Haben Sie sich auch schon gefragt, wieso Sonnenuhren manchmal etwas vor- oder nachgehen? Hier finden Sie die Antwort.

DIREKT ZUR SONNENZEIT SONNENUHR

Digitale Sonnenzeit – Equation Clock
Koordinierte Zeitzonen-Uhrzeiten, wie sie heute weit verbreitet sind, zeigen eine einzige Zeit für die einer Zeitzone zugehörigen Gebiete. Dabei stimmt die angezeigte Zeit nur an dem Standort, an dem sie ermittelt wird und unterliegt selbst dort noch Schwankungen von ± 16 Minuten gegenüber der wahren Sonnenzeit.
Analoge Sonnenuhren zeigen zwar die wahre Sonnenzeit, sind aber vom Sonnenlicht abhängig und müssen zudem fest installiert, bzw. nach dem Himmelsmeridian ausgerichtet sein. Handliche analoge Ringsonnenuhren zeigen zwar die wahre Sonnenzeit, aber nur wenn die Sonne scheint sowie zur Mittagszeit nur ungenau und zu den Sonnenwenden gar nicht. Zudem muss bei ihnen bekannt sein, ob es Vormittag oder Nachmittag ist.
Die Schwankungen in der wahren Sonnenzeit entstehen durch die Bewegungen der Himmelskörper und ihren gegenseitigen Beeinflußungen darin. Die sogenannte "Zeitgleichung" (Equation of time) ist eine mathematische Formel, die diese Schwankungen berechnet. Die Zeitgleichung ist die Differenz zwischen der gemittelten Sonnenzeit und der wahren Sonnenzeit. Eine Digitale Sonnenuhr mit Zeitgleichung (equation clock) berechnet anhand der Universal Coordinated Time (UTC+0, bzw. Greenwich Mean Time (GMT)), einer Längengrad-Koordinate und der Zeitgleichung die wahre Sonnenzeit für einen beliebigen Standort auf der Erde zu jeder Tageszeit.

Sonnenzeit/Ortszeit – Eisenbahnzeit – Zonenzeit
Bis vor der Einführung von einheitlichen Eisenbahnzeiten galt an jedem Ort der Welt die sogenannte "Ortszeit". Die Ortszeit jeden Ortes wurde an einer Sonnenuhr abgelesen, bzw. am Durchlauf der Sonne durch den Himmelsmeridian (12:00 Uhr Mittags). Mit zweiter Methode wird die wahre Sonnenzeit bestimmt, die auch wahre Ortszeit (WOZ) genannt wird. Die WOZ unterliegt Schwankungen, die für den Zeitraum eines Jahres in der mittleren Sonnenzeit, die auch mittlere Ortszeit (MOZ) genannt wird, gemittelt sind. Fest angebrachte und unbewegliche Sonnenuhren zeigen die WOZ an. Bei einigen Sonnenuhren wurden zur allgemeinen Information die Differenzen zwischen der WOZ und der MOZ angebracht.
Die verschiedenen Zeiten haben ihren Ursprung in ihrem "Zeitmacher". Bei der wahren Sonnenzeit ist der Zeitmacher die Sonne selbst. Bei der mittleren Sonnenzeit ist der Zeitmacher eine Uhr mit Referenz zur Sonne. Bei der digitalen Sonnenuhr mit Zeitgleichung (equation clock) ist der Zeitmacher ein Computer mit Referenz zur Sonne.

Die Umstellung von der Sonnenzeit zur Ortszeit zur Zonenzeit.

Links: Eine Sonnenuhr mit Zeitgleichung-Tabelle für Mitteleuropäische Zeit (MEZ) in der polnischen Stadt Jędrzejów. (Foto: Jakub Hałun, CC BY-SA 3.0).
"NALEZY ODJAC MINUT" (Man soll die Minuten abziehen [für MEZ]).
"PIERWSZEGO" (am Ersten).
"DZIESIATEGO" (am Zehnten).
"DWUDZIESTEGO" (am Zwanzigsten).
Mitte: Historische Angabe der Zeitdifferenz von mittlerer Ortzeit zu Berlinerzeit am Bahnhof Beverungen (Nordrhein-Westfalen). (Foto: Martin Hasselblatt, CC BY-SA 3.0).
Rechts: Landkarte von 1894 mit der Zeitzone der Mitteleuropäischen Zeit am Meridian von Stargard (15. Längengrad) ± 30 Minuten und die überragenden Gebietsteile. (Entwurf: G.Lambelet, Verlag v.Schmidt, Francke & Co., Scan: Dr.-Ing. S.Wetzel, gemeinfrei).

Mit Ausweitung des Eisenbahnverkehrs über größere Entfernungen wurden für die Fahrpläne einheitliche Zeiten benötigt. Bis vor Einführung der mitteleuropäische Eisenbahn-Zeit (M. E. Z.) am 1. Juni 1891, beruhend auf der Zeit am 15. Längengrad, benutzten die deutschen Eisenbahnen die Berlinerzeit sowie die mittleren Orstzeiten von München, Stuttgart und Frankfurt bzw. Ludwigshafen zur Erstellung ihrer Fahrpläne. Eisenbahnen in anderen Ländern benutzten die mittlere Ortszeit aus ihren Hauptstätten. Die Nordamerikanischen Eisenbahngesellschaften führten bereits 1883 Eisenbahn-Zeitzonen ein. Die Differenz zwischen den Zeitzonen betrug 1 Stunde und hatte eine Ausdehnung von 15 Längengraden. 15 Längengrade entsprechen einem Zeitunterschied von genau 1 Stunde. Diese Eisenbahn-Zonenzeiten in den Eisenbahn-Zeitzonen wurden kurze Zeit nach deren Einführung als die bis heute gültigen Zonenzeiten in den Zeitzonen gesetzlich festgelegt. Aus der Mitteleuropäischen Eisenbahn-Zeit (M. E. Z.) wurde die Mitteleuropäische Zeit (MEZ).

