Praktische Durchführung von Satellitenbeobachtungen (Titel eines populären Buches des Hamburger Astronomen Johann Bode, das 1768 zum ersten Mal verlegt wurde)

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Astronomische Grundlagen

Um Satelliten geringer Helligkeit am Himmel aufzufinden, ist es notwendig, sich am Sternenhimmel zurechtzufinden, sich also mit den Sternbildern vertraut zu machen. Alles was man dazu benötigt, ist ein wenig Kontemplation sowie eine Vorlage, der man entnehmen kann, welche Sternbilder zur gegebenen Zeit am Firmament zu sehen sind. Auch dafür ist Home Planet geeignet.

Wie schon gezeigt, aktiviert man vom Hauptfenster mit: "Display - Sky..." die "Sky"-Ansicht. Standardmäßig wird der Himmel für das aktuelle Datum/die aktuelle Uhrzeit (UTC) nach Vorgabe der PC-Uhr angezeigt. Im "Sky"-Fenster existiert wiederum ein Menüpunkt "Display". Aktiviert man hier die Unterpunkte

  • Constellations
  • Constellation boundaries
  • Constellation names
  • Solar system objects

HP Solar System Objects

so gelangt man zu folgender Darstellung:


HP Sky View

Im Beispiel ist der Sternenhimmel angezeigt, wie er am 09.01.2000 um 17 Uhr UTC (18 Uhr MEZ) über Mainz zu sehen war. Das Zentrum der Karte entspricht dem Zenit, der äußere Rand dem Horizont (360°-Darstellung). Die Himmelsrichtungen sind außerhalb des Kartenrandes angezeigt.
Die lateinischen Namen der Sternbilder erscheinen in gelber Schrift. Die Sternbilder sind durch grüne Linien gegeneinander abgegrenzt. Diese Grenzen sind die offiziellen Demarkationen, wie sie von der Internationalen Astronomischen Union festgelegt wurden. Um sich am Himmel zurechtzufinden, taugen sie freilich wenig. Geeigneter sind die weißen Linien, die hellere Sterne zu Figuren, den "Bildern", ordnen. Diese Bilder sind freilich nicht verbindlich und in diversen Publikationen verschieden dargestellt.
Der Beispielskarte kann man entnehmen, daß das Sternbild Sculptor (unten) horizontnah im Süden steht, während beispielsweise die Cassiopeia (etwas oberhalb der Mitte) ein wenig nördlich des Zenits zu sehen ist; oder aber, daß der Orion (links) im Osten gerade die Horizontlinie überschritten hat.

Eine Bildschirmkarte ist natürlich sehr unpraktisch. Zwar kann man sie ausdrucken und nach draußen mitnehmen, das Problem: von Stunde zu Stunde verschieben sich die Sternbilder wegen der Rotation der Erde. Geeigneter ist daher eine sogenannte "Drehbare Sternkarte": Das ist eine handliche runde Scheibe, auf der man für jede Stunde und jeden Tag eines Jahres den sichtbaren Himmelsausschnitt einstellen kann. Zu beziehen sind diese billigen Hilfsmittel über den Buchhandel oder den astronomischen Fachhandel. Bevorzugt sollte man ein Modell aus Kunststoff wählen, weil es tauresistent ist. Ein Lieferant ist etwa der Kosmos-Verlag.

Die Mehrzahl aller Menschen kennt zumindest ein oder zwei Sternbilder. Meistens sind das der "große Wagen" (Ursa Maior - eigentlich "die große Bärin"; denn der volkstümliche "Wagen" stellt nur einen Teil der "Bärin" dar), der Orion und/oder das "W" der Cassiopeia. Wem es so geht, der hat einen entscheidenden Vorteil, weil man von bekannten Sternbildern ausgehend, weitere leicht erschließen kann. Man sucht sich Verbindungslinien bekannter Sterne und verlängert sie im Geiste in Richtung unbekannter Sterne. Nach und nach kann man sich so einen Überblick über den Sternhimmel schaffen.
Kennt man noch kein einziges Sternbild, so sollte man zunächst versuchen, eines der prägnanteren mit Hilfe der Karte zu finden. Besonders geeignet sind Orion, Cassiopeia, Gemini, Auriga, der große "Wagen", Boötes, Cygnus, Lyra, Scorpius, Leo oder Sagittarius.

