Epoche (Astronomie)

Als Epoche (von griechisch εποχή epoché „Anhalten“, „Haltpunkt [in der Zeitrechnung]“; in der Astronomie speziell „fester Zeitpunkt, in Bezug auf den Positionen definiert und ihre Änderungen berechnet werden“) wird in der Astronomie ein Zeitpunkt bezeichnet, auf den sich die Angaben von Himmelskoordinaten, Bahnelementen oder Ephemeriden beziehen.

Grundlagen

Die Epoche kann als ein Zeitpunkt verstanden werden, in dem ein »Schnappschuss des Makrokosmos« erstellt wird. Mit dieser Momentaufnahme werden alle relevanten Zahlenwerte festgehalten.

Für andere, nicht zu sehr abweichende Zeitpunkte können die Himmelskoordinaten von astronomischen Objekten außerhalb des Sonnensystems, insbesondere von Sternen, aus den auf eine bestimmte Epoche bezogenen Angaben durch Berücksichtigung der Präzession, d. h. der langsamen Kreiselbewegung der Erdachse, und der Eigenbewegung des Objekts berechnet werden. Dies ist bei allen genauen Messungen in Astronomie und Geodäsie von Bedeutung, aber z. B. auch für Bahnberechnungen, Raumfahrt und die Ausrichtung von Teleskopen.

Daher wird das Mittlere Äquinoktium (der Frühlingspunkt) zu diesem Zeitpunkt als Referenzpunkt aller angegebenen Koordinaten verwendet und als Äquinoktium des Datums oder Äquinoktium der Koordinaten bezeichnet.

• Die Positionsangaben Rektaszension und Deklination (Äquatorialkoordinaten) in Sternkatalogen beziehen sich immer auf eine Epoche.
• Auch die Bahnelemente von Himmelsobjekten werden für eine Epoche angegeben (tatsächlich ist die Epoche eine der 6 prinzipiellen Bahnelemente einer Keplerbahn): Bei der Berechnung für andere Zeitpunkte müssen die Bahnstörungen (Perturbationen) durch andere Himmelskörper mit einbezogen werden. Die Bahnelemente der Epoche sind oskulierend, also eine möglichst exakte Annäherung an den momentanen Zustand.
• Ephemeriden, das sind tabellierte Positionen einzelner astronomischer Objekte, meist in Azimutalkoordinaten, sind auf die jeweilige Epoche bezogen.

Besselsche Epoche

In der Astronomie ist es oft wünschenswert, zeitabhängige Größen auf einen für alle Beobachtungsorte gleichzeitig eintretenden Zeitpunkt beziehen zu können. Für diesen Zweck wurde im 19. Jahrhundert von Friedrich Wilhelm Bessel eine Konvention für Standardepochen (siehe unten) eingeführt, welche deshalb Besselsche Epochen genannt werden.

Eine Besselsche Epoche ist ein Zeitpunkt, zu dem die mittlere Rektaszension der mittleren Ephemeridensonne (also die mittlere Position der auf den Himmelsäquator projizierten wahren Sonne), behaftet mit dem konstanten Teil der Aberration (−20,5″) und vom mittleren Äquinoktium des Datums aus gemessen, exakt 280° (oder im Stundenmaß: 18^h 40^m) beträgt. Diese Zeitpunkte liegen in der Nähe des 1. Januar, fallen aber von Jahr zu Jahr auf ein etwas unterschiedliches Datum. Sie werden durch Hinzufügen von „.0“ an die Jahreszahl bezeichnet. Auf diese Besselschen Standardepochen (s. u.) bezogen sich bis 1984 die Äquinoktien und Epochen der Sternkataloge, Bahndaten usw.: Die Angabe „Äquinoktium 1950.0“ bedeutete also den Beginn des Besselschen Sonnenjahres 1950.

Zur Unterscheidung von den später eingeführten Julianischen Epochen wird heutzutage eine Besselsche Epoche durch ein vor die Jahreszahl gesetztes „B“ gekennzeichnet: B1950.0.

Besselsches Sonnenjahr

Das Besselsche Sonnenjahr oder kurz „Bessel-Jahr“ beginnt jeweils zum Zeitpunkt einer Besselschen Epoche. Die Jahreslänge entspricht ungefähr der des tropischen Jahres von etwa 365,2422 Tagen Länge. Manche Rechnungen benutzen den Besselschen Jahresbruchteil (üblicherweise mit $\tau$ bezeichnet), welcher vom Beginn des Besselschen Sonnenjahrs aus zu zählen ist. Manchmal bezieht sich der Jahresbruchteil auf den nächstgelegenen Beginn eines Besselschen Sonnenjahrs und ist dann in der zweiten Jahreshälfte negativ zu zählen.

