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Simulationsablauf Sonne, Mond und Wolken

Unsere Fische (die von Helmut und seinen Kindern) kommen aus dem Amazonasgebiet, das liegt auf und knapp südlich des Äquators. Auch die afrikanischen Seen liegen ungefähr auf der gleichen Breite. Der Äguator geht beispielsweise durch den Viktoriasee. Die nordamerikanischen, europäischen und teils die  asiatischen Fische kommen allerdings aus nördlicheren Breiten. Bei der Simulation möchte ich zwar die Verhältnisse am Ursprungsort der Fische betrachten (zB dieSonnenscheindauer) , jedoch Tag und Nacht nach den Phasen bei uns steuern.

Bei allem versuche ich die astronomischen Abläufe möglichst genau zu ergründen (schon weil mich das Interesse gepackt hat), ich halte es aber nicht für nötig, die Simulation 100%-ig der Natur nachzuführen. Erstens ist der Aufwand entsprechend hoch (in Zeit und Geld), zweitens ist fraglich, was die Fische noch registrieren, und drittens muss man bedenken, welche Ziele man damit verfolgt. Aber da kann sich jeder für seine persönlichen Ziele den geigneten Grad der Simulation raussuchen.

Simulation Sonne

Die Stärke der Sonneneinstrahlung ist im wesentlichen abhängig vom Standort auf der Erde und von der Jahreszeit. Die Erde umkreist die Sonne auf einer leicht elliptischen Bahn, in deren einem Brennpunkt die Sonne steht. Die Entfernung beträgt in unserem Sommer etwa 152 Mio km, im Winter nur 149 Mio km. Daher ist die Sonneneinstrahlung im Winter sogar etwas stärker. Abhängig von der geographischen Breite des Standorts auf der Erde trifft das Sonnenlicht mehr oder weniger steil auf den Erdboden auf. Dadurch verteilt sich das Licht auf eine kleinere oder grössere Fläche. Und letztlich ändert sich dieser Winkel durch die zur Umlaufbahn schrägstehende Rotationsachse der Erde mit dem Umlauf um die Sonne, den Jahreszeiten.

Folgende Simulation wäre denkbar: Ich neige dazu die Lampen unabhängig von der Jahreszeit immer auf volle Leistung zu fahren, und Sonnenauf- und Untergang (Sonnenscheindauer) zu simulieren. Die Schwankungen am Äquator sind entsprechend gering.

Sonnenauf- und Untergang (und damit Sonnenscheindauer)  ist im wesentlichen abhängig vom Standort auf der Erde und von der Jahreszeit, und zwar ist die jahreszeitliche Änderung umso grösser, je weiter man sich vom Äquator entfernt. Extreme bilden Polartag und Polarnacht, während am Äquator Nacht und Tag ca 12 Stunden betragen (durch Lichtbeugung einige Minuten langer als 12 Stunden). Andererseits weichen die tatsächlich beobachtbaren Sonnenauf- und untergänge durch die Geländeform oder die Uferbepflanzung je nach Umgebung von den astronomisch exakten Zeiten ab. Wahrscheinlich sollte man das nicht zu eng sehen.

Allerdings hab ich im 'Handbuch Aquarientechnik' von H.J. Krause gelesen, dass bestimmte Pflanzen auf die jahreszeitlich wechselnde Tageslänge reagieren, und zB Blüten nur bei Überschreiten einer gewissen Tageslänge ansetzen. Könnte für Pflanzenliebhaber interessant sein.

Simulation Mond

Der Lauf des Mondes ist relativ komplizert, noch nicht mal die Zeiten von Vollmond bis Vollmond sind konstant. Es gibt im Web Tabellen, aus denen man die Zeiten entnehmen kann.

Die Mondphasen (Neumond, zunehmend, Vollmond, abnehmend) laufen etwas unregelmässig. So variieren zB die Zeitabstände von Vollmond zum nächsten Vollmond ständig. Die genauen Zeiten kann man aufwendig berechnen oder aus Tabellen entnehmen. Der Mittelwert von 100 Vollmondabständen beträgt 29,531 Tage. Ich hab mal per Excel ein paar Vollmondtermine damit berechnet und mit den Tabellen im Web verglichen. Termine stimmen mit einer Ungenauigkeit von bis zu 12 Stunden. Ich denke so genau gehen die Fische nicht.
Die Helligkeit des Mondes ist abhängig von den Mondphasen (von Neumond über Halbmond über Vollmond usw.). Dabei beträgt die Helligkeit des Halbmondes nicht etwa 50% vom Vollmond, wie man meinen könnte, sondern nur noch 10% !  Dazu kommt, dass die Beleuchtungsstärke von der Höhe der Mondumlaufbahn abhängt. Die Höhe im Zenith schwankt am Äquator zwischen 64 und 90 Grad, in Deutschland zwischen 13 und 65 Grad. Wenn ich für die Beleuchtungsstärke den Sinus der Höhe verwende, ist das am Äquator eine Schwankung zwischen 90% und 100%, und in Deutschland zwischen 23% und 90% der Beleuchtungsstärke bei senkrecht einfallendem Mondlicht. Bleibt fraglich, ob die Fische im Wasser eher den Mond in seiner Helligkeit wahrnehmen oder eher die Helligkeit im Gewässer. Auf jeden Fall kann man sagen, dass am Äquator die Schwankungen durch die Höhe des Zeniths vernachlässigbar sind.

Simulation könnte sein:
bleibt die Frage, ob dieser Aufwand sinnvoll ist, oder ob die Fische ohnehin nur auf die Mondphase reagieren, dh den sich verschiebenden Auf- und Untergang, und die damit verbundene nächtliche Mondscheindauer.

Für Mondauf- und Untergang hab ich in der de.sci.astronomie erste Hilfestellung bekommen. Man kann grob sagen:
Neumond steht am Himmel von 6 Uhr frueh bis 6 Uhr abends (ist unsichtbar)
Halbmond (zunehmend, "erstes Viertel") steht am Himmel von Mittag bis Mitternacht
Vollmond steht am Himmel von 6 Uhr abends bis 6 Uhr frueh
Halbmond(abnehmend, "letztes Viertel") steht am Himmel von Mitternacht bis Mittag

Durch den Winkel zwischen der Mondbahn um die Erde und der Erdbahn um die Sonne (ca 5 Grad) und die Schrägstellung der Erdachse zur Erdbahn (23,5 Grad) ergeben sich Abweichnungen von diesen grundsätzlichen Regeln. Die Werte schwanken in Deutschland erheblich, am Äquator jedoch kaum. So bewegt sich die Mondscheindauer am Äquator zwischen 11,5 und 12,5 Stunden, in Deutschland dagegen zwischen 6,5 und 17,5 Stunden.

Simulation könnte sein:

Simulation Wolken