Was mir persönlich anfangs Schwierigkeiten bereitete, waren die Größenverhältnisse. Als ich versuchte, das Sternbild Cygnus am Himmel zu finden, trieb mich das fast in die Verzweiflung. Nach meiner Karte sollte es direkt über mir stehen, nur konnte ich es absolut nicht entdecken. Nach einiger Zeit erkannte ich es schließlich doch, der Clou: das, was sich dann als Cygnus erwies, war linear etwa 10 mal größer als das, wonach ich anfangs gesucht hatte. Man muß sich die Dimensionen klar machen: Das Bild des Cygnus (s. Karte oben, auf halber Höhe im Westen) entspricht einem Kreuz. Die Längsachse dieses Kreuzes erstreckt sich über einen Winkel von 23°. Wenn man seinen Arm gerade ausstreckt, die Hand zur Faust ballt und mit dem Auge über seine vier Knöchel peilt, dann entspricht das einem Winkel von ca. 8°. Die Längsachse vom Kreuz des Cygnus entspricht also annähernd drei nebeneinandergestellten Fäusten! Und die Größe eines Sternbildes kann man ja aus der Karte oben abschätzen oder abmessen: sie ist eine 360° Rundumdarstellung des sichtbaren Sternenhimmels mit einen Durchmesser von 180°. Durch Fehleinschätzungen bzw. Unkenntnis der Größenverhältnisse kommt es auch, daß manche Leute meinen, sie würden den großen "Wagen" kennen. Was sie dafür aber halten sind tatsächlich die "Plejaden", eine kleine Sternansammlung im Taurus, die eine ähnliche Form wie der "Wagen" hat. Der Unterschied: Der "Wagen" hat eine Länge von etwa 25°, die Plejaden von etwa 1,5°, sie sind linear also etwa 16 mal kleiner!

Home Planet zeigt in der "Sky"-Ansicht standardmäßig etwa alle unter guten Bedingungen mit bloßem Auge sichtbaren Sterne (Grenzgröße 5,5 mag). Man muß aber berücksichtigen, daß im Umfeld von Städten die Sichtbarkeitsgrenze selbst bei klarer Luft selten über 4,5 mag liegt. Die Figuren vieler Sternbilder erschließen sich einem unter diesen Bedingungen nicht mehr oder aber äußerst schlecht (z.B. Lynx, Hydra, Eridanus, Coma). Glücklich ist also, wer seine Übungsstunden in mondlosen Nächten auf dem Land abhalten kann.

Die Funktion "Solar system objects" im "Display" Menü der "Sky"-Ansicht sollte man unbedingt aktivieren, weil dadurch die Planeten mit dargestellt werden. Einen Planeten mit einem Stern zu verwechseln bereitet Schwierigkeiten wenn es darum geht, Sternbilder zu identifizieren. Venus, Jupiter, Mars und Saturn erscheinen wie helle Sterne, Venus und Jupiter übertreffen in ihrer Helligkeit grundsätzlich selbst den hellsten Stern des Himmels, Sirius. Merkur erscheint im Prinzip ebenfalls hell, ist aber auf Grund seiner sonnennahen Umlaufbahn selten und wenn, dann nur in der frühen Abend- oder späten Morgendämmerung nahe am Horizont zu sehen. Uranus und Neptun sind nur mit einem Fernglas zu erkennen und um Pluto zu Gesicht zu bekommen, ist ein ziemlich leistungsfähiges Teleskop erforderlich. Home Planet zeigt die Planeten mit ihren historischen, auf die Astrologie zurückgehenden Symbolen an. Das "who is who" findet sich in der Hilfe zum Programm (Suche nach: symbols, Auswahl: Solar system object symbols).

Natürlich gibt es auch reinrassige Astronomieprogramme, darunter solche, die als Freeware erhältlich sind. Beispiele wären die Cartes du Ciel (Sky Charts), Hello Northern Sky oder WinStars.


