Erde & Sonne
Die Wendekreise
Der Wendekreis des Krebses und der Wendekreis des Steinbocks markieren die äußersten Breiten, über denen die Sonne mittags im Zenit stehen kann. Ihre Lage folgt aus der Neigung der Erdachse. Die Namen stammen aus der antiken Astronomie.
Wo kann die Sonne senkrecht stehen?
Verschiebe den Regler durch das Jahr. Der gelbe Punkt markiert den Breitengrad, über dem die Sonne mittags im Zenit steht. Dieser Punkt wandert nur zwischen den beiden Wendekreisen.
Schematische Darstellung; Größen und Abstände sind nicht maßstäblich.
Was ist ein Wendekreis?
Die Sonne kann mittags nur zwischen ungefähr 23,44° nördlicher und 23,44° südlicher Breite genau im Zenit stehen. Diese beiden Grenzbreiten heißen Wendekreise. Am nördlichen Wendekreis erreicht der senkrechte Sonnenstand seine nördlichste Lage, am südlichen seine südlichste.
Der gesamte Bereich zwischen den beiden Wendekreisen heißt Tropen. Das Wort geht auf das griechische τροπή (tropḗ) zurück: „Wendung“ oder „Umkehr“. τροπικός (tropikós) bedeutet sinngemäß „zur Wendung gehörig“. Gemeint ist die Umkehr der scheinbaren Nord-Süd-Wanderung der Sonne.
Nur innerhalb dieser Zone kann die Sonne im Zenit stehen: direkt auf einem Wendekreis einmal im Jahr, zwischen Wendekreis und Äquator zweimal im Jahr. Am Äquator geschieht das ungefähr zu den beiden Tagundnachtgleichen. Außerhalb der Tropen erreicht die Sonne den Zenit nie.
Der Zusammenhang steckt in der Sonnendeklination δ. Sie bewegt sich im Jahreslauf zwischen etwa +23,44° und −23,44°. Dieser Bereich entspricht der Neigung der Erdachse gegenüber der Senkrechten auf ihrer Bahnebene.
Warum heißen sie Krebs und Steinbock?
Die Namen sind historisch. Antike Astronomen kannten die Sternbilder entlang der jährlichen Sonnenbahn. Die Sterne unmittelbar neben der Sonne sind am Tag nicht sichtbar; ihre Lage wurde deshalb indirekt bestimmt, etwa durch Beobachtungen in der Dämmerung und durch Mondfinsternisse. Zur nördlichen Sonnenwende lag der Sonnenpunkt damals beim Krebs, zur südlichen beim Steinbock. Daher tragen die beiden Breitenkreise diese Namen.
Die Sonne vor dem östlichen Tierkreis
Verschiebe Datum und Breitengrad. Mit dem Zeitschalter lässt sich vergleichen, vor welchen Sternbildern die Sonne heute und um 500 v. Chr. stand. So wird die Präzession unmittelbar sichtbar.
Vergleiche heute mit ca. 500 v. Chr.: Durch die Präzession standen bei den Sonnenwenden andere Sternbilder hinter der Sonne.
Die Sterne direkt hinter der Sonne sind am Tag natürlich nicht sichtbar. Gezeigt werden vereinfachte Sternbilder in ihrer relativen Lage zur Sonne. Die historische Ansicht verschiebt den Sternhimmel näherungsweise um die Präzession seit 500 v. Chr.; Eigenbewegungen der Sterne und historische Sternbildgrenzen werden nicht rekonstruiert. Bei Polartag oder Polarnacht gibt es an diesem Datum keinen Sonnenaufgang.
Heute liegen die Sonnenwenden nicht mehr vor denselben Sternbildern. Der Grund ist die Präzession: Die Richtung der Erdachse verändert sich langsam. Ein vollständiger Zyklus dauert ungefähr 26.000 Jahre. Dadurch verschieben sich die jahreszeitlichen Bezugspunkte gegenüber dem Sternhimmel, die alten Namen bleiben jedoch bestehen.
Die Erdachse zeigt nicht für immer exakt in dieselbe Richtung. Sie beschreibt sehr langsam einen Kegel. Dadurch verschieben sich Sonnenwenden und Tagundnachtgleichen gegenüber den Sternbildern.
Wie konnten die Griechen den südlichen Wendekreis kennen?
Dafür mussten sie nicht bis 23,44° südlicher Breite reisen. In der griechischen Astronomie war die kugelförmige Erde spätestens in der klassischen Zeit ein etabliertes Modell. Aus der gemessenen jährlichen Nord-Süd-Bewegung der Sonne folgt auf einer Kugel auch der südliche Wendekreis.
Ein Schattenstab genügt im Prinzip. Aus der Sonnenhöhe lässt sich die Deklination bestimmen. Erreicht sie zur Wintersonnenwende etwa −23,44°, folgt daraus, dass die Sonne an diesem Tag bei 23,44° südlicher Breite im Zenit stehen muss - auch wenn der Beobachter weit nördlich davon lebt.
Konnten sie den Steinbock überhaupt sehen?
Ja. Das Sternbild Steinbock liegt am Tierkreis und ist vom Mittelmeerraum aus sichtbar. Wenn die Sonne selbst davor steht, überstrahlt das Tageslicht die Sterne. Ihre Position relativ zum Sternhimmel ließ sich trotzdem bestimmen. Hipparchos nutzte dafür unter anderem Mondfinsternisse: Der Erdschatten am Mond liegt am Himmel der Sonne genau gegenüber.