Geschichte der Sonnenuhr
© Harald Hartmann
Eine Sonnenuhr ist ganz allgemein ein Gerät zur Messung von Sonnenkoordinaten. Mittels einer Sonnenuhr kann man Kalenderdaten und astronomische Werte ermitteln. Bei entsprechender Konstruktion der Uhr sind auch geografische oder astrologische Daten ablesbar.
Sonnenuhr am Kloster Ossiach, Kärnten
© Harald Hartmann
Das Messen der Zeit wurde mit der wissenschaftlichen Beobachtung der Himmelsbewegungen notwendig. Zum Einteilen und Messen eignet sich jeder regelmäßige Ablauf von Ereignissen. Bei Nacht ist dies die Bewegung der Sterne und des Mondes. Bei Tag bietet sich der Lauf der Sonne und damit die Veränderung der Schatten, die von Gegenständen geworfen werden, zur Zeitmessung an. Die Chinesen, die der übrigen Welt in wissenschaftlichen Belangen weit voraus waren, verwendeten bereits um 1100 v. Chr. einen Schattenstab (Gnomon) zur Bestimmung der Tageszeit. Ebenso nützten die Völker des Zwischenstromlandes den Stand der Sonne zur Zeitmessung. Die Ägypter nützten die Schattenlänge der Obelisken zur Vorhersage der Nilüberschwemmungen. Wegen der Neigung der Polachse zur Sonnenbahn um 23½° ändert der tägliche Mittagsschatten auch im Laufe eines Jahres seine Länge. Auf der Nordhalbkugel ist er zur Sommersonnenwende am kürzesten, zur Wintersonnenwende am längsten. Markiert man im Jahreslauf den täglichen Mittagsschatten, so erhält man einen halbwegs genauen Kalender. Die Länge und Richtung des Schattens im Tageslauf lässt auf die Tageszeit schließen. Der tägliche kürzeste Schatten zeigt genau nach Norden und ermöglicht die Bestimmung der Himmelsrichtung.
Abb. 1: Länge des Schattens eines Obelisken zur Datumsbestimmung
Grafik: ©Harald Hartmann
Schattenstab der modernen astronomischen Sonnenuhr, Georgenberg, Wien-Mauer
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Herodot (ca. 450 v. Chr.) schreibt, dass die Griechen die Sonnenuhr von den Babyloniern übernommen hätten. Nach Rom kamen die ersten Sonnenuhren etwa 300 v. Chr. Die Römer verbreiteten sie dann über Europa.
Im Mittelalter war es vor allem für die Klöster wichtig, die Zeiten für die Stundengebete einzuteilen. Die genaue Länge der Stunden spielte eine untergeordnete Rolle. So finden wir auf mittelalterlichen Kirchen und Klöstern oft einfache, manchmal in den Stein geritzte Sonnenuhren, die den lichten Tag (die Zeit zwischen Sonnenaufgang und Sonnenuntergang) in gleiche Teile teilten. Sonnenuhren, die die Zeit in heutigem Sinn anzeigten verbreiten sich erst ab dem 16. Jhdt.
Abb 2: Sonnenuhr aus dem 16. Jhdt. - Wien, Stephansdom
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Nicht nur Klöster benötigten halbwegs genaue Zeitanzeigen. Auch im Alltag war die Kenntnis der Tageszeit oft von großer Wichtigkeit. So begegnen uns etwa heute noch im Bereich der Südtiroler Bewässerungsanlagen, der sogenannten Waale, in der Gegend von Naturns wunderschöne Sonnenuhren auf den Bauernhöfen. Sie waren notwendig, um die Wasserzuteilung an die einzelnen Bauern gerecht und planmäßig zu ermöglichen.
Mit der Entwicklung der Räderuhr war die Zeit der Sonnenuhr noch keineswegs abgelaufen. Sie wurde benötigt, um die mechanischen Uhren richtig zu stellen. Auf Kirchtürmen oder Schlössern sieht man deshalb Räderuhren oft in unmittelbarer Nähe von Sonnenuhren.
Abb 3: Uhrenensemble im Inneren Burghof, Wien
© Harald Hartmann
Noch im Zweiten Weltkrieg wurden von den englischen Truppen in Afrika Sonnenuhren mitgeführt. Die mechanischen Schwestern blieben durch die Einwirkung von Sand und Staub einfach stehen.