Sternenhimmel über Ehingen/Donau, Anfang der 80er Jahre


Der Sternenhimmel über Ehingen/Donau, etwa 1982 (ich suche noch nach den genauen Belichtungsdaten; vermutlich Canon F-1 mit Canon FD 1:2,8 f=24mm bei f/2,8 - ca. 5' auf Ektachrome 400 belichtet). Auf dieser Wiedergabe sind Sterne bis etwa 5.5 mag zu erkennen.
Nachdem ich einige alte Belichtungen aus ihrer Versenkung befreit habe, war ich doch erstaunt, wie dunkel der Nachthimmel hier, südlich der Schwäbischen Alb war. Vergleiche mit diesem Bild aus dem Rhein-Main-Gebiet: f/2,8 ISO 400 gegen f/2 ISO 200 heben sich auf, ergo ist die Aufnahme aus Ehingen etwa 6 mal intensiver belichtet - trotzdem ist der Himmelshintergrund deutlich gedeckter. Zwischen den Aufnahmen liegen ungefähr 17 Jahre, heute mögen die Verhältnisse in Ehingen natürlich schlechter sein.
Links oben das "W" der Cassiopeia. In der Mitte oben schließt sich das Sternbild Lacerta an. Unterhalb der Cassiopeia die Andromeda, rechts davon Pegasus. Der Blick richtet sich nach dem Nord-Osten. Für eine größere Ansicht auf das Bild klicken.
Photo: Christian F. Ackermann



Neben dem reinen Erkennen der Sternbilder mag es auch von Nutzen sein, sich Klarheit über die Veränderungen zu machen, die der Sternenhimmel im Verlaufe eines Tages (sichtbar in der Nacht) und über das Jahr hinweg erfährt und inwiefern das, was wir vom Sternenhimmel sehen können, von unserer geographischen Position abhängt. Davon ist in den folgenden Abschnitten die Rede.


Das irdische, geographische Koordinatensystem besteht aus den beiden Werten der (1.) geographischen Länge und der (2.) geographischen Breite. Die Länge soll uns hier nicht weiter interessieren, wohl aber die Breite. Sie ist der Winkelabstand eines Ortes nördlich oder südlich des Äquators, wobei der Äquator per Definition dem nullten Breitengrad (0°) entspricht. Nach Norden hin wird nun positiv gezählt und daher hat der geographische Nordpol, der ja in einem Winkelabstand von 90° zum Äquator liegt, auch die geographische Breite von +90°. Selbiges gilt für die südliche Erdhemisphäre, nur mit umgekehrtem Vorzeichen, der geographische Südpol liegt also auf einer Breite von -90°.

Das himmlische Koordinatensystem verwendet Werte, die sich im Prinzip analog zu geographischer Länge und Breite verhalten - das gilt direkt für das himmlische Breitensystem, das nichts anderes als eine Projektion des geographischen Breitensystems gegen den Himmel darstellt. Das bedeutet, daß es sowohl einen Himmelsnord- als auch einen Himmelssüdpol gibt und dazwischen einen Himmelsäquator. Man hat sich das so vorzustellen:

Die Drehung der Erde verursacht die scheinbare tägliche Drehbewegung der Sterne. Die Drehachse der Erde reicht vom geographischen Nord- zum geographischen Südpol. Verlängert man sie gedanklich himmelwärts in die Unendlichkeit, so werden dadurch zwei Punkte markiert, die sich selbst durch die Drehung der Erde nicht bewegen, um die herum sich aber alle Sterne zu drehen scheinen. Die Verlängerung des geographischen Nordpols nach dem Himmel markiert dabei den Himmelsnordpol, die Verlängerung des geographischen Südpols nach dem Himmel markiert den Himmelssüdpol.
Die "himmlische" Breite nennt sich nun Deklination und der Himmelsnordpol besitzt also die Deklination +90°, der Himmelssüdpol die Deklination -90°. Direkt dazwischen erstreckt sich der Himmelsäquator mit einer Deklination von 0°. Der Himmelsäquator scheidet den Himmel in eine nördliche (positive Deklinationen) und eine südliche (negative Deklinationen) Himmelshemisphäre.

