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1. Astronomie
Die Zeitgleichung ist ein astronomischer Begriff, der den Unterschied zwischen dem wahren Sonnenmittag (Durchgang der Sonne durch den Zenit) und dem mittleren Sonnenmittag im Laufe des Jahres quantifiziert. Dieser Unterschied ergibt sich aus der Unregelmäßigkeit der Erdumlaufbahn um die Sonne in Kombination mit der Neigung ihrer Achse. Das Konzept ist entscheidend, um zu verstehen, warum der Zeitpunkt des Mittags (wenn die Sonne ihren höchsten Punkt am Himmel, den Zenit, erreicht) nicht genau der von unseren Uhren angezeigten Zeit entspricht.
Beeinflusst durch diese beiden Faktoren ist die Dauer eines astronomischen Tages (wahrer Sonnentag) nicht konstant und schwankt im Laufe des Jahres je nach Position der Erde um die Sonne. Unsere Kalender und unsere Zeitmessskala hingegen betrachten Tage mit einer im Jahresverlauf konstanten mittleren Dauer (24 Std.) (mittlerer Sonnentag). Die Zeitgleichung drückt den Unterschied zwischen diesen beiden Werten aus.
2. Faktoren
- Die elliptische Umlaufbahn der Erde : sie bewegt sich auf einer elliptischen Bahn um die Sonne. Man weiß, dass sich die Erde schneller bewegt, wenn sie näher an der Sonne ist (Perihel, um den 3. Januar) und langsamer, wenn sie weiter von ihr entfernt ist (Aphel, um den 4. Juli) (Keplersches Gesetz). Dadurch verlängert sich das Intervall zwischen zwei Höchstständen der Sonne über einem Punkt, wenn sich die Erde von der Sonne entfernt, und verkürzt sich, wenn sich die Erde der Sonne annähert.
- Die Neigung der Achse der Erde : Die Erdachse ist gegenüber ihrer Umlaufbahn um etwa 23,5° geneigt, was jahreszeitliche Schwankungen des Beleuchtungswinkels der Sonne verursacht und somit ihre scheinbare Position beeinflusst.
Die Zeitgleichung ist das Ergebnis der Kombination dieser beiden Effekte und zeigt sich in Form einer Funktion, die sich im Laufe des Jahres verändert. Sie kann durch eine mathematische Beziehung ausgedrückt werden, die die Abweichung (in Minuten) zwischen der mittleren Sonnenzeit und der wahren Sonnenzeit angibt.
3. Wert der Zeitgleichung
Abbildung 1
Wert der Zeitgleichung
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Die Amplitude der Zeitgleichung erreicht etwa 16 Minuten Abweichung. Dieser Unterschied variiert im Laufe des Jahres und erreicht im Frühling und Herbst Höchstwerte sowie ein Minimum um die Wintersonnenwende (21. Dezember) und die Sommersonnenwende (21. Juni). Im Februar kann die Zeitgleichung beispielsweise +14 Minuten betragen (die Sonne scheint der mittleren Sonnenzeit „voraus“ zu sein), während sie im November etwa -16 Minuten erreichen kann (die Sonne scheint „im Rückstand“ zu sein).
4. Praktische Anwendungen
Die Zeitgleichung ist für mehrere Anwendungen von Bedeutung, insbesondere für:
- Die astronomische Navigation : Wenn ihr GPS ausfällt, nutzen Seefahrer die wahre Sonnenzeit, um ihre geografische Position zu bestimmen, und die Zeitgleichung ermöglicht es, die von einer Uhr angezeigte Zeit zu korrigieren.
- Sonnenuhren müssen die Zeitgleichung berücksichtigen, um eine getreue Wiedergabe der wahren Sonnenzeit zu liefern.
- Astronomie und Sonnenbeobachtung : Die Zeitgleichung ermöglicht es Astronomen, die von einer Uhr oder einem standardmäßigen Chronometer angezeigte Zeit zu korrigieren, um bei Beobachtungen eine exakte Sonnenzeit zu erhalten.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Zeitgleichung ein astronomisches Phänomen ist, das aus der Kombination der elliptischen Umlaufbahn der Erde und der Neigung ihrer Achse resultiert und Abweichungen der wahren Sonnenzeit von der mittleren Sonnenzeit verursacht. Auch wenn der Begriff „Zeitgleichung“ ein komplexes mathematisches Problem vermuten lässt, handelt es sich in Wirklichkeit um eine periodische Funktion, die in Bereichen wie der Navigation, der Astronomie und der Zeitmessung im Allgemeinen von Nutzen ist.
5. Konstruktion
In der Praxis ist ein Zeitgleichungsmechanismus relativ einfach und benötigt nicht viele Bauteile. Dennoch verdient seine Antriebsart Aufmerksamkeit, und seine Bauteile müssen mit großer Präzision konstruiert und gefertigt werden, um die Genauigkeit der Information zu gewährleisten.
Der astronomische Abschnitt dieses Kapitels hat uns gezeigt, dass die Jahreskurve des Werts der Zeitgleichung folgende ist:
Abbildung 2
Wert der Zeitgleichung
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5.1 Konstruktion der Zeitgleichungs-Kurvenscheibe
Um diese Information mechanisch umzusetzen, ist es notwendig, diese Kurve in Form eines kreisförmigen Ausdrucks zu übertragen, um eine Kurvenscheibe die die Anzeige der Zeitgleichung steuern wird. Die Kreisprojektion dieser Kurve entspricht folgendem Modell:
Cette courbe peut ainsi être directement utilisée pour tracer la forme et le contour exacts de la came d’équation du temps. La came ainsi dessinée servira de programmation mécanique pour l’affichage de la fonction.
6. Funktionsprinzip
Die Kurvenscheibe der Zeitgleichung ist am Rad der Zeitgleichung befestigt, das üblicherweise von einem Zwischenrad angetrieben wird.
Das Zeitgleichungsrad muss in einem astronomischen Jahr, also in 365,25 Tagen, eine Drehbank vollenden. Es ist daher falsch, einen Zeitgleichungsmechanismus über ein ewiges Datum / Kalender anzutreiben, das auf dem gregorianischen Kalender basiert und den Schaltjahreszyklus in drei Jahre zu 365 Tagen und ein Jahr zu 366 Tagen aufteilt. Treibt man einen Zeitgleichungsmechanismus über ein ewiges Datum / Kalender an, entsteht ein Fehler von 0,25 Tagen pro Jahr, also 0,75 Tage Fehler nach drei Jahren. Dieser Unterschied kann zu einem verhältnismäßig großen Ablesefehler führen. Es ist daher vorzuziehen, ein Jahresdatum / Kalender zu verwenden oder, noch besser, ein Getriebe eigens zu berechnen, um die richtige Drehgeschwindigkeit des Zeitgleichungsrads zu gewährleisten (1 Drehbank/365,25 Tage).
Ein Fühler wird durch eine Feder in Kontakt mit dem Umfang der Kurvenscheibe gehalten. Der Fühler befindet sich am Ende eines großen schwenkbaren Hebels.
Durch ihre Drehung bewegt die Kurvenscheibe den Fühler, der dem Umriss der Kurvenscheibe folgend in die eine oder andere Richtung schwenkt.
Das andere Ende des Tasthebels, das sich gegenüber seinem Drehpunkt befindet, endet in einem gezahnten Sektor (Zahnsegment). Dieser greift in das Zeitgleichungsrad ein, das den Zeitgleichungszeiger trägt. Der Winkelwert der Anzeige wird anhand des Übersetzungsverhältnisses zwischen dem Sektor des Tasthebels und dem Rad der Zeitgleichung bestimmt.
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