Siderischer Tag

Siderischer Tag (1 nach 2) und
Sonnentag (1 nach 3).

Der siderische Tag (lateinisch sidus ‚Stern‘, Genitiv sideris) ist die Zeitspanne zwischen zwei aufeinander folgenden Kulminationen eines fiktiven, unendlich weit entfernten Fixsterns ohne Eigenbewegung. Der siderische Tag ist also die Dauer einer vollen Umdrehung eines Himmelskörpers um sich selbst gegenüber dem festen Sternhimmel.

Der mittlere siderische Tag der Erde dauert 23 Stunden, 56 Minuten, 4,099 Sekunden = 86.164,099 s ≈ 23,9345 h.

Vergleich mit anderen Tages-Definitionen

Der mittlere siderische Tag auf der Erde ist knapp 4 Minuten kürzer als der Sonnentag bzw. dessen mittlerer Wert, der bürgerliche Tag, der auf dem scheinbaren Umlauf der Sonne beruht (synodische Periode). Das liegt daran, dass die Erde zwischen zwei Sonnenkulminationen auf ihrer Bahn weiterläuft und sich daher bis zur nächsten Kulmination zusätzlich um etwa ¹⁄₃₆₅ Umdrehung ≈ 0,986° weiter drehen muss als für einen siderischen Tag (vgl. Abbildung). Ein Erdjahr hat daher – einigermaßen genau – einen siderischen Tag mehr als bürgerliche Tage. Dieser Unterschied, verteilt auf die Tage des Jahres, ergibt den genannten Wert von knapp 4 Minuten pro Tag.

Ein siderischer Tag ist außerdem um 0,008 Sekunden länger als der mittlere Sterntag, der sich auf die Kulmination des Frühlingspunkts bezieht. Der Frühlingspunkt verschiebt sich nämlich aufgrund der Nutation und Präzession der Erdrotation entgegen der scheinbaren Sonnenbewegung im Präzessionszyklus um 360° pro etwa 25.800 Jahren ≈ 0,014 Grad pro Jahr (50 Bogensekunden pro Jahr). Dadurch muss sich die Erde für einen Sterntag minimal weniger drehen als für einen siderischen Tag.

Verwendung

Der siderische Tag bezieht sich – gegenüber dem Fundamentalsystem der Astrometrie – auf ein bezüglich des Jahresumlaufs der Erde um die Sonne wesentlich stabileres Koordinatensystem als der Sonnentag: durch geeignete Wahl der Referenzsterne ist er in der Anwendung maximal den Ungenauigkeiten durch den Umlauf der Sonne um das galaktische Zentrum unterworfen. Er repräsentiert daher – fast – ausschließlich die Rotation der Erde. Daher dient der siderische Tag der Bemessung astronomischer Ereignisse.

Nicht geeignet ist der siderische Tag aber zur Definition der Tageslänge und damit als astronomisches Eichinstrument der Sekunde, die mit der Kalenderrechnung korrespondieren soll: hierfür werden immer Sonnentag und tropische Periode herangezogen (auch der Sterntag ist hierfür in seinem Bezug auf den Frühlingspunkt besser geeignet als der siderische Tag, siehe Ephemeridensekunde, tropisches Jahr).

Konstanz

→ Hauptartikel: Erdrotation

Die Rotationsgeschwindigkeit der Erde ist gegenüber den anderen Perioden extrem stabil und nur minimalen Schwankungen unterworfen, sowohl, weil prinzipiell ein Kreisel sehr gleichmäßig rotiert, als auch, weil der Mond zusätzlich die Erdachse stabilisiert (siehe Erde-Mond-System).

Ein astronomisch gemessener Tag wie der siderische Tag ist trotzdem nicht konstant:

Vermutlich wegen Masseverlagerungen im Erdinneren schwankt die Umdrehungszeit der Erde in Zeiträumen von etlichen Jahren um einige Millisekunden. Schwankungen größerer Amplitude über längere Zeiträume erscheinen ebenfalls möglich. Auch die Wassermassen der Ozeanehaben einen Einfluss.
Die Gezeitenreibung wie auch gravitative Gezeitenkräfte, die die Massen der Sonne und des Mondes auf die Erdmasse ausüben, erhöhen die Dauer des siderischen Tags pro Jahrhundert um etwa 1,7 Millisekunden. Derselbe Effekt hat beim Mond selbst schon zu seiner gebundenen Rotation um die Erde geführt.

Siehe auch

Basierend auf einem Artikel in:

Wikipedia.de