudes

Ephemeriden für die Jupitermonde – einst und jetzt

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John Harrison(1693-1776)

H3 (1740-1759)

Nevil Maskelyne (1732-1811)Fifth Astronomer Royal

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The Longitude Act (1714)

H1 (1735)

Um das Preisgeld von 20000₤ zu erhalten wurdendie abstrusesten Methoden eingereicht. Zum Schlussverblieben die Monddistanzmethode und Chrono-meter.

Tobias Mayer aus Göttingen gelang es zuverlässigeMondpositionen zu berechnen, die dann von Maskelyne publiziert wurden:Tabulæ motuum SOLIS et lunæ, novæ et correctæ; auctore Tobia Mayer: quibus accedit methoduslongitudinum promota, eodem autore.London, 1770

Harrison arbeitete fast sein ganzes Leben andiesem Problem. Seine erste Uhr erwies ihreGenauigkeit auf einer Fahrt nach Lissabon,war aber noch nicht sehr seetüchtig. Die H2gab er auf, die H3 konnte nicht getestet werden,da die Admiralität befürchtete, sie könnte den Feinden in die Hände fallen (wie die ENIGMA inWWII). Mit über 60 Jahren begann er dann nochmalvon vorne und entwickelte die H4. Bimetalle, gekapselte Kugellager, Diamantlagerwerden bis heute verwandt.

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Antike Autoren (Plinius, Ptolemäus) haben die Mondfinsternis am 20.9.331 v.Chr. (11 Tage vor

der Schlacht von Gaugamela) dazu verwandt, die Differenz in geografischer Länge zwischen Sizilien (bzw. Karthago) und dem Nordirak zu bestimmen. Kolumbus (im Gegensatz zu Ame-rigo Vespucci) versagte dabei völlig. Solche Messungen waren bis um 1700 die wesentliche Quellefür Geografen.Rein astronomische Verfahren wie die Jupitermond-Methode wurden um 1750 durch die Schiffs-chronometer abgelöst.

Bestimmung des Längengrads mit MondfinsternissenDie geografische Länge eines Ortes kann bestimmt werden,indem man den Zeitpunkt eines astronomischen Ereignisses in der Lokalzeit ermittelt und dann mit dem Zeitpunkt (in Lokalzeit) an einem anderen Ort bekannter Länge vergleicht. Mondfinsternisse sind fast von der halben Erdkugel aus sichtbar und daher ideal geeignet für solche Messungen. Menzies nimmt an, dass die präzisen chinesischen Angaben über den Indischen Ozean bei einer gleichzeitigen Beobach-tung einer Finsternis durch die über den ganzen Ozean verteilte chinesische Flotte erfolgte.

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Doch wie bestimmten Astronomen die Zeit ohne mechanische Chronometer?

Astronomical diary describing the battle of Gaugamela

(British museum).

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Weltkarte nach Ptolemäus, ca. 1474 (heute im Vatikan)

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Ptolemäus hatte die Zeiten für die Mondfinsternis nur auf die Stunde vorliegen. Dies gilt alsUrsache für die irrige Darstellung des westlichen Mittelmeeres, insbesondere Marokkos.

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Schon im Zweistromland hatten die Priester-astronomen die Zeit anhand der Höhe überdem Horizont von ausgewählten Sternen be-stimmt. Islamische Astronomen trafen sich z.B.bei totalen Sonnenfinsternissen, wobei sie ver-suchten dabei sichtbare Sterne zu beobachtenund danach die Kontaktzeiten aus der Höheder Sterne zu berechnen.

Die kaiserlichen Astronomen in China notiertenregelmäßig den Meridiandurchgang einergroßen Zahl von Sternen. Dazu dienten die Wasseruhren.Wenn ein chinesischer Kapitän bei einer Mond-finsternis beobachtete, welche Sterne durch denMeridian gingen, konnte man durch Vergleichmit den in Beijing registrierten Zeiten die Differenzin geografischer Länge zwischen dem Standortdes Kapitäns und Beijing (dem chinesischen Nullmeridian) berechnen.