Sternenhimmel über dem geographischen Nordpol


Der Sternenhimmel am 21.03.2004 0 Uhr UTC am geographischen Nordpol.
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Die erste Abbildung zeigt den Himmel über dem geographischen Nordpol am 21.03.2004 um 0 Uhr UTC. Dargestellt ist eine 2D-Projektion des sichtbaren Sternenhimmels: Der violette Kreis stellt den Horizont dar, dessen Umfang 360° beträgt. Im Zentrum des Kreises befindet sich der Zenit. Hier erkennt man im Sternbild Ursa Minor (UMi; der kleine Bär) einen Stern, nämlich den Polarstern, der die Position des Himmelsnordpols zwar nicht exakt, aber mit hinreichender Genauigkeit anzeigt (er befindet sich etwa 1° abseits des eigentlichen Himmelsnordpols [1]). Auf der Abbildung erkennt man grüne und gelbe konzentrische Kreise, die zu einem Grüngelb verschmelzen, da sie deckungsgleich angeordnet sind. Die grünen Kreise geben in 15°-Schritten den Winkel über dem Horizont an (die sog. Höhe) und die gelben das "himmlische Breitensystem", also die Deklinationswerte wieder. Der äußerste grün/gelbe Kreis steht also für eine Höhe von 15° über dem Horizont und gleichzeitig für eine Deklination von +15°, dann folgen die Kreise für 30, 45, 60 und 75°. Im Zentrum, wie schon erwähnt, der Zenit, der sich 90° über dem Horizont befindet und dessen Deklination +90° beträgt. Bleibt noch die Frage, für was der orangefarbene Kreis steht, der mit der Horizontlinie zusammenfällt: Es ist nichts anderes als der Himmelsäquator, also die Linie mit einer Deklination von 0°, die hier am geographischen Pol mit der Horizontlinie zusammenfällt. Vom geographischen Nordpol aus sind also nur diejenigen Sterne mit positiven Deklinationswerten zu sehen (0 bis +90°), sprich: die Sterne des nördlichen Sternenhimmels.

Eigentlich sollten der orangefarbene und der violette Kreis deckungsgleich angeordnet sein. Durch das Phänomen der "atmosphärischen Refraktion" werden aber Lichtstrahlen - umsomehr, je horizontnaher sie einfallen - von der Lufthülle gebrochen und dabei angehoben. Tatsächlich wird daher ein Stern der am Himmelsäquator liegt, am Nordpol etwa 1/2° oberhalb des Horizontes zu sehen sein (die atmosphärische Refraktion ist aber natürlich nicht auf den Nordpol beschränkt). Da die Sonne einen Winkeldurchmesser von ziemlich genau 1/2° aufweist, steht sie also tatsächlich noch unterhalb der Horizintlinie, wenn sie diese gerade schon überschritten zu haben scheint.

Die nachfolgende Abbildung zeigt die Verhältnisse zum selben Datum/der selben Zeit vom geographischen Südpol aus gesehen. Auch hier fallen natürlich Himmelsäquator und Horizontlinie zusammen. Der einzige Unterschied zum Norden ist, daß hier nur diejenigen Sterne zu sehen sind, deren Deklinationswerte negativ sind (0 bis -90°), sprich: die Sterne des südlichen Sternenhimmels. Dieser Unterschied ist auch anhand der eingezeichneten Sternbilder (deren Namen in einem Dreibuchstabencode abgekürzt sind) zu erkennen: Auf der Südhemisphäre sind völlig andere Sternbilder zu sehen als auf der Nordhemisphäre, so befindet sich der Pol hier im Sternbild Octans (Oct). Einzig diejenigen Sternbilder die in beide Hemisphären hineinreichen, sind auf beiden Karten aufgeführt. Gut zu erkennen ist das am Orion (Ori), der auf beiden Polkarten am linken Rand erscheint.
Es dürfte unmittelbar klar sein, daß, da sich von den geographischen Polen aus die Sterne um einen Punkt im Zenit herum drehen, kein Stern jemals auf- oder untergehen kann. Alle Sterne die an den Polen zu sehen sind, sind dort immer zu sehen, sie sind, wie man sagt, "zirkumpolar". Auf- oder untergehen könnte ein Stern ja nur, wenn seine Bahn schräg zum Horizont verliefe, aber alle Sterne ziehen ihre Kreise an den Polen streng parallel zu diesem.

