Das Horizontobservatorium

Bilder und Animationen in der Galerie
Infobroschüren, Bastelbögen und weitere Ausführungen als Download
Presseartikel
Führungen über die Halde zum Obelisken und zum Horizontobservatorium bietet der Initiativkreis nach Vereinbarung an.

Auf dem Gipfelplateau der Halde Hoheward, etwa 100m über der Umgebung, ist im Jahre 2008 das Horizontobservatorium entstanden. Es besteht aus einer kreisrunden Ebene mit einem Durchmesser von 80 m und zwei großen Bögen von 43 m und 45 m Radius, die diese Ebene überspannen. Die Ebene steht senkrecht zur Lotrichtung und sie bildet damit einen perfekten mathematischen Horizont für einen in der Mitte postierten Beobachter.
Eingelassen in die Horizontebene ist ein Sitzstufenforum, dessen Grund 1,5 m unterhalb des Gipfelniveaus liegt. Der Beobachter auf der zentralen Sitzstufenpyramide kann so sein Auge bequem in die Beobachtungsmitte des Observatoriums bringen und exakt über den mathematischen Horizont peilen. Die gesamte Architektur gruppiert sich auf die dem Beobachterauge vorbehaltene Mitte, die selbst nicht baulich gekennzeichnet ist. Man findet diese Mitte durch eigene Beobachtungen. Nur in der richtigen Lage sieht man flach über den künstlichen Horizont hinweg und genau durch das Sehrohr hindurch, welches beide großen Bögen im Kreuzungspunkt verbindet. Dieser Mittelpunkt für die Beobachtungen liegt etwa 70 cm oberhalb des runden Zentralblocks im Forum. Man muss sich auf den Block hocken, nicht etwa darauf oder daneben stehen.

Künstlicher Horizont

Die Horizontebene des Observatoriums ist eine Tangentialfläche an die kugelförmige Erde, die sich unter ihr hinwegkrümmt. Entfernte Orte sind deshalb unter den Horizont abgesenkt, und zwar umso stärker, je weiter ein Ort vom Horizontobservatorium entfernt ist. Das Ruhrgebiet verschwindet wegen dieses Effektes der Erdkrümmung und natürlich auch wegen der hohen Lage des Observatoriums in der Landschaft nahezu vollständig unterhalb des künstlichen Horizontes. Nur noch einige wenige Schornsteine von Industrieanlagen überragen dann den Horizont und man fühlt sich dem Ballungsraum seltsam entrückt.
Der Sinn richtet sich dann zwangsläufig auf die Erscheinungen am Himmel und die Position der Sonne oder anderer Himmelkörper, die nun als einzige Orientierungsmöglichkeiten verbleiben.

In der Mitte des Forums stellt man auch einen besonderen akustischen Effekt fest. Der Schall wird von den Wänden des Forums zurückgeworfen und verstärkt bei der sprechenden und hörenden Person im Mittelpunkt den Eindruck, an einem ganz besonderen Zentralpunkt zu sein. Verlässt man die Mitte, so verliert sich dieser akustische Effekt wieder.

In das Horizontplateau ist eine Rinne eingelassen, die dem Beobachter in der Beobachtungsposition die gleichzeitige Sichtbarkeit des künstlichen Horizontes und eines Ausschnitts des Landschaftshorizontes ermöglicht. Die Rinne deutet auf zwei Gasometer, die paarförmig nebeneinander stehen. Links sieht man den Gasometer der 15 km entfernten Kokerei Prosper in Bottrop, rechts den 22 km entfernten Gasometer in Oberhausen, der heute für Ausstellungen genutzt wird. Dessen Deckelhöhe liegt wie der Standort des Beobachters im Observatorium bei 152 m über NN. Auf einer flachen Erde stünde der obere Rand des Gasometers genau im künstlichen Horizont des Observatoriums. Man beobachtet aber eine kleine Absenkung, die allein auf die Kugelgestalt der Erde zurückgeht. Die Beobachtung durch die Rinne macht damit die Kugelgestalt der Erde auf einer Länge von 22 km mit bloßem Auge erfahrbar.

Die beiden großen Bögen zur Darstellung des Ortsmeridians und des Himmelsäquators

Die Beobachtungsmitte wird von zwei großen Halbbögen zur Darstellung des Ortsmeridians und des Himmelsäquators überspannt. Sie sind weithin sichtbar und machen das Observatorium zu einer Landmarke im Bereich des Kreuzungspunktes der Autobahnen A2 und A43. 
Der Meridianbogen, dessen Ebene senkrecht steht, teilt den Himmel in eine Vormittags- und eine Nachmittagshälfte. Der schräg gelagerte Äquatorbogen teilt den Himmel in eine nördliche und eine südliche Hemisphäre. Er ist so eingerichtet, dass er parallel zur Äquatorebene der Erde liegt.