Singapur, 16.7.2000 22:19:03

B.P. 2006

Beobachtung der Meridiandurchgänge von Sternen

Observatorium des Tariq al-Din (c.1526-1585)in Istanbul (1577-1580).Der Sultan ließ es zerstörennachdem al-Din im Kometenvon 1577 ein gutes Omen sah,jedoch ein Krieg verloren ging.

Das Observatorium wurde gebaut, damit die islamische Welt den Anschluss an Tycho Brahes Großgeräten behalten sollte!

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B.P. 2006

Singapur1º 20’ N

103º 49‘ E

Nelson, NZ41º 18’ S

173º 16’ E

16. Juli 2000 22:19:03

17. Juli 2000 02:49:02

Neuzeitlicher Test der Methode

Prof. John Oliver aus Florida positionierteStudenten zwischen Tahiti und Singapur,an Orten, an denen Menzies chinesische Observatorien vermutet. Die ungeübten Beobachter erreichten eineGenauigkeit von ca. 1,5º. Dies entspricht ca. 167 km am Äquator.Menzies vermutet aus dem Vergleich der Ostafrikanischen Küste auf Karten um 1500mit modernen Atlanten, dass die Chinesen eine Genauigkeit von ca. 40 km erreichten.

3. Kontakt

Mit solchen Beobachtungen konnten zwarKarten erstellt werden, doch die täglicheOrtsbestimmung eines Schiffes wurdeerst mit John Harrisons Chronometernmöglich.

Schiffschronometer desZerstörers BayernWempe, 1960Heute Sammlerstück

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B.P. 2006

Sternbedeckungen

Mehr im nächsten Vortrag Dienstag 30. Mai 2006 um 19:30

Sternbedeckungen durch Asteroiden und Planeten sind Beobachtungen, die ideal für Amateur-astronomen geeignet sind. Sie erfordern kleine Teleskope und das Zusammenwirken möglichst vieler Beobachter.Entscheidend sind präzise Uhren und der genaue Standort. Heute lässt sich beides mit einem GPS-System ermitteln.Noch vor nicht allzu langer Zeit mussten Ort und Zeit durch Beobachtung von Meridiandurchgängen von Sternen ermittelt werden, insbesondere wenn man sich irgendwo in der Wildnis befand.

Das nebenstehende Beispiel soll zeigen, dassAmateure heute essentielle Beiträge zur Wissen-schaft leisten können. Die Messungen wurden in Chile durchgeführt. Die 8m-Teleskope waren bereit,doch lagen sie außerhalb des Schattens. Die Ama-teure konnten sich kurzfristig mit kleinen Teleskopenin den Schattenbereich begeben. Sternfreund Mike Kretlow ist Mitglied der URANIAWiesbaden.

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B.P. 2006

Wer benötigt Sternennavigation im Zeitalter von GPS, GLONASS, GALILEO?Raumsonden !

Die “Betreuung” von Raumsonden ist personalintensiv, daher sehr teuer. Eine Aufgabe der TechnologieplattformDeep Space 1 war es daher, möglichst autonom nach den Sternen zu navigieren.

(9969)Braille19P/Borelly

Kometenkern 81P/Wild 2

Andere Sonden haben das Systemübernommen:

Aufschlag von 9P/Tempel 1 auf Impaktor, beobachtet von Deep Impact.

Deep Space 1

STARDUST

Die Spindoktoren der NASA bestehen auf der Formulierung, dass der Komet den Kupferblock zerstörte.Die friedliebende amerikanische Nation attackiert nicht mal Himmelskörper!

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Frühe nichtastronomische Uhren: Wasseruhren

Einfache Klepsydren (Wasserdiebin) wurden als Stopuhren verwandt. Sie begrenzten z.B. Redezeiten vor Gericht.

Der alexandrinische Mechaniker Ktesibios erfand die Uhr mit hydraulischem Antrieb. Entscheidend für “Ganggenauigkeit” ist, dass der Wasserspiegel im Zulaufgefäß konstant gehalten wird.Wasseruhren wurden später im islamischen Raum weiterentwickelt.