Wie entsteht die Schwankung der Sonnenzeit?
Mond, Erde und Sonne rotieren jeweils umeinander. Die Rotationsbahn (Umlaufbahn) der Erde um die Sonne ist nicht gleichmäßig rund, sondern elliptisch. In einer elliptischen Umlaufbahn nähern und entfernen sich die Objekte. Das hat Auswirkung auf die Umlauf-Geschwindigkeit. Dabei kommt der Pirouetteneffekt zur Geltung, wie bei einer Pirouette beim Eiskunstlauf. Nähert sich die Erde der Sonne, so wird die Umlaufbahn-Geschwindigkeit der Erde beschleunigt. Entfernt sich die Erde von der Sonne, so wird die Umlaufbahn-Geschwindigkeit der Erde verlangsamt.

Zudem bewegt die Sonne sich um den Galaxie-Mittelpunkt der Milchstraße. Dabei ist die Erde einer ähnlichen Situation wie der Mond ausgesetzt. Ist die Umlaufbahn-Richtung der Erde in der selben Umlaufbahn-Richtung der Sonne, so muss die Erde schneller sein als die Sonne, um an ihr vorbeizuziehen, folglich ist sie langsamer. Ist die Umlaufbahn-Richtung der Erde entgegengesetzt der Umlaufbahn-Richtung der Sonne, dann kann die Erde langsamer als die Sonne sein und diese an sich vorbeiziehen lassen, folglich ist sie schneller.

Es wirken somit mindestens 2 Kräfte, die auf die Eigendrehung der Erde wirken und durch die die Sonnenzeit ins schwanken gerät. In der Grafik ist eine dieser Kräfte grafisch dargestellt.

Rotation von Mond, Erde und Sonne.

Perihel: sonnennahester Punkt der Erde — 147,099 Mio. km — 3. Januar.
Aphel: sonnenfernster Punkt der Erde — 152,096 Mio. km — 5. Juli.

Positionen der Sonne im Vergleich zur Mittleren Ortszeit von der nördlichen und südlichen Hemisphere betrachtet.

Diese 8 (Analemma) am Himmel entsteht, wenn jeden Tag im Jahr um 12:00 Mittags nach MEZ ein Foto der Sonne mit einer fest auf den Himmelsmeridian eingerichteten Kamera gemacht wird.

Das erste Sonnen-Ereignis am Jahresanfang ist ein Perihel.
Das vorletzte Sonnen-Ereignis am Jahresende ist eine Sonnenwende (Solstice).
Das letzte Sonnen-Ereignis am Jahresende ist ein Nullpunkt (Zero Point).

NH = Northern Hemisphere (Nördliche Hemisphere)
SH = Southern Hemisphere (Südliche Hemisphere)
Celestial Meridian = Himmelsmeridian
Celestial Equator = Himmelsäquator
Vernal Equinox = Frühlingspunkt (Frühling-Äquinoktium, Tagundnachtgleiche)
Autumnal Equinox = Herbstpunkt (Herbst-Äquinoktium, Tagundnachtgleiche)
Summer Solstice = Sommersonnenwende
Winter Solstice = Wintersonnenwende
Minimum/Maximum = Sonnenzeit Sonnenwende
Perihel: sonnennaheste Punkt (147,099 Mio. km)
Aphel: sonnenfernster Punkt (152,096 Mio. km)
Local Mean Time = Mittlere Ortszeit

"Zero Point" bedeutet, dass die wahre Sonnenzeit mit der mittleren Sonnenzeit übereinstimmt. (WSZ = MSZ).

"Minimum Point" bedeutet, dass die wahre Sonnenzeit (WSZ) im Minus zur mittleren Sonnenzeit (MSZ) liegt, also die Sonnenuhr nach geht. Wenn es 12:00 MSZ ist, dann ist es z. B. erst 11:44 WSZ. (WSZ < MSZ).

"Maximum Point" bedeutet, dass die wahre Sonnenzeit (WSZ) im Plus zur mittleren Sonnenzeit (MSZ) liegt, also die Sonnenuhr vor geht. Wenn es 12:00 MSZ ist, dann ist es z. B. schon 12:14 WSZ. (WSZ > MSZ).


Der Sonnenlauf eines Jahres:

Perihel: ~3. January (sonnennaheste Punkt, 147 Mio. km)

1. (Greatest) Minimum Point: 11. February (Große Sonnenzeit Sonnenwende Ost, Größter Nachlauf der Sonne)

Vernal Equinox: 19./20./21. March (Äquinoktium, Frühlingspunkt(NH)/Herbstpunkt(SH), Tagundnachtgleiche)

1. Zero Point: 15. April (Zeitgleichheit am Zonenzeit-Bestimmungs-Längengrad)

1. (Second Greatest) Maximum Point: 14. May (Kleine Sonnenzeit Sonnenwende West, Zweitgrößter Vorlauf der Sonne)

2. Zero Point: 13. June (Zeitgleichheit am Zonenzeit-Bestimmungs-Längengrad)

Summer(NH)/Winter(SH) Solstice: 20./21./22. June (Sommersonnenwende(NH)/Wintersonnenwende(SH))