Der Meridianbogen, bzw. die Verbindungslinie der beiden Fußpunkte, wo der Bogen die Halde berührt, markiert die Nord-Süd-Richtung am Ort der Halde. Die Verbindungslinie der Fußpunkte des Äquatorbogens markiert die Ost-West-Richtung.

Bei der Beobachtung aus dem Mittelpunkt des Observatoriums kann anhand der Sonnenposition in Bezug zu diesen Bögen die Tageszeit und die Jahreszeit abgeschätzt werden: Vormittags steht die Sonne östlich des Meridians, nachmittags westlich von ihm.
Im Sommerhalbjahr sieht man die Sonne oberhalb des Äquators, im Winterhalbjahr darunter, jeweils auf Parallelkreisen zum Äquator täglich wandern.

Eine genauere Schätzung des Sonnenstandes ermöglichen die Skalenteile auf den Bögen. Der Äquatorbogen ist mit einer Zeitskala versehen. Innerhalb einer Stunde rückt die Sonne ein Teilstück auf ihrer Bahn vor, das dem Abstand zweier eckiger Skalenfelder auf dem Äquator entspricht. Für den Abstand zwischen zwei runden Skalenfeldern benötigt die Sonne jeweils 20 Minuten. Die Skala misst den zeitlichen Abstand der Sonnenposition bis zur Meridianpassage, die den Ortsmittag markiert.
Der Ortsmittag ist der Zeitpunkt des höchsten täglichen Sonnenstandes. Die Sonne steht dann genau im Süden hinter dem Meridianbogen. Sie wechselt zu diesem Zeitpunkt von der Vormittagsseite links des Bogens (aufsteigendes Teilstück der täglichen Bahn) auf die Nachmittagsseite rechts des Bogens (absteigendes Teilstück der täglichen Bahn).
Der Ortsmittag findet nicht etwa um 12 Uhr MEZ oder MESZ statt, da unsere bürgerliche Zeitzählung auf einer Zonenzeit basiert, die sich nicht nach den Verhältnissen auf unserem Meridian sondern nach dem Meridian über dem 15. Grad östlicher Länge richtet. Die Zeitmessung im Observatorium richtet sich nach den Symmetrieverhältnissen der Sonnenbahn über der Halde Hoheward. Da sie sich auf den Ortsmeridian bezieht, nennt man sie Ortszeit .

Die tägliche Bahn der Sonne liegt immer parallel zum Äquatorbogen. Seine Schrägstellung erklärt sich durch die geographische Lage der Halde auf der Erdkugel. Läge sie am Äquator der Erde, so wäre auch der Äquatorbogen des Observatoriums ein senkrechter Bogen, der vom Ostpunkt über den Zenit (die senkrechte Richtung über dem Beobachter) bis zum Westpunkt ragt. Läge die Halde am Nordpol, so könnte man sich die Bögen ganz sparen, denn dort liegt die Äquatorebene parallel zum Horizont und es gibt auch keinen Ortsmeridian, weil es dort keinen täglichen Höchststand der Sonne gibt. Die Sonne wandert am Pol täglich in einem zum Horizont parallelen Kreis. Damit gibt es am Pol auch keine Möglichkeit, eine ausgezeichnete Himmelsrichtung anhand eines Sonnenhöchststandes festzulegen. Am Nordpol ist jede Richtung Süden, denn in jeder Richtung steht dort die Sonne gleichhoch.

Tag- und Nachtgleiche

Die Ost- bzw. Westrichtung des Horizontes ist durch ein weiteres Kriterium gekennzeichnet. Dort geht die Sonne beim Frühlings- und Herbstanfang auf, bzw. unter. Der Äquatorbogen im Horizontobservatorium markiert demnach die tägliche Bahn der Sonne bei Frühlings- und Herbstanfang, den sogenannten Tag-Nacht-Gleichen oder Äquinoktien. An diesen Tagen im Jahr (20./21. März und 22./23. September) ist die Sonne zwölf Stunden oberhalb des Horizontes und zwölf Stunden darunter (ganz stimmt das nicht, weil die Lichtbrechung in der Atmosphäre die horizontnahe Sonne etwas anhebt und eine Verlängerung des lichten Tages um einige Minuten auf Kosten der Nacht vortäuscht).
Im Observatorium zeigt sich die Tag-Nacht-Gleiche dadurch, dass die Sonne bei der Beobachtung aus der Mitte ganztägig hinter dem Bogen verdeckt bleibt. Weil der Bogen breiter ist als die Sonne, ist das allerdings auch noch am Tag vor und nach dem eigentlichen Äquinoktium der Fall. An diesen Tagen strahlt die Mittagssonne durch das Rundfenster im Verbindungsrohr der beiden Bögen. Diese besondere Einrichtung zeigt das Äquinoktium zur Ortsmittagszeit durch ein Lichtereignis eindrucksvoll an.