Wasseruhr "mit dem Elefanten"Rekonstruktion der von al-Gazarîersonnenen und in seinem Buchdokumentierten Wasseruhr in Originalgöße um 1200 n. Chr.

Institut für Geschichte der Arabisch-Islamischen Wissenschaftenan Uni Ffm hat eine Ausstellung mit Modellen alter Instrumente.

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Versuch einer Rekonstruktion

In der Antike kannte man wohl noch keine mechanischen Uhren. DerZahnradmechanismus, der von Schwammtauchern geborgen wurde, scheint ein 2000 Jahre alter „astronomischer Kalkulator“ zu sein (ca. 90 v.Chr.), mit dem man Planetenkonstellationen (für Horoskope?) bestimmen konnte.Er könnte dem von Cicero beschriebenem Orrery des Posidonius von Apamea(c. 135 – c. 51 v.Chr.) entsprechen, dem Begründer der griechischen „wissenschaftlichen“ Astrologie.Er zeigt, dass die Technik im Altertum fortgeschrittener war als wir glauben.

Der Anti-Kythera Mechanismus

http://de.wikipedia.org/wiki/Mechanismus_von_Antikythera

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K1: KendallsKopie der H4

Aposteluhr und Kalendarium, Prag

Mechanische UhrenIm Laufe des Mittelalters schafften „reiche“ Städte vom Sonnenschein unabhängige Turmuhrenan. Die Ansprüche waren noch bescheiden, es gab meist nur Stundenzeiger.Kalibriert wurden die Uhren mit Sonnenuhren, die an alten Kirchen eh vorhanden waren.

Bernard Walther experimentierte um 1490 mit einer Räderuhr, die aber viel zu ungenau war.Ein großer Schritt voran bedeuteten die Pendeluhren. Schon Galilei hatte eine entworfen, doch die ersten einsatzfähigen Modelle ließ sich Christiaan Huygens1657 patentieren. Sie wiesen eine Ganggenauigkeit von 10 Sekunden pro Tag auf und wurden schnell in astronomischen Observatorien eingeführt.

Doch waren die mechanischen Uhren nicht geeignet die Konstanz der Bewegung der Himmelskörper zu überprüfen. Um z.B. die Ganggenauigkeit der Schiffschronometer vonHarrison zu bestimmen, reiste der Astronomer Royal Maskelyne (ein Verfechter der astronomischen Mond-distanz-Methode) nach Jamaika um den Standort astronomisch zu ermitteln.

Erste Hinweise auf die Veränderlichkeit der Tageslängeals Basis der Zeitbestimmung lieferten antike Aufzeich-nungen von Sonnenfinsternissen aus Mesopotamien und China.

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“Empress of Kao-tzu, 7th year, first month, day chi-ch'ou, the last day of the month. The sun was eclipsed; it was total; it was 9°in [the lunar lodge] Ying-shih, which represents the interior of the Palace chambers. At that time the [DOWAGER] Empress of Kao-[tzu] was upset by it and said, "This is on my account." The next year it was fulfilled.”Han-shu (Annalen der Han-Dynastie) (4.3.181 v.Chr.) Anmerkung: Kaiserin Dowager verstarb 18 Monate später.

Diese Zitate zeigen, weshalb die Hofastronomen aufmerksam den Himmel studierten und diese Beobachtungen in die offiziellen Annalen der Dynastien aufgenommen wurden:

AstrologieDoch nur deshalb blieben sie erhalten und wir können sie heute für wissenschaftliche Zwecke verwenden!

http://www.kernchemie.uni-mainz.de/~pfeiffer/aag/aagmt/mt1.htm B.P. 2006

Chinesische Reichsannalen

Report on eclipsesin 118 and 120 AD.Also 27 months after the eclipse on Jan. 18120 AD the EmpressTeng died.

Zweifel an der Konstanz der Bewegungen der HimmelskörperDie säkulare Akzeleration des Mondes

Schon Edmond Halley wollte 1695 mit historischen Aufzeichnungen die Bewegungen überprüfen.Heute nennen wir die „Akzeleration des Mondes“ eine Verlangsamung der Erdrotation (zuerst vermutet um 1750 von Tobias Mayer) auf Grund von Gezeitenreibung (zuerst vermutet von Immanuel Kant).

