Am Tag der Wintersonnenwende am 21. oder 22. Dezember ist der Tag auf der Nordhalbkugel am kürzesten und die Nacht am längsten. Danach werden die Tage, also der Zeitraum zwischen Sonnenaufgang und Sonnenuntergang, wieder länger – zunächst kaum merklich, dann immer deutlicher. Allerdings ist es nicht so, dass die Sonne dabei von Tag zu Tag jeden Morgen eine gewisse Anzahl Minuten früher aufgeht und abends genau dieselbe Zeit später untergeht. Der Blick in ein astronomisches Jahrbuch oder einen Kalender mit den Auf- und Untergangszeiten der Sonne offenbart, dass sich Sonnenaufgang und -untergang keinesfalls gleichmäßig ändern.
Bewegung der Erde um die Sonne. Bild: VdS – Vereinigung der Sternfreunde e.V.
Während sich am Anfang eines Jahres die Sonnenaufgänge nur wenig verfrühen, verschieben sich die Untergänge in den Abend hinein recht deutlich. So ging die Sonne beispielsweise am 1. Februar 2009 in Berlin 45 Minuten später unter als am 1. Januar, aber nur 25 Minuten früher auf.
Die Sonne „verspätet sich“ – aber warum?
Trotz dieser „einseitigen“ Verschiebung bestimmt der so genannte wahre Mittag – der Zeitpunkt, an dem die Sonne gen Süden am höchsten über dem Horizont steht – weiterhin die Mitte des Tages: Die zeitlichen Abstände zwischen Sonnenaufgang und wahrem Mittag und zwischen wahrem Mittag und Sonnenuntergang bleiben nahezu gleich lang. Da der Tag länger wird, die Sonne aber nur wenig früher aufgeht und sie weiterhin in der Mitte des Tages ihren höchsten Stand erreicht, muss sich die Sonne folglich beim Erreichen ihrer Mittagshöhe zunehmend „verspäten“. Wie kommt es dazu?
Die Zeitgleichung. Bild: GFDL
Zunächst einmal ist die Umlaufgeschwindigkeit der Erde um die Sonne nicht konstant, da die Umlaufbahn kein exakter Kreis, sondern leicht ellipsenförmig ist. Die Sonne wandert also von Tag zu Tag mit leicht unterschiedlicher Geschwindigkeit am Himmel über uns hinweg, mal etwas schneller, mal etwas langsamer – je nach Position der Erde auf ihrer Ellipsenbahn um die Sonne. Zudem legt die Sonne in Abhängigkeit vom Zeitpunkt im Jahr jeden Tag geringfügig unterschiedliche Wegstrecken am Himmel zurück, denn die durch Nord- und Südpol verlaufende Erdachse steht nicht senkrecht auf der Erdumlaufbahn, sondern je nach Jahreszeit ist entweder die Nordhalbkugel oder die Südhalbkugel der Erde in Richtung Sonne gekippt.
Wie sich der wahre Sonnenlauf am Himmel und damit die ursprüngliche Sonnenuhr zu unserer im Alltag gleichförmig verlaufenden Uhrzeit verhält, spiegelt die so genannte Zeitgleichung wieder, die man an vielen Sonnenuhren als Korrekturangabe findet.