Als Kulmination (lat. culmen = Gipfel) wird in der Astronomie die höchste (obere Kulmination) oder die tiefste (untere Kulmination) tägliche Lage eines Sterns auf seiner scheinbaren Kreisbahn am Himmel bezeichnet. Zur mit Höhenwinkel h gemessenen Lage wird der Zeitpunkt des Passierens dieser Lage angegeben, der selbst oft verkürzt als Kulmination bezeichnet wird.
Der Höhenwinkel ist negativ, wenn die Kulmination unter dem Horizont stattfindet und nicht sichtbar ist. Das betrifft im Allgemeinen die untere Kulmination. Nur die scheinbare Kreisbahn der zirkumpolaren Sterne befindet sich gänzlich über dem Horizont. Umgekehrt können Sterne in der Nähe des Gegenpols am Himmel von der anderen Erdhälfte aus nie gesehen werden. Hierbei hat auch die obere Kulmination einen negativen Höhenwinkel. Beispiel für Letzteres sind die Sterne des Kreuz des Südens, die nur etwa bis zur geographischen Breite 25° Nord in oberer Kulmination beobachtbar sind. Auf der Nordhalbkugel der Erde liegt der obere Kulminationspunkt vom nördlichen Himmelspol aus gerechnet in Südrichtung, der untere Kulminationspunkt hingegen in Nordrichtung.
Die Kulminationspunkte der Sterne befinden sich auf dem Meridian. Bei Himmelskörpern mit Eigenbewegung liegen die Kulminationspunkte in der Regel nicht genau auf dem Meridian. Die Sonne verändert dauernd ihre Deklination, steigt oder fällt etwas, während sie den Meridian passiert. Die Summe dieser beiden Bewegungen bewirkt, dass zum Beispiel ihre obere Kulmination zwischen Winter- und Sommersonnenwende geringfügig nach dem Meridiandurchgang, im anderen Halbjahr vorher stattfindet. Erdsatelliten und auch der Erdmond, für deren Höchst- und Tiefststand man auch von Kulmination spricht, haben relativ große Eigenbewegung, sodass die Abweichung vom Meridian beträchtlich sein kann.
Die obere Kulmination eines Himmelskörpers spielt eine Rolle bei der Sternzeit-Messung seines Rektaszensions-Winkels, der mit Zeitmaß (Winkel) angegeben wird. Dem Moment der oberen Kulmination des Frühlingspunktes (Bezugspunkt für den Rektaszensions-Winkel) wird die Sternzeit 00:00 Uhr zugeordnet. Kulminiert ein beliebiger Himmelskörper, hat er sich seit dem über seinen Rektaszensions-Winkel bewegt, der der inzwischen gültigen Sternzeit entspricht. Die Zeit zwischen zwei Kulminationen des Frühlingspunktes ist ein Sterntag, der etwa 4 Minuten kürzer als ein Sonnentag ist und nach gleichem Schema in Stunden, Minuten und Sekunden unterteilt wird. Alle Sternzeit-Einheiten sind im gleichem Verhältnis kleiner als die der Sonnenzeit. Die Rektaszension und damit die Sternzeit der Sterne ist unveränderlich (fix, Fixsterne), die Rektaszension der Sonne vergrößert sich aber täglich um etwa 1° beziehungsweise um etwa 4 Sternzeit-Minuten. Etwa 1° ist der Winkel der täglichen Bahnfahrt der Erde um die Sonne.
Bemerkung: Die Angabe der Rektaszension als Sternzeit hängt vom Beobachtungsort ab. Auf jedem Längengrad der Erde kulminiert der Frühlingspunkt zu einer anderen Zeit, ist 00:00 Uhr Sternzeit nicht gleichzeitig.
Höhenwinkel bei der Kulmination
Auf der Nordhalbkugel (bzw. der Südhalbkugel) ist der Höhenwinkel des Objekts in oberer Kulmination durch
gegeben. Ergibt die Formel einen Winkel über 90°, findet die obere Kulmination nördlich (bzw. südlich) des Zenits statt und es ist der Supplementwinkel 180° zu verwenden.
Der Höhenwinkel in unterer Kulmination ist
- .
Die beiden Formeln sind nur dann exakt, wenn der Kulminationspunkt auf dem Meridian liegt.
Kulminationshöhe und Sichtbarkeit
Objekte, deren untere Kulmination über dem Horizont liegt ( 90° ), gehen niemals unter und werden als zirkumpolar bezeichnet. Für Objekte mit einer Deklination zwischen 90°–φ und –90°+φ liegt nur die obere Kulmination über dem Horizont; diese Objekte gehen auf und unter. Sehr südliche Objekte mit δ < –90°+φ werden nie sichtbar, beide Kulminationen sind unter dem Horizont.
Kulmination und Meridiandurchgang
Bei einem Astronomischen Objekt mit konstanter Deklination liegen beide Kulminationspunkte auf dem Meridian des Beobachtungsortes (exakt in Richtung des Südpunktes oder Nordpunktes des Horizonts). Zeitpunkt der Kulmination und des Meridiandurchgangs sind dann identisch. Bei der oberen Kulmination ist die Sternzeit gleich der Rektaszension des Gestirns, bei der unteren Kulmination liegt zwischen diesen Werten eine Differenz von 12 Stunden Sternzeit.
Anders verhält es sich bei Objekten, die ihre Deklination während des Durchgangs merklich verändern (Sonne, Mond, Planeten, Planetoiden, Satelliten u. s. w.). Die Zeitdifferenz zwischen Kulmination und Meridiandurchgang beträgt bei der Sonne typischerweise einige Sekunden, beim Mond aber etliche Minuten und lässt sich näherungsweise folgendermaßen berechnen: [1]
Hier ist die Deklination und die geografische Breite.
Daher nennt man die Höhe zur Kulmination Mittagshöhe, weil Mittag nicht Süden (der Meridian), und auch nicht 12 Uhr lokale Zeitzone ist, sondern der wahre Mittag (12 Uhr wahre Ortszeit) genau durch diesen Punkt der oberen Kulmination der Sonne (Scheitel des Sonnenlaufs) definiert ist.
Siehe auch
Literatur
- Wolfgang Vollmann: Erscheinungen der täglichen Bewegung. 20. Sternfreunde-Seminar, 1992/93. In: Hermann Mucke (Hrsg.): Moderne astronomische Phänomenologie. Planetarium der Stadt Wien – Zeiss Planetarium und Österreichischer Astronomischer Verein, Wien 1992, S. 185–196 (mit ausführlicheren Formeln zur Berechnung der Zeitdifferenz zwischen Kulmination und Meridiandurchgang und anderer relevanter Werte).
Einzelnachweise
- ↑ Vollmann, S. 10