Aphel: ~5. July (sonnenfernster Punkt, 152 Mio. km)

2. (Second Greatest) Minimum Point: 26 July (Kleine Sonnenzeit Sonnenwende Ost, Zweitgrößter Nachlauf der Sonne)

3. Zero Point: 1. September (Zeitgleichheit am Zonenzeit-Bestimmungs-Längengrad)

Autumnal Equinox: 22./23./24. September (Äquinoktium, Frühlingspunkt(NH)/Herbstpunkt(SH), Tagundnachtgleiche)

2. (Greatest) Maximum Point: 3. November (Große Sonnenzeit Sonnenwende West, Größter Vorlauf der Sonne)

Winter(NH)/Summer(SH) Solstice: 20./21. December (Wintersonnenwende(NH)/Sommersonnenwende(SH))

4. Zero Point: 25. December (Zeitgleichheit am Zonenzeit-Bestimmungs-Längengrad)


Positionen der Sonne im Vergleich zur Mittleren Ortszeit von der nördlichen Hemisphere betrachtet.

Diese 8 (Analemma) am Himmel entsteht, wenn jeden Tag im Jahr um 12:00 Mittags nach MEZ ein Foto der Sonne mit einer fest auf den Himmelsmeridian eingerichteten Kamera gemacht wird.

Example / Rechenbeispiel

Zero Point
GMT/London
Differenz Zeitgleichung: ±00:00
Northwestspain/Santiago de Compostela
Differenz zu GMT: -36:30
Differenz Zeitgleichung: ±00:00

11. February (Greatest Minimum Point, Größter Nachlauf der Sonne)
GMT/London
Differenz Zeitgleichung: -14:00
Northwestspain/Santiago de Compostela
Differenz zu GMT: -50:30 (-36:30 + -14:00 = -50:30)
Differenz Zeitgleichung: -14:00 (-50:30 - -36:30 = -14:00)

14. May (Second Greatest Maximum Point, Zweitgrößter Vorlauf der Sonne)
GMT/London
Differenz Zeitgleichung: +03:30
Northwestspain/Santiago de Compostela
Differenz zu GMT: -33:00 (-36:30 + +03:30 = -33:00)
Differenz Zeitgleichung: +03:30 (-33:00 - -36:30 = +03:30)

26 July (Second Greatest Minimum Point, Zweitgrößter Nachlauf der Sonne)
GMT/London
Differenz Zeitgleichung: -06:30
Northwestspain/Santiago de Compostela
Differenz zu GMT: -43:00 (-36:30 + -06:30 = -43:00)
Differenz Zeitgleichung: -06:30 (-43:00 - -36:30 = -06:30)

3. November (Greatest Maximum Point, Größter Vorlauf der Sonne)
GMT/London
Differenz Zeitgleichung: +16:30
Northwestspain/Santiago de Compostela
Differenz zu GMT: -20:00 (-36:30 + +16:30 = -20:00)
Differenz Zeitgleichung: +16:30 (-20:00 - -36:30 = +16:30)


Beschleunigung und Verzögerung

Die eliptische Umlaufbahn der Erde um die Sonne (Erdbahn) beträgt in etwa 940.000.000 km (940 Millionen km). Die Erde umrundet die Sonne in einem Jahr. Die Geschwindigkeit der Erde (Erdgeschwindigkeit) beträgt dabei im Mittel 29,77 km/s (107.155,00 km/h). Wenn die Erde sich auf ihrer eliptischen Umlaufbahn um die Sonne der Sonne nähert (Perihel), dann wird sie in ihrer Geschwindigkeit auf ihrer Laufbahn beschleunigt. Entfernt sich die Erde von der Sonne Richtung Aphel, dann wird sie in ihrer Geschwindigkeit auf der Laufbahn um die Sonne abgebremst (verzögert). Beides hat Auswirkungen auf die Eigenrotation der Erde, durch die die Länge eines Tages bestimmt wird. Durch die eliptische Umlaufbahn der Erde um die Sonne sind die Tage in einem Jahr nicht nur kürzer oder länger, sondern werden aufeinanderfolgend zudem langsamer oder schneller kürzer oder länger.

Die Beschleunigung und das Abbremsen (Verzögerung) der Geschwindigkeit der Erde um die Sonne und folglich auch der Eigenrotation der Erde geschieht mit einer beschleunigten oder verzögerten Verzögerung sowie einer verzögerten oder beschleunigten Beschleunigung.

Am 3. Januar ist die Erde der Sonne am nahesten (Perihel). Bereits ab dem 3. November findet eine beschleunigte Verzögerung der Eigenrotation der Erde statt, die zwei Tage vor dem Perihel am 1. Januar ihre höchste beschleunigte Verzögerung erreicht. Bereits 2 Tage vor dem Erreichen des Perihel wird die weiterhin anhaltende Verzögerung bis zur Sonnenzeitwende am 11. Februar wieder verzögert. Ab dem 11. Februar findet eine beschleunigte Beschleunigung statt, die bis zum 26. März anhält und an diesem Tag die höchste beschleunigte Beschleunigung in dieser Phase erreicht. Ab dem 26. März findet eine verzögerte Beschleunigung statt, die zur Sonnenzeitwende am 14. Mai ihre niedrigste Beschleunigung erreicht. Ab dem 14. Mai tritt eine beschleunigte Verzögerung ein, die bis 13 Tage vor dem Aphel am 5. Juli bis zum 20. Juni anhält und an diesem Tag die höchste Verzögerung in dieser Phase erreicht. Ab dem 20. Juni tritt eine verzögerte Verzögerung ein, die bis 21 Tage nach dem Aphel am 5. Juli bis zur Sonnenzeitwende am 26. Juli anhält. Ab dem 26. Juli wandelt sich die verzögerte Verzögerung in eine beschleunigte Beschleunigung um und hält bis zum 17. September an. Ab dem 17. September findet bis zur Sonnenzeitwende am 3. November eine verzögerte Beschleunigung statt. Ab dem 3. November findet bis zwei Tage vor dem Perihel am 3. Januar bis zum 1. Januar eine beschleunigte Verzögerung statt, die an diesem Tag ihre höchste Verzögerung erreicht und sich dann wieder in eine verzögerte Verzögerung umwandelt.