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1956 wurde die Definition der Sekunde von der Umdrehung der Erde abgekoppeltund auf die Umlaufzeiten der Planeten bezogen:

Ephemeridenzeit

Historische AufzeichnungenBeobachtungen vor und nach Einführung der Pendeluhren

Astronomische Bemühungen, Änderungen der Erdrotation zweifelsfrei zu beweisen, lieferten bis zum Endedes 19. Jahrhunderts keine schlüssigen Beweise [Simon Newcomb], da der Effekt sehr klein war.Die deutlichen Abweichungen von 1870 bis 1910 gestatteten dann 1939 Sir H. Spencer Jones, starkeKorrelationen in den Positionen von Sonne, Mond, Merkur und Venus aufzuzeigen, die nur durch einelangfristige Variabilität der Erdrotation erklärt werden können.Mit Quarz-(30'iger) und Atomuhren (seit 50'iger Jahren) können auch kurzzeitige Abweichungen erkanntwerden, wie z.Bsp. der Einfluss des El Niño-Wetterphänomens.

Anmerkung: Die Herkunft der überlagerten Schwingung mit ca. 1500 Jahren Periode ist nicht geklärt.Eine persönliche Idee: Mit etwa der gleichen Periode wechseln Kalt- und Warmperioden ab. Das Schmelzen und Gefrieren der Gletscher führt zu Massenverlagerungen. Mehr u.U. am 4.7.2006:

“Kann uns der Himmel auf den Kopf fallen?”

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1. Atomuhr 1955Dr. Louis Essen (rechts)

"Die Sekunde ist das 9 192 631 770fache der Periodendauer derdem Übergang zwischen den beiden Hyperfeinstrukturniveaus des Grundzustandes von Atomen des Nuklids 133Cs entsprechendenStrahlung."

Cs-Fontänenuhr der NIST, USA1 Sekunde in 30 Millionen Jahren

Atomuhren

„Klassische“ Fontänen-Atomuhr

1976 ging man einen Schritt weiter und löste sich (vorerst) von astronomischen Vorgängen:

Atomzeit UT

Zurzeit passt man die (reine) Atomzeit durch Schaltsekunden an die irreguläre Erdumdrehung an: UTC Die Erdrotation wird durch Beobachtung von Quasaren vermes-sen. Näheres in einigen Minuten.Die Computerindustrie will zurück zur reinen Atomzeit, da jetzt unvorhersehbare Änderungen der Programme notwendig. Unterstützt wird sie von den Betreibern des GPS:Die US-Militärs hatten die Schaltsekunden vergessen!

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IntermezzoSignale von „kleinen grünen Männchen“?

Studentin Jocelyn Bell Burnell, Cambridge,1967

LGM1: „Little Green Men“

Ihr Betreuer Antony Hewish erhielt 1974 (zusammen mit Sir Martin Ryle) den Nobelpreis.

Am Cavendish Institut in Cambridge, UK, baute Tony Hewishein Feld von Radiodetektoren für die Beobachtung von Qua-saren auf. Völlig überraschend entdeckte seine Studentin Radiopulse mit einem extrem präzisen Abstand von 1,337 Sekunden. Ein irdischer Ursprung wurde verworfen, da keinmenschengemachter Sender diese Frequenzstabilität hatte(damals zumindest). Ein ernsthaft diskutierter Ursprung waren

Signale von außerirdischen Intelligenzen.Der extrasolare Ursprung zeigte sich bald in der Beobachtung,dass die Signale jeden Tag 4 Minuten später einsetzten.Im Laufe eines halben Jahres wurden noch drei weitere Radio-quellen entdeckt. Dass sich gleich 4 technisch hoch entwickelteaußerirdische Kulturen um Kontakt zur Erde bemühten, war nicht sehr wahrscheinlich, sodass man nach einer alternativenErklärung suchen musste.

