Ein Astronomieprojekt für Spiekeroog

von Jan Eike Köppe

Im Jahr 2020 wollte die Klasse 7d vor Ostern auf Klassenfahrt nach Spiekeroog fahren. Im Physikunterricht des Schuljahres 2019/2020 bereiteten wir dazu verschiedene Projekte vor, unter anderem wollten wir die Idee einer begehbaren Sonnenuhr verwirklichen.

Im Rahmen des Unterrichts erarbeiteten wir ihre Funktionsweise und bauten immer komplexere Modelle.

Einmal in 24 Stunden dreht sich die Erde um sich selbst, die Sonne also um scheinbar 15° am Himmel, ein Schatten wandert und überstreicht eben diesen Winkel.
Die Sonne verschwindet scheinbar hinter dem Horizont, genau die Hälfte des Tages sollte es dunkel sein, aber weil die Erdachse geneigt ist, ist die Tageslänge abhängig von der geografischen Breite.

Steht der Schattenwerfer (meist ein Stab) parallel zur Erdachse und das Zifferblatt senkrecht auf ihm, ist das ganz einfach zu bauen.

Wir wollten aber das Zifferblatt auf den Boden malen und den Schatten selbst werfen, die geografische Breite mussten wir also in unseren ganzen Bauplan mit einberechnen. Das war ein klein wenig zu viel Mathematik für Jahrgangsstufe 7.

Nun dreht sich die Erde auch noch um die Sonne, aber die Erdachse zeigt immer in dieselbe Richtung. Deshalb ändert sich die Tageslänge auch im Jahresverlauf. Im Sommer ist es wesentlich länger hell und die Sonne steht höher am Himmel als im Winter. Diesen Verlauf mussten wir ebenfalls einrechnen.

Doch damit nicht genug: Unsere Uhr sollte die Zeit anzeigen, die man auf der Armbanduhr (oder dem Handy) abliest: Normal- oder „Winterzeit“ und die Sommerzeit unserer Zeitzone. Sonnenuhren zeigen aber normalerweise die „wahre Ortszeit“ an, also zum Sonnenhöchststand (mittags) genau 12.00 Uhr.

Walter-Requardt-HeimAuf Spiekeroog ist der Sonnenhöchststand aber um etwa 13.29 Uhr, denn unsere Zeitzone (MEZ) richtet sich nach dem Sonnenhöchststand auf dem 15. Längengrad (der z. B. durch Görlitz an der deutsch-polnischen Grenze verläuft). Die geografische Länge mussten wir also auch noch bedenken und einberechnen.

Zum Schluss mussten wir unsere Berechnungen auch noch an den zur Verfügung stehenden Platz anpassen, in die Berechnung des Bauplans unserer Uhr flossen nun auch noch die Maße des zur Verfügung stehenden Platzes ein und auch die Maße der möglichen Schattenwerfer.

Dann kam Corona und die Fahrt fiel aus.

Inzwischen ist aus der Klasse 7d die Klasse 9d geworden, die damals zu komplizierte Mathematik wird jetzt verstanden, die Begriffe Sinus, Cosinus und Tangens sind bekannt und wurden auch am Beispiel „unserer“ Sonnenuhr ausprobiert. Leider konnte die Fahrt aber nicht nachgeholt werden.

Doch trotzdem konnte das Projekt zwei Jahre später schließlich im Rahmen der Familienfreizeit zu Pfingsten noch verwirklicht werden.

Schülerinnen und Schüler, Lehrerinnen und Lehrer und Ehemalige beteiligten sich am Bau und nun kann auf dem Weg aus dem Ort zum Westende der Insel am Walter-Requardt-Heim stehen bleiben und unsere Uhr ausprobieren.

Wie man die Uhr benutzt:

1. Stell dich auf die grünen Fußabdrücke.
2. Geh über der weißen Datumsleiste bis zu der Stelle, die dem heutigen Tag entspricht.
   Die Monatsersten sind mit weißen Dreiecken markiert und grün beschriftet, den genauen Tag musst du schätzen.
3. Lege die Handflächen aneinander und strecke deine Arme direkt über deinem Kopf gerade nach oben.

Dein Schatten zeigt nun die Ortszeit zur Sommerzeit (gelb – MESZ) oder zur Winterzeit, die eigentlich Normalzeit heißt (orange – MEZ), an.

Für Profis

Weil die Bahn der Erde kein perfekter Kreis, sondern elliptisch ist, und außerdem die Erdachse nicht senkrecht auf der Bahnebene steht, sondern etwa um etwa 23,5° geneigt ist (Ekliptik), steht die Sonne zur selben Ortszeit nicht am selben Punkt am Himmel.

Sie steht nicht einmal in exakt derselben Himmelsrichtung, sondern beschreibt scheinbar eine Figur mit der Form einer „8“, das Analemma.

Um die genaue Uhrzeit zu bestimmen, müsste man deshalb die Anzeige unserer Sonnenuhr korrigieren und je nach Datum ein paar Minuten dazu- bzw. abrechnen.