Die Einteilung der Zeit
Abb 4: Kanoniale Sonnenuhr in Schöngrabern,NÖ
© Harald Hartmann
Im Altertum wurden die Tagzeit und die Nachtzeit in je zwölf gleichlange Stunden geteilt. Die Länge dieser „Antiken Stunden“ oder „Temporalstunden“ änderte sich mit der Jahreszeit. Im Sommer waren die Nachtstunden länger als die Tagstunden, im Winter war es umgekehrt. Gezählt wurden die Stunden ab Sonnenaufgang. So war z.B. die die sechste Stunde die Mittagsstunde. Bei Sonnenuhren dieser Bauart steht der Schattenstab (Gnomon) im Rechten Winkel auf das Stundenblatt. Sonnenuhren dieser Konstruktion nennt man auch „Kanoniale Sonnenuhren“
Im 14. Jhdt., mit dem zunehmenden Handels- und Reiseverkehr und dem Aufkommen von Räderuhren wurde es notwendig, den Tag in gleich lange Teile zu teilen. Der Zeitraum zwischen zwei unteren Meridiandurchgängen der Sonne, ein „Wahrer Sonnentag“ besteht aus zwei mal zwölf gleich langen Stunden. Dieses Zeitmaß wird auch „Äquinoktialstunde“ genannt. Bei Sonnenuhren welche Äquinoktialstunden anzeigen, steht der Stundenzeiger (Gnomon) parallel zur Erdachse.
Abb 5: Äquinoktialstunden am Beispiel der Sonnenuhr am Stift Ossiach, Kärnten
© Harald Hartmann
In einigen Gebieten, so in Norditalien wurde der Beginn der Zählung auf den Sonnenuntergang gelegt. Der Tagesbeginn und der Stundenwinkel sind bei dieser Stundenzählung von der jahreszeitlichen Sonnenneigung (Deklination) abhängig. Sonnenuhren. Die solche Stundenanzeigen müssen daher mit einer - meist kugelförmigen –Markierung auf dem Gnomon ausgestattet sein. Diese Zeitzählung wird auch auch als „Italiensche Stunden“ (manchmal auch böhmische oder welsche Stunden) bezeichnet. Die bis zum Sonnenuntergang verbleibende Zeit lässt sich einfach als Differenz zwischen 24 und der angezeigten Zeit errechnen.
Abb 6: Italienische Stunden am Beispiel der Sonnenuhr am Stift Ossiach, Kärnten
© Harald Hartmann
Eine weitere Zählweise sind „Babylonische Stunden“ oder „Griechische Stunden“. Hier wird der Zählbeginn der 24 gleichlangen Stunden mit Sonnenaufgang festgelegt. Auch hier ist der Stundenwinkel von der Jahreszeit abhängig und ein Punktschatten erforderlich. Die Zeitangabe entspricht, und das ist der praktische Nutzen dieser Einteilung, der seit Sonnenaufgang vergangenen Zeit.
Abb 7: Griechische Stunden am Beispiel der Sonnenuhr am Stift Ossiach, Kärnten
© Harald Hartmann
Wie spät ist es wirklich?
Diese Frage erscheint auf den ersten Blick überflüssig. Jeder weiß, dass eine Stunde der vierundzwanzigste Teil eines Tages ist. Bei genauerer Betrachtung bemerken wir, dass die Stunden, je nach Jahreszeit, ungleich lang sind. Der Grund dafür ist, dass die Erdbahn um die Sonne keinen exakten Kreis darstellt, sondern eine Ellipse, in deren einem Brennpunkt die Sonne steht. Die Flächen, die die Erdbahn in gleichen Zeitabständen überstreicht sind immer gleich groß. Diese Gesetzmäßigkeiten wurden von dem Grazer Astronomen Johannes Kepler 1609 formuliert (1. und 2. Keplersches Gesetz). Im Winterhalbjahr bewegt sich daher die Erde schneller auf ihrer Bahn und im Sommerhalbjahr langsamer.
Abb 8: Das Erste und Zweite Keplersche Gesetz
Grafik: ©Harald Hartmann
Die Sonnenzeit weicht aus diesem Grund und wegen der Neigung der Erdachse im Laufe eines Jahres bis zu 15 Minuten von einem gleichmäßigen Zeitmaß ab. Diese Abweichung nennt man Zeitgleichung.
Abb 9: Die Zeitgleichung
Grafik: © Harald Hartmann
Auf manchen Sonnenuhren ist eine nach der Zeitgleichung berechnete Achterschleife mit Datumsangeben, meistens jedoch mit den dazugehörigen Tierkreiszeichen zu sehen. Mittels dieser und einem punktförmigen Schattengeber kann man die genaue Mittagszeit ermitteln. Der Exakte Mittagszeitpunkt ist der, an dem der Schatten des Punktförmigen Schattengebers auf dem Gnomon den entsprechenden Datumspunkt auf der Achterschleife trifft.
