Sonnenuhren
Durch die Richtung, aus der die Sonne scheint, kann man die Uhrzeit (den Stundenwinkel) bestimmen. Deswegen ist der wichtigste Teil der meisten Sonnenuhren ein Schattenwerfer (Gnomon).
Durch die Neigung der Erdachse und die unterschiedliche Geschwindigkeit der Bewegung der Erde um die Sonne ergeben sich dabei Abweichungen bis etwa ±5 Minuten im Sommer- und bis etwa ±15 Minuten im Winterhalbjahr.
"Die Sonnenuhr geht immer richtig,
die Räderuhr nimmt man zu wichtig."
(Die Abweichungen von maximal ±15 Minuten spielten bis Ende des 19. Jh. kaum eine Rolle.
Der Sonnenhöchststand (Zenit) war als 12 Uhr festgelegt. Die Räderuhren wurden nach der Sonne gestellt.)
Berechnung der maximalen Sonnehöhe σ
Die Grafik zeigt den Sonnenstand am 20. März 2023 und am 23. September 2023 – senkrecht über dem Äquator. Da die Sonne 109-mal größer ist als die Erde, treffen die Sonnenstrahlen nahezu parallel auf die Erde. Aus der Skizze kann man ablesen, dass der Höhenwinkel σ sich aus dem Breitengrad φ wie folgt berechnet:
σ = 90º - φ
Für Saarbrücken ergibt sich folglich bei Tag- und Nachtgleiche die maximale Sonnehöhe: σ = 90º – 49,2º = 40,8º
Neigt sich die Erdachse im Laufe eines Jahres um ± 23,4º, ergibt sich in Saarbrücken für die Sommersonnenwende eine maximale Sonnehöhe von 64,2º und zur Wintersonnenwende von 17,4º.
Bei dieser Berechnung handelt es sich um die wahre Sonnenhöhe. Durch die Brechung des Sonnenlichts an der Lufthülle steht sie scheinbar höher, d. h. man sieht die Sonne abends noch ca. eine Viertelstunde länger, obwohl sie sich tatsächlich bereits teilweise unterhalb des Horizonts befindet, und morgens ca. eine Viertelstunde früher, obwohl sie sich noch unterhalb des Horizonts befindet. Dies macht etwa + 0,5º aus. Beim Sonnenhöchststand ist der Weg des Sonnenlichts durch die Luft kürzer und dieser Effekt wesentlich geringer.
Da der Weg des Sonnenlichts durch die Lufthülle unterschiedlich lang ist, ergibt sich in der Nähe des Horizonts eine Abplattung der Kugelform der Sonne.
Aus der scheinbaren Sonnenhöhe kann man, wenn man das Datum berücksichtigt, ebenfalls die Uhrzeit bestimmen oder, wenn man die Uhrzeit kennt, das Datum.
Die Erfindung der Zylindersonnenuhr wird Hermann dem Lahmen (1013-1054), einem Mönch im Kloster Reichenau (Bodensee), im Jahre 1050 zugeschrieben. Sie war vom ausgehenden Mittelalter bis in die Neuzeit hinein verbreitet. Die Benutzung ist einfach und unabhängig von der Nord-Südrichtung, es ist also kein Kompass nötig. Der zylinderförmige Körper hat einen drehbaren Kopf mit einklappbarem Schattenwerferpaar. Rund um den Zylinder sind oben und unten jeweils 2 Ringe mit Monats- und Tagesdaten für das erste und zweite Halbjahr eingezeichnet.
Wenn man den Sommergnomon (kurz) oder den Wintergnomon (lang) auf das Datum einstellt und die Uhr so ausrichtet, dass der Schatten senkrecht nach unten zeigt, kann man an den Linien die Uhrzeit ablesen.
Vorgänger war der chinesische Pilgerstab (rechts an der Wand).
Gnomonische Äquatorialuhr
Die Sonnenuhr ist eine getreue Kopie eines von Philipp Pfeffenhauser (1654 - 1733) in Augsburg gebauten Instruments. Soll die Zeit abgelesen werden, so wird zuerst die Lotwaage aufgerichtet und das Instrument mit Hilfe der beiden Stellschrauben waagrecht gestellt. Nun wird der Viertelkreis des Breiten-Quadranten aufgerichtet, die Äquatorialebene wird darüber geschoben und die geografische Breite wird eingestellt. Die Breiten einiger großer europäischer Städte sind übrigens auf der Oberseite des Instruments eingraviert. In der untersten Zeile steht dann: Philipp Pfeffenhauser Augsburg 48. Als letztes wird die Höhe des halbkreisförmigen Schattenwerfers auf dem Schieber entsprechend dem aktuellen Monat eingestellt. Jetzt wird die Sonnenuhr solange gedreht, bis die Spitze des Schattens, den der Schattenwerfer wirft, auf die Linie eines der beiden Zifferblätter fällt. Die Zifferblätter zeigen die Stunden des Vormittags bzw. die Stunden des Nachmittags.