1. Januar (Perihel -2 Tage) bis 11. Februar (Sonnenzeitwende): verzögerte Verzögerung.
11. Februar (Sonnenzeitwende) bis 26. März: beschleunigte Beschleunigung.
26. März bis 14. Mai (Sonnenzeitwende): verzögerte Beschleunigung.
14. Mai (Sonnenzeitwende) bis 20. Juni (Aphel -13 Tage): beschleunigte Verzögerung.
20. Juni (Aphel -13 Tage) bis 26. Juli (Sonnenzeitwende): verzögerte Verzögerung.
26. Juli (Sonnenzeitwende) bis 17. September: beschleunigte Beschleunigung.
17. September bis 3. November (Sonnenzeitwende): verzögerte Beschleunigung.
3. November (Sonnenzeitwende) bis 1. Januar (Perihel -2 Tage): beschleunigte Verzögerung.

1. Januar: höchste Verzögerung, +31,52 Sekunden/Tag, 1 Tag = 24:00:31,52 (HH:MM:SS).
11. Februar: 1 Tag = 24:00:00 (HH:MM:SS).
26. März: zweithöchste Beschleunigung, -18,17 Sekunden/Tag, 1 Tag = 23:59:41,83 (HH:MM:SS).
14. Mai: 1 Tag = 24:00:00 (HH:MM:SS).
20. Juni: zweithöchste Verzögerung, +13,10 Sekunden/Tag, 1 Tag = 24:00:13,10 (HH:MM:SS).
26. Juli: 1 Tag = 24:00:00 (HH:MM:SS).
17. September: höchste Beschleunigung, -21,39 Sekunden/Tag, 1 Tag = 23:59:21,39 (HH:MM:SS).
3. November: 1 Tag = 24:00:00 (HH:MM:SS).

Der längste Tag im Jahr ist der 1. Januar mit 24:00:31,52 (HH:MM:SS).
Der kürzeste Tag im Jahr ist der 17. September mit 23:59:21,39 (HH:MM:SS).

Die Erde dreht sich langsamer und die Tage sind länger:
Vom 3. November bis 11. Februar.
Vom 14. Mai bis 26. Juli.

Die Erde dreht sich schneller und die Tage sind kürzer:
Vom 11. Februar bis 14. Mai.
Vom 26. Juli bis 3. November.

Vom 3. November bis 11. Februar (100 Tage) wird eine Zeitdifferenz von insgesamt Minus 30 Minuten und 30 Sekunden (-00:30:30, HH:MM:SS) erreicht. Zwischen Weihnachten und Neujahr dreht sich die Erde täglich um ~30 Sekunden langsamer — ein Tag hat 24:00:30 (HH:MM:SS).

Perioden der Geschwindigkeit der Selbstrotation der Erde auf ihrer Laufbahn um die Sonne.

delayed delay = verzögerte Verzögerung.
accelerated acceleration = beschleunigte Beschleunigung.
delayed acceleration = verzögerte Beschleunigung.
accelerated delay = beschleunigte Verzögerung.

Beschleunigungsperioden:
1. Januar bis 26. März: Beschleunigung.
26. März bis 20. Juni: Verzögerung.
20. Juni bis 17. September: Beschleunigung.
17. September bis 1. Januar: Verzögerung.

3. Januar: Perihel - sonnennahester Punkt der Erde.
1. Januar bis 11. Februar: verzögerte Verzögerung (41 Tage).
11. Februar bis 26. März: beschleunigte Beschleunigung (43 Tage).
26. März bis 14. Mai: verzögerte Beschleunigung (49 Tage).
14. Mai bis 20. Juni: beschleunigte Verzögerung (37 Tage).
5. Juli: Aphel - sonnenfernster Punkt der Erde
20. Juni bis 26. Juli: verzögerte Verzögerung (36 Tage).
26. Juli bis 17. September: beschleunigte Beschleunigung (53 Tage).
17. September bis 3. November: verzögerte Beschleunigung (47 Tage).
3. November bis 1. Januar: beschleunigte Verzögerung (59 Tage).
3. Januar: Perihel - sonnennahester Punkt der Erde.

Beschleunigung - Verzögerung Perioden:
3. Januar bis 5. Juli: 183 Tage.
20. Juni bis 1. Januar: 195 Tage.

Perihel - Aphel Perioden:
1. Januar bis 20. Juni: 170 Tage.
5. Juli bis 3. Januar: 182 Tage.

