Erdrotation
Die Erdrotation ist die Drehbewegung der Erde um ihre eigene Achse. Die Rotationsachse nennt man Erdachse. Die Erde dreht sich nach Osten. Vom Polarstern aus betrachtet dreht sich die Erde entgegen dem Uhrzeigersinn.
Der Rotationsvektor der Erde weist gemäß der Rechtsschraubenregel genau nach Erd-Nord, und damit fast genau zum Polarstern. Alle Punkte der Erdoberfläche, ausgenommen ihre zwei Pole, bewegen sich dadurch in die (jeweils lokale) Ost-Richtung. Für einen Beobachter, der mit dem Kopf nach Norden am Boden liegt und die Sterne im Zenit betrachtet, bewegt sich etwa eine erdfeste Mastspitze (gegenüber einem sehr nahen Stern binnen einer Minute sichtbar) ebenfalls nach Osten, das jedoch am Himmel durch die Betrachtung von unten, wie aus dem Erdinneren heraus gesehen, links liegt.
Die durchschnittliche Dauer einer Umdrehung bezüglich des als ruhend angenommenen kosmischen Hintergrundes – der mittlere siderische Tag – beträgt 23 h 56 min 4,0989 s. Dies entspricht der vom IERS festgelegten nominellen mittleren Winkelgeschwindigkeit von 7,292115 × 10−5 rad/s bzw., wenn man diese Winkelgeschwindigkeit mit dem Äquatorradius 6378,137 km multipliziert, einer Umfangsgeschwindigkeit von 465,1 m/s. Als Bezugspunkte für die präzise Messung der Umdrehungsdauer dienen heutzutage unter anderem mittels Radiointerferometrie beobachtete extragalaktische Radioquellen. Bis vor wenigen Jahrzehnten standen jedoch keine ruhenden Referenzpunkte zur Verfügung, die höheren Ansprüchen genügt hätten. Die der Beobachtung zugänglichen Sterne waren wegen ihrer Eigenbewegung nur eingeschränkt geeignet.
In der astronomischen Praxis bezieht man die Umdrehung daher in der Regel auf den Frühlingspunkt, dessen Lage bezüglich der Sterne und Planeten stets berechnet werden kann. Die Zeitspanne, die die Erde braucht, um nach einer Umdrehung wieder dieselbe Stellung bezüglich des Frühlingspunktes einzunehmen, ist ein Sterntag und beträgt nur 23 h 56 min 4,0905& s. Die Präzession der Erde ist der Grund dafür, dass ein siderischer Tag etwa 8 Millisekunden länger ist als ein Sterntag.
Teilt man den Sterntag in 24 h* (Stunden Sternzeit) ein, so ist die Sternzeit ein direktes Maß für den Drehwinkel der Erde. Aus Kenntnis der Sternzeit lässt sich also der aktuelle Himmelsanblick bestimmen. Insbesondere kulminiert für den betreffenden Beobachter um 24 h* der Frühlingspunkt.
Man beachte die nicht ganz konsistente Bezeichnung: Der Sterntag bezieht sich trotz seines Namens nicht auf die Sterne, sondern auf den Frühlingspunkt. Auf die Sterne bezieht sich der siderische Tag. Die englischen Bezeichnungen (festgelegt vom IERS) sind beispielsweise genau umgekehrt: der Sterntag heißt hier sidereal day, während der siderische Tag stellar day heißt.
Sonnentag[Bearbeiten]
Der Sonnentag ist der Zeitraum vom Sonnenhöchststand eines Tages zum nächsten und dient als Basis der alltäglichen Zeitmessung. Er dauert im Mittel 24 Stunden und ist damit etwas länger als ein Sterntag oder ein siderischer Tag. Der Unterschied zwischen der Länge des Sonnentages und der Länge des siderischen Tages resultiert aus der jährlichen Bewegung der Erde um die Sonne. Nach einer vollständigen Rotation – der Dauer eines siderischen Tages – ist die Erde auf ihrer Bahn etwa ein Bogengrad weitergelaufen. Die Erde muss sich noch einmal um ungefähr den gleichen Winkel weiterdrehen, bis vom gleichen geographischen Ort aus die Sonne am Himmel wieder am höchsten steht. Die hierfür benötigte zusätzliche Zeitspanne beträgt im Mittel etwa 4 Minuten. Der summierte Zeitunterschied nach einem vollständigen Umlauf – der Dauer eines siderischen Jahres – entspricht der Dauer einer Rotation. Da die Drehrichtung der Erdrotation gleichsinnig zur Umlaufrichtung ist, ist die Anzahl der Sonnentage im Jahr um eins geringer als die Anzahl siderischer Tage.
Weil die Erdbahn elliptisch ist und im Laufe eines Jahres mit unterschiedlicher Geschwindigkeit durchlaufen wird, und weil zudem die Rotationsachse zur Bahnebene geneigt ist (beziehungsweise die Äquatorebene zur Ekliptikebene), unterscheiden sich die Sonnentage eines Jahres um bis zu etwa 20 min. Daher unterscheidet man zwischen einem veränderlichen wahren Sonnentag und dem stets gleich langen mittleren Sonnentag. Der veränderliche wahre Sonnentag ist die jeweilige Zeitspanne zwischen aufeinanderfolgenden Tageshöchstständen der Sonne; die Länge des mittleren Sonnentages entspricht dem Durchschnitt der über Jahre gemittelten Längen wahrer Sonnentage.
Der mittlere Sonnentag wurde per Definition in 24 Stunden eingeteilt, die beispielsweise durch gleichförmig laufende mechanische Uhren dargestellt werden. Im Unterschied dazu zeigen die Sonnenuhren naturgemäß den tatsächlichen Sonnenstand an. Der Zeitunterschied zwischen mittlerer Sonnenzeit und wahrer Sonnenzeit von bis zu ±10 min im Verlauf eines Jahres wird als Zeitgleichung bezeichnet.
