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Das Fundamentalsystem der Astronomie ist ein genauer Koordinatenrahmen für Sternpositionen, welche die Astronomen "Sternörter" nennen.
Diese Örter werden analog der geographischen Breite und Länge in zwei Winkeln angegeben, die sich auf den Himmelsäquator (Verlängerung des Erdäquators) und den Frühlingspunkt (Schnittpunkt von Himmelsäquator und Ekliptik) beziehen.
Man nennt die beiden Koordinatenwinkel Deklination (δ oder Dec) und Rektaszension (α oder RA). Dabei wird die Deklination in Winkelgraden, die Rektaszension in Stunden, Minuten und Sekunden angegeben.
Die zugrundeliegenden Messungen wurden früher ausschließlich visuell oder fotografisch durchgeführt. Heute spielt auch die Radioastronomie in Form eines präzisen "Netzes" von 500 Quasaren eine entscheidende Rolle.
Sternkataloge als Datenbank für Fixpunkte
In diesem Koordinatenrahmen dreht sich der "Kreisel Erde" und kann dadurch in seinen Bewegungen modelliert werden. Der "Rahmen" wird in Form eines Sternverzeichnissess hunderter sogenannter Fundamentalsterne definiert. Seit Ende des 19. Jahrhunderts waren dies insbesondere: Kurz- Stern- Offizieller Name publ. Messung Messung Eigen- name anzahl Örter bewegungen Auwers 539 Fundamentalkatalog für Zonen- 1879 Ø 1860 ~1850-1870 A.,1879 beobachtungen am Nördl. Himmel (bis Dekl.= -10°) Peters 925 Neuer FK Berliner Astr.Jahrbuch 1907 Ø 1880 1745-1900 J.,1907 nach den Grundlagen von Auwers (bis Dekl.= -89°) (ab hier über ganzen Himmel, mit Epochen 1900, 1950, 2000) FK3 873 Dritter Fundamentalkatalog 1937 1912-15 FK3sup +662 (Zusatzsterne, Band II) 1938 Ø 1913 1845-1930 FK4 1535 Fourth Fundamental Catalogue 1963 Ø 1950 FK4sup 1111 Supplement Stars FK4/5 ~1965 FK5 1535 Fifth Fundamental Catalogue 1988 Ø 1975 FK5sup 3117 Supplement Stars of FK5 1991 Hipp. 118000 Hipparcos-Katalog 1998 1989-93 1989-1993 FK6 4150 Sixth Fundamental Catalogue 2000 Ø 1992
--> Zu obiger Tabelle der Fundamental-Kataloge:
Der erste FK (Auwers 1879) überdeckte nur 60% des Sternhimmels (bis Deklination -10°).
Hipparcos ist kein FK im strengen Sinn, sondern wurde nur dem FK5-System genau angepasst und hat es 'versteift'. Das neue System (FK6) hat durch die Messungen des Astrometriesatelliten (Hipparcos|1989-1993) aber wesentlich an Genauigkeit gewonnen.
Himmel, Erde und Erdrotation
Diese Koordinaten gehören aber nicht nur für die Astronomen zum "täglichen Brot", sondern auch für viele jener Wissenschafter, die sich mit dem Planeten Erde oder manchen seiner Erscheinungen beschäftigen. Denn letztlich gehen z.B. alle geographischen Koordinaten und sogar die genauen Zeitsysteme der Physik auf astronomische Richtungs- und Zeitmessungen zurück.
Dass Erd- und Himmelskoordinaten zusammenhängen, lässt sich mit einem Bild leicht verstehen: Man kann sich die Erde als kugelförmigen stabilen Kreisel im Weltraum vorstellen, dessen Kreiselachse zu einem Pol an einer gedachten Himmelskugel weist.
Wir sind gewohnt, uns Norden immer "oben" vorzustellen, weil wir die "Weltachse" natürlich in die Erdachse legen. Eigentlich ist das nichts anderes als das traditionelle geozentrische System der Antike, mit dem erst Kopernikus teilweise gebrochen hat.
Wenn sich nun die Erde als "Kreisel" in diesem "Käfig" aus lauter umgebenden Sternen dreht, bietet sich an, den Breitenkreisen ähnliche Kreise auf einer die Erde umhüllenden Himmelskugel gegenüberzustellen.
Während sich aber die Menschheit für die Längenkreise erst langwierig auf den Nullmeridian von Greenwich einigen musste, bietet sich für ihr astronomisches Pendant Rektaszension ein solcher förmlich an: Der Frühlingspunkt, in dem die Sonne jedes Jahr von der Südhalbkugel kommend den Himmelsäquator überquert.
Mathematisch ist der Fühlingspunkt die Schnittlinie des Äquators mit der sog. Ekliptik (Ebene der Erdbahn bzw. der jährlichen scheinbaren Sonnenbahn durch die Sternbilder).
Veränderliche Erdachse
Leider sind aber diese für Astronomen praktischen Ebenen langsam veränderlich. So wie jeder Spielzeugkreisel ein wenig taumelt, ist es auch bei der Erde - nur viel langsamer und regelmäßiger. Man nennt diesen Effekt Präzession und seine Dauer von 26.000 Jahren ein "Platonisches Jahr". Die Erdachse beschreibt in dieser Zeit einen klar definierbaren Kegel mit 23°-Winkel, was man inzwischen auf 0,01" (0,000005 %) genau vorausrechnen kann. Dazu gehört auch ein zweiter Effekt namens Nutation - ein vom Mond verursachtes monatliches "Zittern", das ebenso genau modelliert ist.Gemessen werden diese Effekte durch spezielle Instrumente und Methoden der Astrometrie und der Geodäsie; die wichtigsten sind die Weltraumverfahren VLBI (Richtungsmessung nach Quasaren), Weltraumlaser und GPS, sowie erdgebunden der Meridiankreis und Astrolab bzw. PZT; die beiden letztgenannten haben im letzten Jahrzehnt an Bedeutung verloren. Ergänzend kam vor einigen Jahren noch eine Art Weltraumscanner dazu, der Satellit Hipparcos.
Das hier beschriebene astronomisch-geodätische Modell der Erde und ihrer Bahn ist unser Fundamentalsystem der Astronomie - und stellt die derzeit beste Realisierung eines Inertialsystems dar.
Terrestrisches Fundamentalsystem
Seine terrestrische Entsprechung - "heruntergeholt" auf die sich darin drehende Erde - nennt man es ITRS (International Terrestrial Reference System). Es ist durch sog. Fundamentalstationen (wie z.B. Wettzell in Bayern) und durch zahlreiche GPS-Messstationen dauerhaft vermarkt.Die Beziehung zu den Vermessungspunkten der jeweiligen Landesvermessung wird durch Koordinatentransformationen hergestellt und in der 3. Dimension durch Höhenmessung und das Geoid.
Diese Modelle haben allerdings weitere Effekte und Feinheiten, deren Beschreibung ein eigenes Buch füllen würde. Daher sei für diese Details auf einige Websites verwiesen.
Weblinks
- Fundamentalsystem des FK6, Astron. Recheninstitut (ARI), 1999
- Fundamentalsystem des FK5, ARI, 1988
- Fundamentalsystem des FK4, ARI, 1963
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