Wie aber kommt es zur ständigen Änderung der Lage der täglichen Sonnenbahn? - Die Erde umrundet die Sonne alljährlich auf ihrer Umlaufbahn. Die Achse der täglichen Rotation (sie weist an eine Stelle des Himmel, wo zufällig ein heller Stern steht, den wir deshalb Polarstern nennen) steht nicht senkrecht auf der Umlaufbahn, sondern ist gegen die senkrechte Richtung um 23,4° verkippt. Beim jährlichen Umlauf der Erde um die Sonne bleibt die Achsenrichtung (nahezu) raumfest und infolgedessen scheint die Sonne mal senkrecht auf die Nordhalbkugel (Nordhalbkugel-Sommer; Südhalbkugel-Winter), mal senkrecht auf die Südhalbkugel (Nordhalbkugel-Winter, Südhalbkugel-Sommer) und mal senkrecht auf den Äquator (Tag-Nacht-Gleichen) . Die Umlaufbewegung der Erde um die Sonne in Kombination mit der täglichen Drehung führt zu der schraubenförmigen Bahn der Sonne über dem Horizont. Nach einer Wintersonnenwende schraubt sich die Sonne in täglicher Windung hinauf auf höhere Bahnen und nach der Sommersonnenwende schraubt sie sich wieder hinab bis zur nächsten Wintersonnenwende. Dann sind 365,2422 Tage vergangen und es beginnt der nächste Jahreszyklus.

Eine detailreiche interaktive Darstellung der verschiedenen Gestirnsbewegungen und besonderen Ereignisse, die man im Horizontobservatorium beobachten kann, stellt uns Jürgen Giesen als Java-Script-Applet auf folgender Seite zur Verfügung: http://www.geoastro.de/horizon.

Die Anzeige besonderer Daten mit den Peilmarken auf der Horizontfläche

Aus der täglichen Bewegung der Sonne leiten sich die Haupthimmelsrichtungen des Horizontkreises ab. Eine andere, weniger geläufige Teilung des Horizontkreises erhält man, wenn man die jährlichen Aspekte des Sonnenlaufs, nämlich ihre unterschiedlich hohen Tagesbahnen und den jährlichen Zyklus ihres Wechsels, auf die Erde überträgt. In Gestalt von Sonnenwendrichtungen auf dem Horizont findet dieser jährliche Zyklus der Sonne als weiteres Ordnungsprinzip für Raum und Zeit Geltung.

Die bedeutsamsten Horizontstände, die die Sonne in regelmäßigen Abständen immer wieder einnimmt, und nach deren regelmäßiger Wiederkehr ein Sonnenkalender eingerichtet ist, sind im Horizontobservatorium gekennzeichnet. Zur Anzeige der Sonnenwendtermine, zu denen die Sonne auf ihrer sommerlichen oder winterlichen Extrembahn läuft, sind auf der Horizontfläche Peilmarken mit Rundfenstern aufgebracht, die von der horizontnahen Sonne beim Auf- bzw. Untergang an diesen Tagen (20./21. Juni und 21./22. Dezember) durchstrahlt werden. Lichtbrechungseffekte in der Atmosphäre täuschen höhere Stände der horizontnahen Sonne vor, als sie bei der Beobachtung von einer luftlosen Erde sichtbar wären. Diese Anhebung ist umso größer, je näher die Sonne am Horizont steht. Da der Unterrand der Sonne - zwangsläufig - näher am Horizont ist als ihr Oberrand, wird dieser stärker angehoben und die sichtbare Sonnenscheibe erhält am Horizont eine elliptische Gestalt.