1. Januar: größte Perioden-Verzögerung (24:00:31,52).
3. Januar: Perihel - sonnennahester Punkt der Erde.
1. Januar bis 11. Februar: verzögerte Verzögerung (41 Tage).
11. Februar: Mittel (24:00:00,00).
11. Februar bis 26. März: beschleunigte Beschleunigung (43 Tage).
26. März: größte Perioden-Beschleunigung (23:59:41,83).
26. März bis 14. Mai: verzögerte Beschleunigung (49 Tage).
14. Mai: Mittel (24:00:00).
14. Mai bis 20. Juni: beschleunigte Verzögerung (37 Tage).
20. Juni: größte Perioden-Verzögerung (24:00:13,10).
5. Juli: Aphel - sonnenfernster Punkt der Erde.
20. Juni bis 26. Juli: verzögerte Verzögerung (36 Tage).
26. Juli: Mittel (24:00:00).
26. Juli bis 17. September: beschleunigte Beschleunigung (53 Tage).
17. September: größte Perioden-Beschleunigung (23:59:38,61).
17. September bis 3. November: verzögerte Beschleunigung (47 Tage).
3. November: Mittel (24:00:00).
3. November bis 1. Januar: beschleunigte Verzögerung (59 Tage).
1. Januar: größte Perioden-Verzögerung (24:00:31,52).
3. Januar: Perihel - sonnennahester Punkt der Erde.


Zeitzonen Zeitgleichheit-Linie

Jedes Jahr am 15. April, 13. Juni, 1. September und 3. November stimmt die Sonnenzeit am Längengrad einer Zeitzone mit dieser Zonenzeit (ohne Sommerzeit) überein. Diese Übereinstimmung der beiden Zeiten wird Zeitgleichheit (time-equivalence) genannt, während die Berechnung des Zeitunterschieds zwischen Zonenzeit und Sonnenzeit Zeitgleichung (equation of time) genannt wird. Bei Sommerzeit von +1 Stunde wird diese Zeitgleichheit um 15 Längengrade nach Osten verschoben.
Die Zeitgleichheit verläuft entlang eines Längengrads und kann Zeitgleichheit-Linie (time-equivalence-line) genannt werden. Die Zeitgleicheit-Linie verschiebt sich außerhalb der Zeitgleichheit-Tage am Zeitzonen-Längengrad von diesem nach Osten oder Westen. Der jeweilige Längengrad einer Zeitzone liegt dabei zwischen den größten und kleinsten Distanzen der Zeitgleichheit-Linie zum Längengrad einer Zeitzone. Die Distanz vom Längengrad einer Zeitzone zur weitesten Entfernung der Zeitgleichheit-Linie nach Osten (am 11. Februar) ist geringer als der nach Westen (am 3. November).
Vom 3. November bis zum 11. Februar wandert die Zeitgleichheit-Linie von Westen nach Osten und durchläuft am 25. Dezember den Längengrad einer Zeitzone.
Vom 11. Februar bis zum 14. Mai wandert die Zeitgleichheit-Linie von Osten nach Westen und durchläuft am 15. April den Längengrad einer Zeitzone.
Vom 14. Mai bis zum 26. Juli wandert die Zeitgleichheit-Linie von Westen nach Osten und durchläuft am 13. Juli den Längengrad einer Zeitzone.
Vom 26. Juli bis zum 3. November wandert die Zeitgleichheit-Linie von Osten nach Westen und durchläuft am 1. September den Längengrad einer Zeitzone.
Die Zeitgleichheit-Linie wandert dabei bis zu ~10 km pro Tag nach Osten oder Westen. Somit erreicht die Zeitgleichheit-Linie jeden Tag andere Orte innerhalb der Zone, in der die Zeitgleicheit-Line von Ost nach West und West nach Ost wandert.



Sonnenaufgang und Sonnenuntergang
Die Sonnenaufgänge und die Sonnenuntergänge richten sich neben der Wahren Sonnenzeit auch nach der maximalen Tages-Sonnenhöhe (Kulmination) über dem Horizont. Die maximale Tages-Sonnenhöhe (Kulmination) über dem Horizont ist jeden Tag in den Perioden zwischen den Sonnenwenden verschieden. Der Höhenwinkel der Sonnenhöhe unterliegt einer Jahresschwankung von 46,8°. Zu den Tag-und-Nacht-Gleichen beträgt der Höhenwinkel der Sonnenhöhe am Äquator genau 90°. Zu diesem Zeitpunkt schneidet die Ekliptikebene der Erde die Äquatorebene der Erde am Himmelsmeridian. Beide Ebenen sind voneinander um 23,4° versetzt. Der Höhenwinkel der Sonnenhöhe bewegt sich zwischen den beiden Sonnenwenden um 46,8° zum Horizont hin oder vom Horizont weg und durchläuft zu den Tag-und-Nacht-Gleichen die Halbzeit von 23,4°.
Vom 20./21./22. Juni (Sommersonnenwende) bis zum 20./21. Dezember (Wintersonnenwende) bewegt sich die maximale Tages-Sonnenhöhe zum Horizont hin und vom 20./21. Dezember (Wintersonnenwende) bis zum 20./21./22. Juni (Sommersonnenwende) vom Horizont weg.