Der Sternenhimmel am 21.03.2004 0 Uhr UTC am Südpol.
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Sternenhimmel über dem geographischen Südpol

Die Verhältnisse am Äquator sind in der nachfolgenden Abbildung, ebenfalls für den 21.03.2004, 0 Uhr UTC, gezeigt und gänzlich anders: Der violette Außenkreis stellt wieder die Horizontlinie dar, der Himmelsäquator verläuft aber nicht parallel zum Horizont, im Gegenteil, er durchläuft den Himmel quer, von links (Westen) über das Zentrum (Zenit) nach rechts (Osten). Wenn der Himmelsäquator aber durch den Zenit läuft, und die Himmelspole stets im rechten Winkel zum Himmelsäquator stehen, dann müssen diese am Horizont liegen, der ja 90° vom Zenit entfernt ist. Und genauso ist es auch: Der Himmelsnordpol findet sich an der Horizontlinie unten (im Norden) und der Himmelssüdpol ihm gegenüber, also in 180° Abstand, einmal quer durch die Karte, an der Horizontlinie oben (im Süden). Am Äquator kann man also beide Himmelspole zugleich sehen.
Daß die Pole am Rande liegen ist auch an den gelben Deklinationslinien zu erkennen, die hier, anders als bei den Polansichten, nicht deckungsgleich mit den grünen Höhenlinien verlaufen. Vom Himmelsäquator aus (Deklination 0°) verlaufen nach unten (Norden) die Linien mit +15, +30, +45, +60 und +75° und nach oben (Süden) diejenigen mit -15, -30, -45. -60 und -75°.

Der Sternenhimmel am 21.03.2004 0 Uhr UTC am Äquator (bei 0° Länge).
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Sternenhimmel über dem Äquator

Nun leben die wenigsten Menschen an den Polen oder am Äquator. Schauen wir, wie sich die Verhältnisse für jemanden in Deutschland darstellen und wählen wir dafür wie immer die Stadt Mainz, weil sie exakt auf einer geographischen Breite von +50° liegt, womit sich schön rechnen läßt.
Ebenfalls für den 21.03.2004, 0 Uhr UTC ist der gesamte Himmel über Mainz dargestellt:

Der Sternenhimmel am 21.03.2004 0 Uhr UTC in Mainz (+50° Breite -08°15' Länge).
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Sternenhimmel über Mainz

Hier findet sich der Himmelsnordpol, gekennzeichnet durch den Polarstern, im Zentrum des kleinsten gelben Kreises, der die Deklinationslinie von +75° darstellt. Der Himmelsnordpol ist also weder im Zenit, so, wie am geographischen Nordpol, noch am Horizont, so, wie am Äquator, sondern irgendwo dazwischen. Wo genau, das läßt sich leicht errechnen: Mit einer geographischen Breite von +50° liegt Mainz 40° vom geographischen Nordpol entfernt, folglich muß auch der Himmelsnordpol von Mainz aus betrachtet 40° vom Zenit entfernt sein. Und da der Himmelsnordpol per Definition in Richtung Norden liegt, steht er folglich 50° über dem Nordhorizont (40° ist er ja schon vom Zenit entfernt, es fehlen also noch 50° um den Viertelkreis von 90°, der zwischen Zenit und Horizont liegt, vollzumachen).
Der Himmelsäquator (orange), der ja immer in 90° Abstand zum Himmelsnordpol verläuft, erreicht im Süden (unten) den höchsten Stand über dem Horizont mit 40° Höhe. Er schneidet wie überall auf der Welt (mit Ausnahme der geographischen Pole) die Horizontlinie genau am Ostpunkt (links) sowie am Westpunkt (rechts). Wenn der Himmelsäquator mit seiner Deklination von 0° im Süden 40° über die Horizontlinie tritt, dann bedeutet dies, daß die Horizontlinie am Südpunkt 40° tiefer liegt und daher an dieser Stelle einer Deklination von 0° - 40° = -40° entspricht. Ein Beobachter kann von Mainz aus also Sterne bis zu einer Deklination von -40° sehen, alle weiter südlich gelegenen Sterne bleiben ihm verschlossen, denn sie überschreiten niemals die Horizontlinie (der Himmelssüdpol, Deklination -90°, liegt daher 50° unterhalb des Südhorizontes). Natürlich wird ein Stern mit einer Deklination von -40° in der Realität nie zu beobachten sein, da er sich im Dunst des Horizontes verliert. Wäre er dennoch zu sehen, dann aber täglich trotzdem nur für einen infinitesimal kurzen Zeitraum: Denn der südliche Horizontpunkt fällt ja mit der -40°-Deklinationslinie zusammen und ein Stern der dort aufgegangen ist, geht im selben Moment auch schon wieder unter. Ein Stern bei -39° wird aber bereits einen kurzen Bogen nahe dem Südhorizont beschreiben und ein Stern bei 0° Deklination wird einen exakten Halbbogen von 180° Umfang, vom Aufgang exakt im Osten, zum Untergang exakt im Westen, ziehen. Noch weiter nördlich gelegene Sterne werden einen immer weiteren Bogen beschreiten und zunehmend länger über dem Horizont verweilen, bis ab einer Deklination von +40° und darüber, Sterne von Mainz aus gesehen gar nicht mehr untergehen können, da der Weg den sie beschreiten die Horizontlinie nicht mehr schneidet und ergo einem Kreis entspricht. Anschaulich wird das auf der Abbildung an den drei nördlichsten gelben Deklinationskreisen von +45, +60 und +75°, die allesamt stets über dem Horizont liegen. Ein Kreis bei +40° Deklination würde den Horizont genau tangieren. Sterne die von einem Ort aus betrachtet nie untergehen, nennt man, wie oben bereits erwähnt, zirkumpolar. An den geographischen Polen sind also alle Sterne zirkumpolar, am Äquator kein einziger und an Orten die zwischen Pol und Äquator liegen, sind um so mehr Sterne zirkumpolar, je nördlicher oder südlicher dieser Ort liegt.