Umrechnung zwischen Besselscher Epoche und Julianischer Tageszahl

Ist $JD$ das Julianische Datum eines beliebigen Zeitpunkts, so ist dieser in Besselscher Jahreszählung gegeben durch

$t_{B}=1900{,}0\,+\,(JD-2{\,}415{\,}020{,}313{\,}52)/365{,}242{\,}198{\,}781$.

Umgekehrt ist damit

$JD=2\,415\,020{,}313\,52\,+\,365{,}242\,198\,781(t_{B}-1900{,}0)$.

Die Zeitskala ist die Dynamische Zeit TT. Der hier eingehende Wert für die Länge des tropischen Jahres ergibt sich direkt aus der Definition der Sekunde von 1960. Die Abnahme der Jahreslänge um etwa 0,5 s je Jahrhundert wird nicht berücksichtigt, so dass diese beiden Gleichungen die obige Definition der Besselschen Epoche nicht exakt widerspiegeln.

Julianische Epoche

Da der „Besselsche Jahresbeginn“ wegen der Schalttage nicht genau auf 1. Januar mittags (12 Uhr UT) fällt, entschloss sich die IAG und IUGG im Jahre 1984, künftig die Epochen julianisch zu definieren. Dies wird ab 1985 durch den führenden Buchstaben J anstatt B (für Bessel) charakterisiert. Zwischen zwei Julianischen Epochen liegen also genau 365,25 Tage (ein Julianisches Jahr). Zwischen zwei Epochen mit 100 Jahren Abstand also 36525 Tage, ein Julianisches Jahrhundert.

Für die Umrechnung in eine andere Julianische Epoche ist die Julianische Jahreslänge von genau 365,25 Tagen zu verwenden.

Standardepochen

Um Messdaten, die zu verschiedenen Zeitpunkten gewonnen werden, miteinander vergleichen zu können, wird eine Standardepoche definiert, und das Äquinoktium dieses Datums trägt als Standardäquinoktium denselben Namen.

Für diesen Beobachtungszeitpunkt werden zum einen besonders genaue Sternkataloge erstellt, die ein Fundamentalsystem (als Annäherung an ein idealisiertes Inertialsystem) ermöglichen, als auch alle anderen astronomischen Basisgrößen für Raum, Zeit und Bewegung möglichst präzise katalogisiert. Auf diese können dann alle veränderlichen Größen reduziert, d. h. vereinheitlicht werden. Standardepochen wurden früher alle 25 Besselsche Epochen festgelegt, heute alle 50 Julianische Epochen.

Für die Standardepochen ergibt sich

Besselsche Epoche	B1850.0	B1900.0	B1950.0	nicht mehr üblich
Julianisches Datum	2396758,203	2415020,313	2433282,423	J2000.0 = 2451545,0
Gregorianisches Datum	1849 Dez. 31 16:52 Londoner Ortszeit	1899 Dez. 31 19:31 GMT	1949 Dez. 31 22:09 UT	2000 Jan. 01 11:59 UTC

Die gegenwärtig für Sternkataloge und dynamische Theorien empfohlene Standardepoche ist J2000.0.

J2000.0 entspricht der Festlegung des Fundamentalsystems auf den 1. Januar 2000 12.00 TDT = Julianisches Datum 2451545,0, was dem 1. Januar 2000, 11:58:55,816 UTC entspricht. Julianische Standardepochen werden nur noch alle 50 Julianische Jahre (18262,5 Tage) festgelegt, die nächste wird voraussichtlich J2050.0 sein.

Mit dem Übergang von B1950.0 auf J2000.0 wurde auch der vierte Präzisions-Sternkatalog auf den neuen Stand des fünften Katalogs gebracht und die etwa 2000 Fundamentalsterne durch interferometrische VLBI-Messungen zu 500 extragalaktischen Radioquellen (Quasar) abgestützt. Dadurch ist es der modernen Astrometrie möglich, das kosmische Bezugssystem und seine Veränderungen auf besser als 0,01" zu definieren. Mit dieser Genauigkeit entspricht es nun einem echten, unbewegten Inertialsystem.

Es ist möglich, die Besselschen Epochen über das Jahr 1984 hinaus und die Julianischen Epochen für davorliegende Zeitpunkte zu berechnen. Dies ist allerdings sehr unüblich.

Siehe auch

• Astronomische Koordinatensysteme, für die Angabe einer Epoche unbedingt erforderlich
• Astronomische Maßeinheiten
• Beobachtende Astronomie

Literatur

• Joachim Herrmann: dtv-Atlas Astronomie. Dtv, März 2005. ISBN 3-423-03267-7.
• Andreas Kamp: Vom Paläolithikum zur Postmoderne – Die Genese unseres Epochen-Systems. Bd. I: Von den Anfängen bis zum Ausgang des 17. Jahrhunderts, Amsterdam/Philadelphia 2010, ISBN 978-90-272-8736-6.