Sunrise & Sunset table with times in »UTC« for London.
Date	Difference	Sunrise	Difference	Sunset	Difference	Day	Night
03.10.		06:05		17:32		10:27	13:33
02.11.	30	06:56	00:51	16:30	01:02	09:34	14:26
03.11.	Great sun time solstice west
04.11.		07:00		16:27		09:27	14:33
04.12.	30	07:48	00:48	15:52	00:35	08:04	15:56
20./21.12.	Solstice
11.01.		08:03		16:14		08:11	15:49
10.02.	30	07:24	00:39	17:05	00:51	09:41	14:19
11.02.	Great sun time solstice east
12.02.		07:21		17:09		09:48	14:12
14.03.	30	06:18	01:03	18:02	00:53	11:44	12:16

Sunrise & Sunset table with times in »solar time« for London.
Date	Difference	Sunrise	Difference	Sunset	Difference	Day	Night
03.10.		06:16		17:43		10:27	13:33
02.11.	30	07:12	00:56	16:47	00:56	09:34	14:26
03.11.	Great sun time solstice west
04.11.		07:16		16:43		09:27	14:33
04.12.	30	07:58	00:42	16:01	00:42	08:04	15:56
20./21.12.	Solstice
11.01.		07:55		16:06		08:11	15:49
10.02.	30	07:10	00:45	16:51	00:45	09:41	14:19
11.02.	Great sun time solstice east
12.02.		07:07		16:55		09:48	14:12
14.03.	30	06:09	00:58	17:53	00:58	11:44	12:16

Das Zusammenspiel der Schwankungen von Wahrer Sonnenzeit und dem sich täglich verändernden Sonnenhöchststand (Kulmination) ergibt, dass die zeitliche Verschiebung der Tag-und-Nacht-Grenze (Terminator) von Tag zu Tag mal schneller und mal langsamer ist. Am deutlichsten ist das zwischen dem Datum vom Größten Vorlauf der Sonne am 3. November und dem Datum der Wintersonnenwende am 20./21. Dezember zu bemerken. Zwischen dem 04.11. und 04.12. (30 Tage) verschiebt sich der Sonnenaufgang um 48 Minuten, während sich der Sonnenuntergang im gleichen Zeitraum um nur 35 Minuten verschiebt. Genau entgegengesetzt ist es im Zeitraum zwischen der Wintersonnenwende am 20./21. Dezember und dem Größten Nachlauf der Sonne am 11. Februar. Zwischen dem 11.01. und 10.02. (30 Tage) verschiebt sich der Sonnenaufgang um nur 39 Minuten, während sich der Sonnenuntergang im gleichen Zeitraum um 51 Minuten verschiebt.
Die Unterschiede wechseln bei jeder Sonnenwende und jeder Sonnenzeit Sonnenwende. Sonnenwenden gibt es pro Jahr zwei und Sonnenzeit Sonnenwenden gibt es pro Jahr vier — zwei kleine Sonnenzeit Sonnenwenden und zwei große Sonnenzeit Sonnenwenden.

11. Februar: Große Sonnenzeit Sonnenwende Ost (Größter Nachlauf der Sonne)
14. Mai: Kleine Sonnenzeit Sonnenwende West (Zweitgrößter Vorlauf der Sonne)
26. Juli: Kleine Sonnenzeit Sonnenwende Ost (Zweitgrößter Nachlauf der Sonne)
03. November: Große Sonnenzeit Sonnenwende West (Größter Vorlauf der Sonne)


Nebeninfo: 8 Minuten und 19 Sekunden benötigt das Licht der Sonne auf seinem Weg zur Erde.
Die Sonne ist also nie dort am Himmel, wo sie zu sehen ist, sondern schon 8 Minuten und 19 Sekunden (499 Sekunden) weiter.


Herkömmliche mechanische und digitale Uhren zeigen immer nur eine mittlere Ortzeit an, die von der wahren Sonnenzeit abweicht. Bei diesen Uhren ist jede Sekunde, Minute und Stunde in einem Tag immer gleich lang. Bei der wahren Sonnenzeit variiert die Länge von einer Sekunde, Minute und Stunde in einem Tag, da die Himmelskörper sich in ihrer Bewegung beeinflußen. Bei analogen Sonnenuhren wird die wahre Sonnenzeit und somit der Unterschied zur mittleren Ortszeit durch die Sonne selbst angezeigt, allerdings nur dann wenn die Sonne scheint. Bei digitalen Sonnenuhren werden die Schwankungen durch eine sogenannte "Zeitgleichung" (Equation of time) ausgeglichen. Die Zeitgleichung ist eine mathematische Berechnung der Differenz zwischen mittlerer Ortszeit (Local Mean Time) und wahrer Ortszeit (Local Apparent Time). Digitale Sonnenuhren zeigen zu jeder Zeit die wahre Sonnenzeit an.

Äquatorial-Sonnenuhr "Bernhardtsche Walze" - Mittlere Sonnenzeit

Links: Äquatorial-Sonnenuhr "Bernhardtsche Walze" mit einer Sommerwalze am Planetarium Stuttgart.
Mitte: Äquatorial-Sonnenuhr "Bernhardtsche Walze" mit einer Winterwalze am Planetarium Stuttgart.
Rechts: Äquatorial-Sonnenuhr "Bernhardtsche Walze" mit einer Winterwalze am Planetarium Stuttgart und Zeichnung einer simplen Äquatorial-Sonnenuhr.
Fotos: Stefan-Xp, CC BY SA 3.0; Zeichnung: public domain.

