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Seit jeher bestimmt die Bahn der Sonne den Tagesverlauf von Natur und der Menschen. So ist es nicht überraschend, dass im Altertum verschiedene Kulturen den Schattenwurf (z.B. von Steinformationen) zur Zeitmessung verwendet haben. Die Weiterentwicklung führte zur klassischen Sonnenuhr, bei der ein Stab geeignet ausgerichtet wird, damit sein Schatten zu einer bestimmten Tageszeit für alle Tage des Jahres in eine bestimmte Richtung zeigt.
An Stelle des Schattens kann man auch die Projektion des Sonnenlichts durch ein Loch als Zeitangabe verwenden. Zudem gelingt es, mehrere Löcher so anzuordnen, dass jedes eine volle Stunde repräsentiert. Projiziert man neben dem Loch auch die zugeordnete Stundenzahl, erhält man eine digitale Uhr, die allerdings nur Stunden anzeigt. Wünschbar wären aber auch Minutenangaben. Dies setzt voraus, dass man die Löcher so anordnen kann, dass eine Minuten-Skala für alle Löcher Gültigkeit hat. Hierzu müssen die Projektionen aller Löcher in der Zeit +/- 30 Minuten um die Stunde, die sie repräsentieren, (annähernd) dieselbe Strecke durchlaufen.
Wir haben zwei Sonnenuhren gebaut, die diesen Vorgaben entsprechen. Wir nennen sie halb-digital, da die Stunden in digitalen Ziffern angezeigt werden und man die Minuten auf einer analogen Skala ablesen kann. Der Prototyp steht auf Privatgrund im Spiegel bei Bern. Die Sonnenuhr im Liebefeldpark ist für die Öffentlichkeit zugänglich und im Besitz der Gemeinde Köniz. Ein per QR-Code abrufbarer Audioguide mit Erklärungen zur halb-digitalen Sonnenuhr kann auf dem Handy abgehört werden.
Die Sonnenuhr misst primär die Sonnenzeit. Dies ist eine Lokalzeit. Wenn die Sonnenuhr ortsfest ist, kann man die Minuten-Skala entsprechend anpassen, sodass diese im Mittel die die Mittel-Europäische-Zeit (MEZ) anzeigt.
Da sich die Erde nicht auf einer Kreis- sondern auf einer elliptischen Bahn um die Sonne bewegt und die Erdachse gegenüber der Ekliptik geneigt ist, gibt es Unterschiede bis 16 Minuten zwischen der Welt- und der Sonnenzeit. Die Zeitgleichung beschreibt diese Abweichung. Auch diese kann man in der Minuten-Skala berücksichtigen.
Ablesen der Zeit
Zwischen der digitalen Stundenanzeige für die Sommerzeit (obere Ziffern) und die Winterzeit (untere Ziffern) hat es ein Lichtpunkt. Die Position dieses Lichtpunktes ist repräsentativ für die Minuten-Ablesung. Oben und unten der Linien ist angeschrieben, wie viele Minuten man zur digitalen Stundenanzeige hinzuzählen muss. Die dicken gelb/schwarzen Linien gelten streng genommen nur für das mittlere Loch (d.h. für 13 Uhr Sommerzeit / 12 Uhr Winterzeit). Will man für die übrigen Stundenanzeigen eine genaue Minutenablesung, so zeigt die Legende auf der Seite des Zifferblattes die Farbe für die Kurve an, die zu diesem Lichtpunkt gehört. In vielen Fällen mag es aber genügen, die gelb/schwarzen Linien für alle Lichtpunkte zu verwenden.
Durch die Neigung der Erdachse gegenüber der Ekliptik und die Rotation der Erde um die Sonne ändert von Tag zu Tag der Sonnenhöchststand wodurch die Jahreszeiten entstehen. Für unsere Sonnenuhr bedeutet dies, dass die zeitgebenden Lichtpunkte zwischen Winter-Sonnwende und Sommer-Sonnwende (Frühjahr) von Tag zu Tag etwas weiter unten und von Sommer-Sonnwende und Winter-Sonnwende (Herbst) etwas höher über das Zifferblatt wandern.
Die mit Datum versehenen waagrechten gelb/schwarzen Linien zeigen die Bahn des mittleren Lichtpunktes zu diesem Datum an. Die Lichtpunkte der übrigen Löcher können aber deutlich andere Bahnen beschreiben (dies umso mehr, je weiter das Datum vom 21. März, respektive 23. Sept. entfernt ist). Für die Sonnwenden sind die Bahnen für alle Lichtpunkte in den jeweiligen Farben eingezeichnet.