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B.P. 2006

Pulsare – Rotierende Neutronensterne

Die Radioquellen wurden bald als rotierende Neutronen-sterne erkannt. Die abgestrahlte Energie wird aus der Rotationsenergie gespeist, also muss die Frequenz der Radioimpulse langsam abnehmen, was auch beobachtet wird. Gelegentliche Sprünge („glitches“) werden als Stern-beben in der Kruste des Pulsars gedeutet.

Man hatte auch in Erwägung gezogen, die Sekunde mit Hilfe dieser Radioimpulse zu definieren.Das Zeitverhalten eines physikalischen Vorgangs lässt sich nurdann genau untersuchen, wenn die zur Verfügung stehendenUhren eine höhere Ganggenauigkeit als die Variabilität des Vorgangs haben. Fast die ganze Menschheitsgeschichte hindurch konnte die Konstanz der Bewegungen der Himmels-körper nicht untersucht werden, da alle Uhren weit unterlegenwaren.

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VLBI - „Very Long Baseline Interferometry“Radioteleskope haben bis 100 m Durchmesser, wovon die optischen Astronomen z.Z. nur träumen können. Bedingt durch die langen Wellenlängen ist die Auflösung eines Teleskops jedoch weitgeringer als die eines optischen Gerätes. Andererseits gestatten es die Radiowellen Teleskopezusammenzuschalten zu Interferometern, bei denen der Durchmesser des gesamten Feldes dieAuflösung bestimmt:

Die Einführung der Atomuhren ermöglichte es, Radioteleskope über ganze Kontinente hinweg zuverbinden. An jedem Teleskop wurden die empfangenen Signale zusammen mit der Atomzeitauf Magnetbänder geschrieben und dann später per Computer korreliert.

Das amerikanische Feld erstreckt sich vonHawaii bis in die Karibik

Die optischen Astronomen holen auf: Interferometer mit den 2 Keck und den 4 ESO Großteleskopen.

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Das europäische Netzwerk

Aufzeichnung auf Datenmassenspeicher

Off-line Datenauswertung später

Optisch: Hubble Deep Field. Gelb: Isoliertes RadioteleskopKästchen: Europäisches Netzwerk

Ist ein ziemlich umständliches Verfahren!6 europäische Antennen sind nun direkt mit Glasfaser-leitungen einer Kapazität von 1 Gigabit/sec mit einemKorrelator verbunden: e-VLBI

e-VLBI

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B.P. 2006

VSOP ― VLBI Space Observatory Project

Der Erddurchmesser muss nicht die Ober-grenze der Ausdehnung des Antennenfeldessein. Im Februar 1997 wurde der japanische Satellit HALCA [Highly Advanced Laboratory forCommunications and Astronomy] in einen ellipti-schen Orbit mit dem Apogäum von 21400 km gebracht.Die 8 m Antennenschüssel besteht aus vergoldetemMolybdändraht an 6 Stützarmen, die erst im Orbitentfaltet wurden.

HALCA (Muses-C)

Apogäum 21400 km, Perigäum 560 km

X-Ray Jet Source 0637-752

VSOP-Aufnahme mit mas-Auflösung verglichen mit 5 arcsec Auflösung desCHANDRA Röntgen-Satelliten

Erforderlich ist der genaue Abstand zwischen den Antennen (besser als 1 m). Eine Station auf dem Mond sollte auch funktionieren. Geht auch der Mars?

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Die mit der Radiointerferometrie mit großen Basislängengemessenen Bewegungen der Kontinente unserer Erde: Die roten Pfeile zeigen in Zentimetern pro Jahr die Relativ-bewegungen der einzelnen VLBI-Radioteleskope. Deutlichist zu erkennen, wie zum Beispiel Europa und Amerika

weiter auseinander driften, Hawaii bewegt sich sogar mitfast sieben Zentimetern pro Jahr.