Eine Äquatorialsonnenuhr ist nach dem Äquator und der Erdachse ausgerichtet. Mit einer Äquatorialsonnenuhr mit "Bernhardtschen Walzen" kann die Mittlere Sonnenzeit angezeigt werden. Eine Äquatorialsonnenuhr mit "Bernhardtschen Walzen" nutzt den natürlichen Umstand, dass die Schatten im Winter länger und im Sommer kürzer sind. Bei einer simplen Äquatorialsonnenuhr ist das Ziffernblatt eine Scheibe und liegt parallel zur Erd-Äquatorebene. Der Zeiger (Schattenwerfer) liegt parallel zur Erdachse. Bei einer Äquatorialsonnenuhr mit einer "Bernhardtschen Walze" als Schattenzeiger (Gnomon) wird das Himmels-Analemma der Sonne durch die kegelförmigen Walzen ausgeglichen und die Mittlere Sonnenzeit am vorderen Schattenrand angezeigt. Zur Zeitgleichung (equation of time) werden dafür zwei Bernhardtsche Walzen benötigt - eine Sommerwalze und eine Winterwalze - die jeweils zu den Nullpunkten am 13. Juni und 25. Dezember ausgewechselt werden müssen, da das Sonnen-Himmels-Analemma nicht symetrisch ist. Wäre das Analemma symetrisch, so müsste die Walze an diesen beiden Nullpunkten nur umgedreht werden. Bei einem Scheiben-Ziffernblatt wird je nach Sonnenstand die obere oder untere Scheibe von der Sonne beschienen. Insbesondere bei einem Standort am Äquator ist dies deutlich. Ist der Standort näher an den Erdpolen, so kann eine zum Trichter geformte Scheibe das Wechseln von Oberseite zu Unterseite ausgleichen (siehe Fotos).

Die Sonnenzeit – Solar Time
Die wahre Sonnenzeit ist die Zeit, die an einem Tag nach dem Höchststand der Sonne berechnet wird. Steht die Sonne an einem Ort am Himmelsmeridian, also am höchsten, dann ist es dort 12:00 Uhr Mittags. Es wird zwischen "wahrer Sonnenzeit" (wahre Ortszeit, WOZ) und "mittlerer Sonnenzeit" (mittlere Ortszeit, MOZ) unterschieden. Die mittlere Sonnenzeit kann bis zu 16 Minuten von der wahren Sonnenzeit abweichen. Grund dafür ist die ungleichmäßige Geschwindigkeit der Erde auf ihrer elliptischen Umlaufbahn und die Neigung der Erdachse. Die mittlere Sonnenzeit gleicht die Schwankungen der wahren Sonnenzeit durch eine Jahresmittelung aus. Die Greenwich Mean Time (GMT) ist eine mittlere Sonnenzeit.

Die wahre Sonnenzeit
Für die analoge Berechnung der wahren Sonnenzeit für einen Tag, muss an einem Standort der Zeitpunkt notiert werden, an dem die Sonne ihren Höchststand hat, bzw. den Himmelsmeridian durchläuft. Der Zeitunterschied zwischen diesem Zeitpunkt und der 12:00-Uhr-Mittag-Zeit der mittleren Ortszeit verändert sich im Laufe eines Jahres. Der Zeitunterschied, bzw. die Schwankungen innerhalb eines Jahres, kann am Himmel als Analemma (8) beobachtet werden.

Die digitale Sonnenzeit
Die digitale Sonnenzeit wird aus der Greenwich Mean Time (GMT), bzw. UTC+0, der Zeitgleichung (Equation of time) und der geographischen Länge (Längengrad; englisch: longitude) berechnet. Die Position eines Ortes auf der Erde kann anhand der geographischen Länge und Breite bestimmt werden. Der Fernsehturm auf dem Alexanderplatz in Berlin befindet sich bei 52.520817° nördlicher Breite und 13.409414° östlicher Länge. Zur Berechnung der digitalen Sonnenzeit wird die geographische Länge benötigt.

Greenwich Mean Time (GMT)
Die Greenwich Mean Time (GMT) ist die mittlere Sonnenzeit am Nullmeridian (englisch: Prime meridian; 0°) in London (England). Die Koordinierte Weltzeit (UTC) richtet sich nach der Greenwich Mean Time (GMT). Die Universalzeit (Universal Time, UT) hingegen richtet sich nach der wahren Sonnenzeit.

Koordinierte Weltzeit (UTC)
Die Zeit in den weltweiten Zeitzonen, wie die in mitteleuropäischen Staaten geltende Mitteleuropäische Zeit (MEZ; englisch Central European Time, CET), ist mit der Greenwich Mean Time (GMT) koordiniert. Die Ausgangszeit für alle Zeitzonen wird "Koordinierte Weltzeit" (UTC; englisch: Coordinated Universal Time; französisch: Temps universel coordonné) genannt.

Die 24 Zeitzonen auf der Erde in einer Landkarte dargestellt.

Grafik: Derivate work by CIA, public domain.

Zeitzonen und Zonenzeit
Die Erde ist in 24 Zeitzonen mit unterschiedlicher Zonenzeit eingeteilt. Eine Zonenzeit (englisch zone time, standard time) ist die einheitliche Uhrzeit in einer Zeitzone. Die Basis einer Zonenzeit ist die koordinierte Weltzeit (UTC) und ein Längengrad der Erde. Die Mitteleuropäische Zeit (MEZ) wird nach dem 15. Längengrad östlicher Richtung (15°E) ausgerichtet. Die MEZ auf dem 15. Längengrad Ost befindet sich genau eine Stunde von der UTC am Nullmeridian (0°) entfernt. Die koordinierte Weltzeit (UTC) wird für die Greenwich Mean Time (GMT) als UTC+0 und für die Mitteleuropäische Zeit (MEZ) als UTC+1 angegeben.

Die Zeitzonen in Europa in einer Landkarte dargestellt.