Abb 10: Achterschleife zur Ermittlung der Mittagszeit
auf einer modernen Sonnenuhr in Klosterneuburg
© Harald Hartmann
Die so von einer Sonnenuhr angezeigte Zeit nennt man „Wahre Ortszeit“. Warum, so fragt sich mancher Betrachter einer Sonnenuhr, zeigt diese dann nicht die auf der Armbanduhr gezeigte, sondern eine „falsche“ Zeit an? Der Grund dafür liegt einfach darin, dass unsere Uhren nach einem Zeitnormal, Mitteleuropäische Zeit (MEZ) genannt wird, gerichtet sind. Da die Sonne täglich einen scheinbaren Vollkreis von 360° beschreibt, rückt sie pro Stunde um 15° weiter. Ist es also am Nullmeridian genau 12 Uhr, so ist es am fünfzehnten Längengrad bereits ein Uhr Nachmittag wahrer Ortszeit. Um diese Zeitunterschiede auszugleichen, wurden Zeitzonen geschaffen.
Die Mitteleuropäische Zeit entspricht der Ortszeit des fünfzehnten Grades östlicher Länge, gilt aber für den gesamten Mitteleuropäischen Raum. Der fünfzehnte Längengrad verläuft in Österreich etwa auf einer Linie von der steirisch-kärntnerischen Grenze im Süden nach Gmünd im Waldviertel im Norden. Nur auf dieser Linie entspricht die Wahre Ortszeit mit hinreichender Genauigkeit der Mitteleuropäischen Zeit. In Vorarlberg (10° ö. L.) etwa gehen alle Sonnenuhren 20 Minuten „nach“, im östlichen Niederösterreich (17° ö. L.) acht Minuten „vor“.
Seit einigen Jahren wurde die „Mitteleuropäische Sommerzeit“ (MESZ) eingeführt: Vom letzten Sonntag im März bis zum letzten Samstag im Oktober werden die Uhren um eine Stunde vor gestellt, sodass in dieser Periode 12 Uhr MEZ 13 Uhr MESZ entspricht. Moderne Sonnenuhren haben daher manchmal zwei Skalen. Eine für das Winterhalbjahr und eine für das Sommerhalbjahr.
Abb. 11: Sonnenuhr mit Skalen für Sommer- und Winterzeit
Schirmannsreith, Waldviertel, Niederösterreich
© Markus Hartmann, Juni 2006
Die Zeit wird immer schnelllebiger. War die Einheit der Zeit im Altertum der Tag, so benötigte man im Mittelalter bereits die Stunde als Zeitnorm. In der Neuzeit wurde die Welt immer schnelllebiger, Die Sekunde wurde zur Zeiteinheit. Sie war bis in die 50er-Jahre definiert als der 86.400te Teil eines mittleren Sonnentages.
In unserer modernen und hektischen Welt, in der milliardstel Bruchteile einer Sekunde gemessen werden (Nach dem derzeitigen Zeitnormal ist eine Sekunde die Zeit, in der 9.192.631.770 Atomschwingungen von Caesium ablaufen), üben Sonnenuhren auf uns einen besonderen Reiz aus. Manche von ihnen sind Schätze europäischen Kunstschaffens. Überdies ist der Schatten, der unerbittlich auf dem Zifferblatt fortschreitet, immer noch Mahner des ewig Vergänglichen.
Abb 12: Sonnenuhr mit Sinnspruch
Klosterneuburg-Weidling, NÖ
© Harald Hartmann
Monduhren
Ganz selten, wieder vor allem in Klöstern, um die Gebetszeiten bestimmen zu können, wurden Sonnenuhren auch als Monduhren konstruiert. In mondhellen Nächten, also um die Zeit des Vollmondes, wenn sein Schatten deutlich sichtbar ist, kann man auch in der Nacht die Uhrzeit ermitteln. Da der Mond um die Erde wandert, muss allerdings entsprechend dem Mondalter die in Stunden umgerechnete Winkeldifferenz zwischen Sonne und Mond (Rektaszension) zur angezeigten Zeit hinzugerechnet werden.
Monduhr im Stift Heiligenkreuz
Aufgenommen mit freundlicher Genehmigung des Stiftes Heiligenkreuz
© Harald Hartmann
Das Mondalter gibt die Anzahl der Tage nach dem letzten Neumond an. Es beginnt mit 0 Tagen bei Neumond und kann maximal 29,53 Tage erreichen. Bei Vollmond (Mondalter 15 Tage) beträgt diese Differenz 12 Stunden. Bei Vollmond um Mitternacht zeigt der Schatten der Monduhr 12. Jeden Tag ändert sich dieser Faktor um etwa 48 Minuten.
Eine solche Monduhr ist im Stift Heiligenkreuz im Wienerwald noch erhalten. Sie befindet sich allerdings in der Klausur, einem Bereich des Klosters, der ausschließlich Mönchen vorbehalten ist und ist daher nicht zugänglich.
Quelle: Harald Hartmann, Juni 2006
© Harald Hartmann