Neben der täglichen Bewegung der Sterne infolge der Erdrotation, gibt es auch noch eine jährliche Bewegung, die dadurch hervorgerufen wird, daß die Erde die Sonne umrundet. Die Folge davon ist, daß nicht alle Sternbilder zu jeder Jahreszeit zu sehen sind. Würde das Licht der Sonne die Sterne nicht überstrahlen, dann sähe man leicht, daß sich ihre Position relativ zu den Sternen täglich um etwa 1° verschiebt. So aber kann man diese Bewegung nur indirekt, ohne festen räumlichen Bezugspunkt, erkennen:
Um den Jahreswechsel herum steht die Sonne beispielsweise im Sternbild des Sagittarius. Dieses und alle benachbarten Sternbilder sind daher um diese Zeit herum nicht sichtbar. Ein halbes Jahr später hat die Erde einen halben Umlauf um die Sonne absolviert (steht also auf der gegenüberliegenden Seite ihrer Bahn) und in dem Teil des Himmels in dem der Sagittarius und dessen Anrainer stehen, herrscht jetzt Nacht. Anders gesagt: Die Position des Sagittarius hat sich relativ zur Sonne um 12 Stunden verschoben, mit der Folge, daß dort wo die Sonne um 12 Uhr mittags steht, nämlich im Süden, Sagittarius schon 12 Stunden früher stand, nämlich um Mitternacht. Wieso 12 Stunden früher, und nicht später? Das wird klar, wenn man die Verschiebung der Position eines Sterns relativ zur Sonne von Tag zu Tag betrachtet: Denn wenn ein Stern heute einen bestimmten Stand am Himmel einnimmt, so wird er den selben Stand am nächsten Tag (knapp) 4 Minuten früher erreichen. Täglich 4 Minuten früher ergibt nach einem halben Jahr (= etwa 180 Tagen) 12 Stunden früher (180 x 4 Minuten = 720 Minuten = 12 Stunden - näheres dazu kann man hier (Stichwort: Tag) nachlesen). Ein Stern oder Sternbild wird so im Laufe des Jahres zunächst morgens im Osten langsam aus der Morgendämmerung heraus in die Nacht hineinrücken, immer früher zu sehen sein, bis es schließlich langsam in der Abenddämmerung verblaßt um nach einiger Zeit der Unsichtbarkeit am Tageshimmel wieder aus der Morgendämmerung heraus zu erscheinen, womit sich der Kreis schließt.



[1] Der Polarstern ist, entgegen anderslautenden Ansichten, nicht der hellste, sondern ein Fixstern mittlerer Helligkeit: Stets deutlich zu erkennen, aber nicht besonders auffällig. In der südlichen Himmelshemisphäre gibt es in Polnähe übrigens keinen leicht erkennbaren Stern.


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Letzte Aktualisierung: 15.02.2009   Kontakt