Roh-Grafik: Rob984 wikimedia (CC BY-SA 4.0)

Kritik an der Mitteleuropäischen Sommerzeit (MESZ)
Die weitverbreiteste Kritik an der Mitteleuropäischen Sommerzeit (MESZ) ist, dass gegenüber der Mitteleuropäischen Zeit (MEZ) die Zeit in der Sommerzeit in Wirklichkeit eine Stunde zurückgestellt wird, bezüglich der Tatsache, das Leute mit einer geregelten Arbeitszeit Abends eine Stunden eher ins Bett gehen und Frühs eine Stunde eher aufstehen müssen. Wer zu MEZ um 23:00 Uhr ins Bett gehen und um 06:00 aufstehen muss, um ausgeschlafen und pünktlich zur Arbeit zu kommen, muss in der MESZ nach MEZ schon um 22:00 schlafen gehen und um 05:00 aufstehen. Natürlich ist es im Sommer zum Teil um 22:00 noch hell und um 05:00 noch dunkel, was Auswirkungen auf den Schlaf hat.
Bei allen Terminen in der MESZ sind diese nach MEZ immer eine Stunde früher. Sie haben einen Termin um 07:00 in der MESZ? Dann haben Sie den Termin um 06:00 nach MEZ.
Die Einführung der MESZ hatte rein wirtschaftliche Interessen im europäischen Binnenmarkt. Nicht berücksichtigt wurden gesundheitliche Aspekte. Eine Zeitumstellung und die damit einhergehende Verschiebung der Schlafenszeit hat negative Auswirkungen auf die Gesundheit. Das führt wiederum zu höheren Kosten bei der Gesundheitsversorgung und folglich zu einer wirtschaftlichen Stärkung der Pharmaindustrie. Bereits zur Zeit der Einführung der MESZ in Europa (1973 bis 1981) warnte Donald Rumsfeld (1975-1977 Verteidigungsminister der USA, 1977-1985 Vorstandsvorsitzender der G.D. Searle & Company (Einführung von Aspartam, ab 1985 Monsanto)) vor dem Wechsel der Gefahr vom militärisch-industriellen Komplex zur Gefahr vom pharmazeutisch-industriellen Komplex. Veränderungen in der Schlafenszeit bedeuten Streß für Körper und Seele und können zu Depressionen und Krebs führen, bei denen die Zahlen der Betroffenen stetig steigen.

Verschiebung der Mittagssonne
Die digitale Sonnenzeit sieht auf den ersten Blick wie eine Spielerei aus. Sie kann aber auch hilfreich sein. In den Sommermonaten wird manchen Menschen geraten die Mittagssonne zu meiden. Nun weicht die Mitteleuropäische Zeit (MEZ) an manchen Standorten zur wahren Sonnenzeit sehr weit ab. Somit kann allein an Orten in Deutschland die Mittagssonne um bis zu 1 Stunde gegenüber der MEZ abweichen.

Silvester & Mitternacht
Der Vorteil der digitalen Sonnenuhr liegt darin, dass sie auch ohne Sonne funktioniert. Die digitale Sonnenzeit zeigt somit auch den genauen Zeitpunkt von Mitternacht an. Das Feiern vom Jahreswechsel an Silvester ist mit der digitalen Sonnenuhr an jedem Ort der Welt nach wahrer Sonnenzeit möglich (±30 Sekunden).

Beispiele:
Die Mitteleuropäische Zeit (MEZ) weicht am Fernsehturm auf dem Alexanderplatz in Berlin um 00:06:22 (6 Minuten und 22 Sekunden) von der mittleren Ortszeit ab. Am Fernsehturm auf dem Alexanderplatz in Berlin ist nach mittlerer Ortszeit Mitternacht (00:00:00) erst 6 Minuten und 22 Sekunden später als nach MEZ. Hinzu kommt noch der Unterschied zur wahren Sonnenzeit, der über ein Sonnenjahr hinweg schwankt.

Am Kölner Dom weicht die Mitteleuropäische Zeit (MEZ) um 00:32:10 (32 Minuten und 10 Sekunden) von der mittleren Ortszeit ab. Am Kölner Dom ist nach mittlerer Ortszeit Mitternacht (00:00:00) erst 32 Minuten und 10 Sekunden später als nach MEZ. Hinzu kommt noch der Unterschied zur wahren Sonnenzeit, der über ein Sonnenjahr hinweg schwankt.

Am Strand von Palma de Mallorca (Spanien) weicht die Mitteleuropäische Zeit (MEZ) um 00:49:21 (49 Minuten und 21 Sekunden) von der mittleren Ortszeit ab. Am Strand von Palma de Mallorca (Spanien) ist nach mittlerer Ortszeit Mitternacht (00:00:00) erst 49 Minuten und 21 Sekunden später als nach MEZ. Hinzu kommt noch der Unterschied zur wahren Sonnenzeit, der über ein Sonnenjahr hinweg schwankt.

Die Stadt Santiago de Compostela in Galicien (Spanien) liegt zwar westlich des Nullmeridians, also westlich der Greenwich Mean Time (GMT), dort gilt aber nicht die GMT, sondern die MEZ. Folglich ist dort der Unterschied zwischen MEZ und mittleren Ortszeit größer als der zwischen MEZ und GMT. An der Kathedrale von Santiago de Compostela in Galicien (Spanien) weicht die Mitteleuropäische Zeit (MEZ) um 01:34:10 (1 Stunde, 34 Minuten und 10 Sekunden) von der mittleren Ortszeit ab. An der Kathedrale von Santiago de Compostela in Galicien (Spanien) ist nach mittlerer Ortszeit Mitternacht (00:00:00) erst 1 Stunde, 34 Minuten und 10 Sekunden später als nach MEZ. Hinzu kommt noch der Unterschied zur wahren Sonnenzeit, der über ein Sonnenjahr hinweg schwankt.