Die Himmelskugel ist eine scheinbare, den Beobachter allseitig umgebende Kugel mit beliebig großem Radius, auf welche die Gestirne projiziert werden. So ermöglich die Himmelskugel Positionsangaben von Himmelskörpern. Bei genügend großem Radius dieser Himmelskugel ist der Erdradius vernachlässigbar. Auf der Himmelskugel werden Größen bzw. Beziehungen definiert, die nachfolgend durch Grafiken verdeutlicht werden. Hierbei stellen wir uns vor, dass wir von außen auf die gedachte Himmelskugel schauen. Gleichzeitig befinden wir uns aber in der Mitte dieser Kugel.
Definitionen bezogen auf die Erdachse
Joachim Herz Stiftung
Himmelsnordpol und Himmelssüdpol sind die Punkte an der Himmelskugel, die dem Nordpol und dem Südpol auf der Erde entsprechen. Sie markieren die Punkte, wo die gedachte, verlängerte Erdachse durch die Himmelskugel sticht.
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Der Himmelsäquator ist die Projektion des Erdäquators auf die Himmelskugel. Wenn wir uns eine Ebene denken, die durch den Erdäquator definiert wird – die Äquatorebene – so schneidet sie die Himmelskugel am Himmelsäquator.
Definitionen bezogen auf den Standpunkt des Beobachters
Joachim Herz Stiftung
Zenit ist der Punkt der Himmelskugel senkrecht über dem Beobachter.
Nadir ist der Punkt auf der unsichtbaren Hälfte der Himmelskugel senkrecht unter dem Beobachter.
Die Horizontebene trennt die Himmelskugel in zwei Hälften, in eine für uns beobachtbare Halbkugel (Hemisphäre genannt) und eine für uns nicht einsehbare Hemisphäre. Diese Ebene steht senkrecht auf der Verbindungslinie zwischen Zenit und Nadir. Sie hat denselben Radius wie die Himmelskugel. Die Horizontebene ist eine Tangentialebene, die die Erdoberfläche an unserem Standpunkt berührt. Aufgrund der Ausdehnung der Himmelskugel ist ihr Abstand zum Erdmittelpunkt in dieser Darstellung jedoch vernachlässigbar.
Die Schnittlinie zwischen der Horizontebene mit der Himmelskugel ist ein Kreis und wird Horizontlinie genannt.
Himmelsmeridian
Der Großkreis der Himmelskugel, der Himmelsnordpol, Himmelssüdpol, Zenit und Nadir enthält, heißt Himmelsmeridian. Ein Großkreis ist ein Kreis auf einer Kugel, dessen Radius dem der Kugel entspricht. Er trennt eine Kugel in zwei gleich große Hälften.
Im Himmelsmeridian erreichen alle Sterne ihre größte Höhe über dem Horizont, die obere Kulmination. Entsprechend bezeichnet man die geringste Höhe über dem Horizont als untere Kulmination.
Die gegenseitige Lage von Horizont- und Äquatorebene hängt von der geographischen Breite jedes Beobachters ab.
Wichtige Größen und Beziehungen
Himmelsdistanzen werden stets in Winkeln (im Gradmaß oder Zeitmaß) angegeben. Den Winkel senkrecht über dem Horizont bezeichnet man als Höhe. Es gibt die Polhöhe \(h_{\rm P}\) und die Äquatorhöhe \(h_{\rm Ä}\).
Es gelten folgende Beziehungen:
\(h_{\rm P}=\varphi\): Die Polhöhe ist gleich der geographischen Breite des Beobachters
\(h_{\rm A}=90^{\circ}-\varphi \)
Der Winkel entlang des Horizonts wird als Azimut bezeichnet. Meistens erhält der Nordpunkt den Azimutwinkel \(0^\circ\). Manchmal wird stattdessen dem Südpunkt am Horizont ein Azimut von \(0^\circ\) zugewiesen. Der (oder das) Azimut verläuft im Uhrzeigersinn.