Wie funktioniert eine Sonnenuhr?
Eine Sonnenuhr ist eigentlich ein Messgerät, das die Bewegung der Sonne am Himmel darstellt. Zur besseren Vorstellung denkt man sich in das geozentrische Weltbild zurück, bei dem die Erde im Mittelpunkt steht und Sonne und Planeten auf einer unendlich großen Kugelfläche darum kreisen.
Die Erdachse und die Achse der „Himmelskugel” sind aber nicht dieselben, die Erdachse steht 23,5° schräg zur Achse der „Himmelskugel”. Dadurch beschreibt die Sonne am Himmel im Jahreslauf verschieden hohe Bahnen. Dabei geht die Sonne im östlichen Bereich auf, erreicht zu Mittag den Höchststand und geht im Westen unter. Den Tag unterteilte man in 24 Stunden, er dauert von Höchststand zu Höchststand. Die Sonne erreicht zu Mittag je nach Jahreszeit verschiedene Höhen. Diese Sonnenstandorte projiziert man mit dem Schattenwerfer auf eine Fläche. Dabei bilden die Ost- Westabweichung die Stunden und die verschiedenen Höhen das Datum.
Von der Erde aus gesehen kreist das Universum um die Erdachse. Die zur jeweiligen Stunde je nach Sonnenstand verschiedenen Sonnenständen bilden Stundenebenen, die sich in der Rotationsachse der Erde schneiden. Nur diese Linie bildet über das Jahr einen einheitlichen Schatten ab.
Der Schattenstab einer Sonnenuhr muss deshalb immer parallel zur Erdachse stehen. Wenn man auch die Sonnenhöhe und damit die Jahreszeit darstellen will, muss man einen punktförmigen Schattenwerfer verwenden. Meist ist beides kombiniert, auf einem Schattenstab ist eine Kugel als Datumsanzeiger montiert.
Der Polstab
Der Polstab einer korrekten Sonnenuhr ist immer parallel zur Rotationsachse der Erde. Er zeigt damit in Richtung des Polarsternes im Kleinen Wagen.
Der südliche Teil Österreichs liegt etwa auf dem 47. Breitengrad. Nach den Regeln der Geometrie lässt sich leicht feststellen, dass daher der Polstab gegen den ebenen Horizont dann 47° geneigt sein muss.
Die Zweite Voraussetzung ist, dass der Polstab in der Meridianebene liegen muss, das heisst, dass eine senkrechte Ebene durch den Polstab exakt die Nord-Südebene bildet.
Für die Konstruktion einer genauen Sonnenuhr muss also der Schattenstab erdachsparallel sein und die Lage der Skalenfläche genau bekannt sein, danach richtet sich die Skala der Sonnenuhr.
Eine Sonnenuhr kann prinzipiell auf jeder Fläche angebracht werden, je nach Lage hat sie allerdings eine unterschiedliche Besonnungsdauer. Selbst an einer Nordwand wird eine Sonnenuhr im Sommerhalbjahr vor 6 Uhr und nach 18 Uhr die Zeit anzeigen. Der Polstab wird aber von der Nordwand schräg nach oben zeigen. Bei Ost- oder Westwänden liegt der Stab parallel zur Wand, jeweils nach Norden und oben gerichtet.
Für die Messung der Wandabweichung ist ein Kompass zu ungenau. Einen Richtwert gibt ein Vermessungsplan, aber auch diese Richtung stimmt nur annähernd. Die einzig richtige Methode ist die Bestimmung an Hand der Sonne.
Dazu wird im einfachsten Fall zur Zeit des wahren Mittags der Einfallswinkel der Sonne gemessen, etwa durch den Schattenwurf eines Lotes auf die Wand.