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:
- keine Simulation, immer auf volle Lampenleistung aufdimmen, egal
ob Sommer oder Winter.
- Sinuskurve gemäss Jahreszeit (Reihenentwicklung kann nach
wenigen Schritten abgebrochen werden, ist genau
genug)
- Annäherung durch 2 Geraden: Minimum an Wintersonnenwende(21.12.),
Maximum an Sommersonnenwende(21.6.)
oder einfacher
Minimum am 1.Januar., linear ansteigend bis 1.Juli
und wieder linear abfallend
- Annäherung durch 4 Geraden: 2 Monate Minimum im Winter, 4
Monate linear ansteigend, 2 Monate Maximum im
Sommer, 4 Monate linear abfallend (habs mal
gezeichnet, Abweichung ist gering)
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.
- Annäherung wie bei der Helligkeit.
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.
- keine Simulation, immer Vollmond-Lichtstärke
- Simulation einfach als regelmässiger Ablauf von 29,531 Tagen
(Mittelwert von 100 Vollmondabständen).
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:
- keine Simulation, sondern gleichbleibende Helligkeit (Licht an-/ausschalten)
- wie vor, aber Licht beim Auf- und Untergang dimmen (dazwischen
immer auf 100%)
- Helligkeit der Mondphase anpassen (Licht beim Auf- und Untergang
dimmen, aber dazwischen gleichbleibend hell gemäss Mondphase)
- Helligkeit sinusförmig auf- und abdimmen, mit aus Mondphase
berechnetem Maximum
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:
- einfach Tag und Nacht brennen lassen (tagsüber sieht
man es eh nicht)
- generell abends aufgehen und morgens untergehen lassen und nur
die Helligkeit variieren
(schön für den
Betrachter, was sagen die Fische dazu?)
- 12 h Mondscheindauer, in Abhängigkeiten von der Mondphase
verschieben.(ich hab mal in nem Diskussionsbeitrag gelesen,
das würde das Laichverhalten einiger Arten beeinflussen)
- nach den exakten astronomischen Regeln abhängig vom Standort
Simulation Wolken
- kurz abdimmen (innerhalb von einigen Sekunden) auf z.B. 20%, und
nach ein paar Sekunden/Minuten wieder aufdimmen
- rein zufällig über den gesamten Tag
- zufällig, aber nur während bestimmten Zeiten, zB Mittags
- zufällig zu beliebigen Zeiten, aber nicht nur kurz, sondern
über ein paar Stunden wechselnd bewölkt (schwankende Helligkeit)
und über ein paar Stunden volle Sonne
- nach vereinfachten Statistiken, zB jeden Mittag Regenwolken
und/oder jahreszeitabhängig