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Ein Sonnenscheinautograph, selbst gebaut

Abb.1  zwei Sonnenscheinautographen
           links:   professionell benutztes Modell mit Glaskugel; Sommer-Registrierstreifen eingeschoben     [Wikipedia]
           rechts: Eigenbau mit wassergefüllter Kugel (Schusterkugel) für geographische Breite φ = 47°
                      eingesetzt: Sommer/Winter-Registrierstreifenhalter und -Registierstreifen in Winter-Lage
                      zeichnerisch angedeutet sind die beiden anderen Registrierstreifen
                      Bild ist überschrieben mit Abmessungen und Deklinationswerten δ

Abb.2  Sonnenscheinautograph, selbst gebaut
           links:   Ansicht aus Richtung Sonne
           rechts: Ansicht gegen die Sonne
                      Schlitze in den Säulen neben Schusterkugel zur Aufnahme der Registrierpapier-Halter

Mit Hilfe eines Messgerätes für die Sonnenscheindauer (Sonnenscheinchronograph) wird die Zeit festgestellt, in der die Sonne an einem Tag scheint. Ein solches Messgerät gleicht somit prinzipiell einer Sonnenuhr, mit der die Tageszeit angezeigt wird. Im Großen und Ganzen ist es einer der ältesten Sonnenuhren sehr ähnlich, nämlich der Skaphe, in der die Sonne bzw. ihr veränderlicher Ort am Himmel (von mir Sonnensektor genannt) in einer dem Himmel nachgebildeten Hohlkugel (siehe dort Abb.5) abgebildet wird.

Bei einer Sonnenuhr ist die Hohlkugel nicht unbedingt erforderlich, wie die vielen möglichen Zifferblattformen zeigen. Beim Sonnenscheinautographen wird der von der Sonne erzeugte Brennfleck als Bild seines momentanen Orts am Himmel benötigt. Dieser Fleck markiert in der Kugel den Moment (brennt ihn ein), in dem die Sonne scheint. Er wird von einer durchsichtigen Kugel (z.B. einer Schusterkugel) als lichtsammelnde Linse erzeugt und ist nur auf der Oberfläche in einer die Schusterkugel zentriert umfassenden Hohlkugel gleich stark und am stärksten bei einem bestimmten Wert des Durchmesserverhälnisses (Radius der Hohlkugel gleich Brennweite der Schusterkugel.

Die Aufzeichnung der Sonnenscheindauer erfolgt auf Papierbögen. Je dunkler das Papier ist, umso besser wird es von der Sonne erhitzt. Letztlich sollte die Sonne eine schmale Brandspur hinterlassen, entzünden soll sich das Papier nicht (in meinen Bildern sind diese Streifen weiß, damit sie besser erkennbar sind). Die Umsetzung der aufgenommenen Wärme in Erwärmung des Papiers hängt auch davon ab, auf welchem Hintergrundmaterial das Papier liegt und wie innig es anliegt. Ich lege das Papier auf Steifen aus sogenanntem Streckmetall auf und klebe es am Rand an wenigen Stellen mit kleinen Klebestreifen fest. In diesen Hintergrund dessen wirksame Fläche mehrfach kleiner als seine Gesamtausdehnung ist, fließt wenig der von der Sonne eingefangenene Wärme ab. Zudem sind die Stege dieses Netzes aus der Ebene heraus verdreht. Das Papier hat nur Kontakt mit deren Kanten.

Ich verwende also nur einfach gebogenes Blech als Halter für einfach gebogene Papierstreifen. Auch professionell werden nur solche einfach gekrümmte (und nach Gebrauch wieder eingeebnete) Registrierpapiere benutzt. Die doppelte Krümmung der Innenfläche des professionellen Halters wird nicht benutzt (auf der Außenseite hat diese Form wenigstens ästhetischen Wert, Abb.1, links). Gebraucht werden nur innen angebrachte kreisförmige Leisten, unter deren Rändern (je zwei gegenüberliegende) die Registrierstreifen eingeschoben und gehalten werden.

Die zylindrische bzw. kegelige Biegeform ist jeweils eine Näherung an einen Streifen am Himmel bzw. auf der Skaphen-Innenfläche. Die Näherung erfolgt üblicherweise mit drei solcher einfach gekrümmter Streifen (Abb.1, rechts), mit dem zylindrischen für den Streifen mit dem Himmelsäquator in der Mitte (Sonnendeklination δ zwischen -8° und +8°) und mit je einem kegeligen für Winter (δ zwischen -8°, -23,5° und -8°) und Sommer (δ zwischen +8°, +23,5° und +8°). Die Papierstreifen werden etwas breiter ausgeführt. Bei ±8° überlappen sich die jeweils benachbarten Streifen ein Stück.

Anstatt einer Skaphe verwende ich zwei verschiedene Papierhalter (einer davon in Abb.1, rechts, beide in Abb.3, rechts) aus Streckmetall (in einem Heimwerkermarkt gekauft: Aluminium, Blechdicke 0,5/1,0 mm (Blech/Streckmetall), Stegbreite 0,8 mm, Raute 6 mm x 3,6mm (zwischen den Stegmitten)). Nur zwei, weil der kegelige durch umgekehrtes Aufstellen sowohl für den Winter als auch für den Sommer benutzbar ist. Umkehrbar, weil 3 mal breiter als die Papierstreifen. Wegen dieser gewählten Breite ist das Aufstellen auf eine Grundplatte ohne weitere Maßnahmen möglich. Gegen Verrutschen sind ihre Endkanten in Halteschlitze geklemmt (Abb.2, rechts; das elastische Nachbiegen bei etwas zu großem Biegedurchmesser genügt für die erforderliche Klemmkraft). Der zylindrische Halter ist nur aus formalen Gründen gleich breit. Umgekehrt aufgestellt funktioniert er gleich.

Abb.3  Details meines Sonnenscheinautographen
           links:   Kegelstumpf aus Styropor
                      zum Biegen der Papierstreifen-Halter
                      (prinzipiell: Papierstreifen krümmen)
           rechts: die beiden Papierstreifen-Halter

Der kegelige Registrierstreifen ist für beide Fälle gleich, er wird umgekehrt aufgestellt und in die umgekehrt schrägen Schlitze an den Haltesäulen gesteckt. Unterschiedlich sind nur die Richtungen der aufgedruckten Tageszeit-Skalen (die zweite kopfstehend am gegenüberliegenden Rand). Das verwendete Streckmetall kann sogar mit einer kräftigen Papierschere zugeschnitten werden. Es ist leicht von Hand in die Gebrauchsform biegbar. Um gute Rundheit zu bekommen, bog ich die Bleche um eine Blechdose (zylindrisch) bzw. um einen aus Styropor gedrehten Kegelstumpf (Abb.3, links). Beide Biegehilfsmittel hatten etwa halben Durchmesser (das kegelige auch halben Kegelwinkel) der Endform.

Meine Schusterkugel ist eine hohle, mit Wasser gefüllte Kugel aus Plastik (Abb.1, rechts; zweischaliger Standardartikel im Bastelbedarf-Laden). Der Durchmesser von 100 mm und die Wasserfüllung (Brechungsindex n = 1,33) bedeuten etwa 100mm Entfernung zwischen Kugelmitte und Brennfleck und 100 mm für den mittleren Radius der Registrierstreifenhalter.

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