Auf einer Horizontseite (Osten oder Westen)  liegt zwischen den Richtungen zu den beiden großen Fenstern für die Sommer- und Wintersonnenwende jeweils ein Winkel von 80°. Dieser Winkel ist kennzeichnend für den Pendelbogen der möglichen Horizontorte der Sonne auf der geographischen Breite des Observatoriums (51,57° Nord). Die Peilrichtungen von der Observatoriumsmitte zu den Sonnenwendfenstern sind als Übergangslinie vom weißen zum grauen Pflaster im Forum deutlich kenntlich gemacht.
Der Grundriss des Observatoriums ähnelt in dieser Hinsicht der Himmelsscheibe von Nebra, die auch auf Sonnenwendbeobachtungen auf dem 51.-52. Breitengrad hindeutet, da eine entsprechende Winkelspanne von ca. 80° dort in Gestalt von goldenen Segmenten den östlichen und westlichen Rand der Scheibe überdecken.

Die Sonnenwend-Peilungen im Horizontobservatorium erfüllen einerseits eine symbolische Funktion, denn durch die Gestaltung mit elliptischen Fenster von Sonnenform deuten sie die an Sonnenwendtagen sichtbaren Sonnenpositionen an, auch wenn die Sonne selbst nicht dort zu sehen ist. Andererseits sind sie als funktionierende Präzisionspeilungen ausgelegt, mit denen man diese Sonnenstände auf wenige Tage genau selbst bestimmen und damit das Datum der Sonnenwende selbst festlegen kann. Dazu befindet sich unter dem elliptischen Sonnenfenster eine Aussparung, die durch eine weiter hinten liegende Blende ergänzt wird. Nur wenn man das Auge zentimetergenau in die Beobachtungsmitte des Observatoriums bringt, füllt die Blende die Aussparung in der Peilmarke lückenlos aus. Ansonsten erkennt man an einer mehr oder minder großen Lücke zwischen Peilmarke und Blende das Ausmaß der eigenen Fehlstellung. Mit dieser Möglichkeit zur Feinjustage der Beobachtungsposition kann man die Mitte des Observatorium am besten finden; noch besser als mit dem Rundfenster im Kreuzungspunkt der großen Bögen, das diese hohe Präzision der Peilmarken auf dem Horizont nicht aufweist.

In der Zeit um die Sommersonnenwende herum kann man bei systematischen Beobachtungen erleben, wie die Sonne von Tag zu Tag immer etwas weiter im Nordosten aufgeht und mehr und mehr das nordöstliche Rundfenster beim Aufgang ausfüllt und durchstrahlt, bis sie am Tag der Sonnenwende ganz im Rundfenster steht. Danach verlagern sich die täglichen Aufgangsorte wieder systematisch in Richtung Südosten, wo sich das nächste Wendeereignis im Bereich der kürzesten Tage des Jahres beim Winteranfang vollzieht.
Dieses Bewegungsverhalten des Aufgangspunktes der Sonne ähnelt einer Pendelbewegung mit einem Maximalausschlag von 80 Winkelgraden auf dem Horizont und einem stetigen Hin- und Her bei einem langsamen Hineindriften in die Umkehrpunkte und wieder hinaus an den begrenzenden Rändern des Pendelsektors.

Zwei Sonnenuntergänge, fotografiert von der Halde Hoheward:
11. Mai und 13. Mai. Man erkennt die unterschiedlichen Sonnenuntergangsorte

Nach erfolgter Bestimmung der Sonnenwendtermine lassen sich weitere sinnvolle Unterabschnitte des Jahres durch Teilung der Zeitspannen zwischen den Sonnenwenden ermitteln. In der zeitlichen Mitte zwischen den Sonnenwenden liegen die Äquinoktien, deren Sonnenbahn durch den Äquator und das Rundfenster hoch oben im Südmeridian angezeigt wird.
In der zeitlichen Mitte zwischen jeweils einem Äquinoktium und einer Sonnenwende liegen Daten, die hier als Quartalstage bezeichnet werden sollen. Die vier Quartalstage sind im Observatorium ebenfalls durch Peilmarken auf dem Horizont kenntlich gemacht. Da diese Daten nicht von so hoher Besonderheit sind wie die Sonnenwenden, sind ihre Marken kleiner gestaltet und mit nur einem kleinen Loch versehen, welches bei der Durchstrahlung des Lichtes der aufgehenden Sonne ein solches Datum anzeigt.
Diese Marken sind nicht etwa in der Mitte zwischen dem Ost- bzw. Westpunkt und den großen Sonnenwend-Peilmarken zu finden, weil die Veränderung der Aufgangs- und Untergangsorte am Horizont im Zeitraum zwischen Quartalstag und Sonnenwende kleiner ist als im Zeitraum zwischen Äquinoktium und einem Quartalstag. Die symmetrische Teilung des Sonnenjahres in gleiche Zeitabschnitte führt folglich nicht zu einer symmetrischen Teilung bei den Horizontrichtungen.

