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So funktioniert die Berg-Sonnenuhr
Der Stab zeigt zum Pol
Der Stab ist so geneigt, dass er zum Himmelspol zeigt, dem Punkt am Himmel, um den sich die Sterne drehen (im Norden nahe beim Polarstern). Die Sonne läuft einmal am Tag um dieselbe Achse, also dreht sich der Schatten des Stabs gleichmäßig durch den Tag und steht das ganze Jahr zur selben Stunde an derselben Stelle. Deshalb kann ein nackter Berg allein keine Sonnenuhr sein, ein Berg mit Stab aber schon.
Warum sich die Linien über den Berg biegen
Zu jeder Stunde liegt der Schatten des Stabs in einer flachen Ebene, die durch den Stab geht. Wo diese Ebene die Platte schneidet, ist die Linie gerade; wo sie den Berg schneidet, folgt sie dem Gelände die Grate hinauf und die Täler hinunter. Die Seite berechnet jede Linie auf genau der Form, die du druckst, damit der Schatten sie trifft, wo immer er hinfällt.
Die Acht
Eine Sonnenuhr zeigt die Sonnenzeit, die der Uhr im November bis zu 16 Minuten voraus ist und im Februar bis zu 14 Minuten hinterher, weil die Erdbahn eine Ellipse und die Erdachse geneigt ist. Der Schatten der Stabspitze um 12 Uhr Uhrzeit zeichnet übers Jahr eine Acht. Die Datumslinien zeigen, wo der Schatten der Spitze am längsten Tag, an den Tagundnachtgleichen und am kürzesten Tag entlangläuft.
Gemacht für einen Breitengrad
Die Neigung des Stabs und jede Linie hängen davon ab, wie weit nördlich oder südlich die Sonnenuhr steht, also ist sie für einen Ort gemacht. Sie geht innerhalb von etwa 2° Breite richtig (rund 200 km nach Norden oder Süden). Die Stunden werden für deinen Längengrad innerhalb deiner Zeitzone verschoben, sodass sie die Normalzeit der Uhr anzeigt.
Wenn der Schatten vom Zifferblatt fällt
Der Stab beginnt am Gipfel, hoch über der Platte. Wenn die Sonne tief steht, früh oder spät am Tag oder im Winter, kann sein Schatten über den Rand hinausfallen. Deshalb sitzt der Gipfel nicht in der Mitte, sondern zum Äquator hin versetzt, wie der Zeiger einer Gartensonnenuhr: Die Schatten fallen zur anderen Seite und haben so den größten Teil der Platte. Die Seite zählt, wie viele Sonnenstunden im Jahr sie ablesbar ist, und wählt eine Gipfelhöhe, bei der das möglichst viele bleiben. Mach den Gipfel niedriger, um sie öfter ablesen zu können, oder höher für einen eindrucksvolleren Berg.
Im Unterricht
Bau eine für deine Schule und vergleich sie jede Woche mit der Uhr: Folgt die Abweichung der Acht? Warum zeigt die Mittagslinie nicht genau nach Norden? Vergleich eine Sonnenuhr für deinen Ort mit einer für einen Ort weit im Norden: Wie verändern sich Stab und Linien?
Höhendaten: Copernicus DEM GLO-30 (© DLR e.V. & Airbus) und Mapzen Terrain Tiles auf AWS (SRTM, GMTED2010, ETOPO1 und andere). Karte © OpenStreetMap-Mitwirkende, © CARTO. Sonnenstände: nach der Methode des NOAA-Sonnenrechners. Noch mehr zum Selbermachen: ein ausbrechender Vulkan, ein Landschafts-Zoetrop, die TerraPrinter-App oder weitere Geschenkideen mit 3D-Karten.