Anwendungen der VLBI

B.P. 2006

Radioquellen (etwa 600 Quasare) beinahe am Rande des Universums dienen als „quasi-absolutes“ Bezugssystem:

ICRF: International Celestial Reference Frame

Man kann nun die exakt vermessenen Quellen (analog zu den GPS-Satelliten) zur millimeter-genauen Bestimmung der Position der Radioantennen verwenden, womit der Geodäsie neuePerspektiven eröffnet wurden:

• Plattentektonik• Lage der Erdachse im Raum• Abbremsung der Erdrotation:

Schaltsekunden für UTC

Am 14.1.05 landete die ESA-Sonde HUYGENS aufTitan. Die Daten des Doppler-Wind-Experimentes wurden nur verstümmelt übertragen.Dank der Verfolgung des Abstiegs durch die VLBI-Teleskope, konnte die Abdrift der Sonde und damitdie Windgeschwindigkeiten in der Titan-Atmosphäretrotzdem (aus der Trägerfrequenz) gewonnen werden.

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LOFAR – Low-Frequency ArrayÜbertragung hoher Datenraten über hunderte km Entfernung mit Lichtleitern gestattet nun das on-line-Zusammenschalten von ausgedehnten Antennenfeldern:25000 Radioantennen sollen mit einem ultraschnellen Netz (Internet-2) zu einem digitalen „phased array“-Radioteleskop von 350 km Durchmesser verbunden werden.

Standort: Holland und Nord-deutschland

Hauptziel:Beobachtung der Bildung der ersten Sterne / Galaxien durch extrem rotverschobene 21 cm Wasserstofflinie.

Das System ist allerdings extrem vielseitig. • Gleichzeitige Beobachtung mehrerer Objekte.• „Kurzer“ Blick in Vergangenheit, je nach Computerspeicher.

B.P. 2006

Milchstrasse, einige Sekunden

Die Antennen sehen eher wie Bastelarbeiten aus, bestehen aus 4 Kupferdrähten.Die Technik des ultraschnellen INTERNET-2 wird schon eingesetzt. Problematisch wird die Bewältigung der extrem hohen Datenraten, wobei es nicht mit Hochleistungsrechnern allein getan ist. Zum Einsatz kommen soll die Fortentwicklung des WWW: die GRID-Technolo-gie. Sie wird gerade für die nächste Generation der Teilchenbeschleuniger wie dem LHC in Genf entwickelt.

Die Aufnahme der Milchstraße wurde mit 60 Antennen in Sekunden erhalten!Von Vorteil ist, dass das Netz während des Betriebes erweitert werden kann.

Ein deutscher Partner ist das Max-Planck-Institut für Radio-astronomie, das auch das Teleskop in Effelsberg betreibt.

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LOFAR-Antennen als Teil des LOPES-Projekts zur Messung kos-mischer Teilchen bei KASCADE Grande in Karlsruhe (Sommer 2003).

KASCADE - GrandeKArlsruhe Shower Core and Array DEtector - Grande

LOPES — A LOFAR Prototype StationRadio Emission from Cosmic Ray Air Showers

B.P. 2006

Obwohl schon seit 1965 bekannt ist, dass die von hochenergetischen Teilchen der Kosmischen Strahlung ausgelösten „Air Shower“ auch Radiostrahlung abgeben, gibt es noch wenige Untersuchungen. Im LOPES-Projekt wird jetzt ein „klassisches“ Detektorfeld (KASKADE) zusammen mit einer LOFAR Teststation betrieben. Beteiligt ist das MPI für Radioastronomie.

http://www.astro.ru.nl/lopes/

Detektoren für Tscherenkov-Strahlung

49Volkshochschule Mainz: Besondere astronomische ThemenVHS-Sternwarte im Turm der Anne-Frank-Schule 16.05.2006 19:30

Nächster Vortrag Dienstag 30. Mai 2006 um 19:30

Sternbedeckungen

Michael SchmidtAstronomische Arbeitsgemeinschaft

Mainz

Okkultation des Sterns 43Tau durch Asteroiden (345)Tercidinaam 17. Sept. 2002. Ein Teil der Daten wurde nahe Freiburg von Mitgliedern der AAG Mainz und der URANIA Wiesbaden ermittelt.