Die kleinen Marken eignen sich auch zur Bestimmung des Basisschaltzyklus des Sonnenjahres in unserem Kalender. Alle vier Jahre wird ein Jahr mit 366 Tagen gezählt, weil das natürliche Sonnenjahr einen knappen Vierteltag länger ist als 365 Tage, man aber nur Jahre aus einer ganzen Zahl von Tagen sinnvoll konstruieren kann.
Folglich gibt es eine Sequenz von vier möglichen Aufgangsbahnen der Sonne an einem bestimmten Quartalstag. Im Folgejahr nach einer ersten Beobachtung ist ja kein ganzes Sonnenjahr aus 365,2422 Tagen vergangen, sondern ein Kalenderjahr aus einer ganzzahligen Spanne von Tagen. Im Folgejahr liegt die Sonnenbahn deshalb schon etwas höher oder tiefer - je nachdem welchen Quartalstag man betrachtet - als im Jahr zuvor.
Nach Ablauf von vier Jahren und der einmaligen Einschaltung eines 29. Februar im vierten Jahr kommt es im fünften Jahr wieder zu einer (fast) identischen Sonnenbahn wie im ersten Jahr der Sequenz.
Bei sehr aufmerksamer Beobachtung dieser Sequenz an einem bestimmten Quartalstag über mehrere Jahre hinweg erkennt man die Notwendigkeit der Einschaltung eines 29. Februars alle vier Jahre. Bei den Sonnenwendpeilungen ist das dagegen nicht feststellbar, denn bei Sonnenwenden gibt es diese Sequenz der vier möglichen Bahnen praktisch nicht, weil die Veränderungen von Jahr zu Jahr innerhalb der Sequenz so gering sind, dass man sie mit dem bloßen Auge nicht erkennen kann.

Auch die Peilrichtungen zu den kleineren, gegenüber den Sonnenwenden nachgeordneten Quartalsmarken sind im Forum des Observatoriums durch eine Übergangslinie von weißer zu grauer Pflasterung kenntlich gemacht.
Die Sektoren zwischen den Quartals- und Sonnenwendpeilungen sind alle grau gepflastert und sie setzen sich jeweils noch in einer grau ausgeführten Treppe auf die Horizontebene fort; alle anderen Bereiche des Forums und des Horizontes sind in weiß gepflastert. Aus der Luft erscheint diese Sektorgestaltung wie ein überdimensionales Malkreuz, ein altes Symbol zur Kennzeichnung von markanten Vermessungspunkten oder auch Grenzsteinen.

Eine detailreiche interaktive Darstellung der verschiedenen Gestirnsbewegungen und besonderen Ereignisse, die man im Horizontobservatorium beobachten kann, stellt uns Jürgen Giesen als Java-Script-Applet auf folgender Seite zur Verfügung: http://www.geoastro.de/horizon.

Nächtliche Sternbeobachtungen

Nachts leuchten die Skalen an den großen Bögen in dezentem Licht und ermöglichen so Positionsbestimmungen von hellen Fixsternen. Mit dezent beleuchteten Peileinrichtungen für ausgewählte Sterne lassen sich besondere Symmetriepositionen des Himmels (die Sternzeiten 0, 6, 12 und 18 Uhr) ermitteln.

In dieser Beobachtungshöhe ist auch die Auswirkung der Fixsternpräzession auf die Bahnen ausgewählter Sterne innerhalb von ein bis zwei Dekaden nachweisbar. Ein Visiermonument besitzt z.B. jeweils in Dreiergruppen zinkenförmig nach oben ragende Abschattungsvorrichtungen, hinter denen ein Stern auf seiner Bahn kurzzeitig verschwindet. Die Steigung der gedachten Linie, die die drei Zinkenenden einer Gruppe verbindet, ist geringer als die Steigung der Sternbahn eines hellen Sterns (z.B. Arktur), dessen Bahnlage sich wegen der Fixsternpräzession in der Zukunft absenkt. Durch Abzählen der Anzahl von Sternverschwindungen hinter den Zinken wird die präzessionsbedingte Verlagerung der Sternbahn (ca. 3´ in 10 Jahren bei ausgewählten Sternen) mit dem freien Auge beobachtbar.

Eine detailreiche interaktive Darstellung der verschiedenen Gestirnsbewegungen und besonderen Ereignisse, die man im Horizontobservatorium beobachten kann, stellt uns Jürgen Giesen als Java-Script-Applet auf folgender Seite zur Verfügung: http://www.geoastro.de/horizon.

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