From pinhole imaging to planetary orbit: A year-long solar angular measurement with a pinhole camera
Lochkamera-Bilder der Sonne sind im Alltag überall zu beobachten, wo Sonnenlicht durch hohe Baumkronen oder kleine Lücken in Jalousien fällt und kreisförmige oder elliptische Lichtflecken erzeugt. Dieses als „Sonnentaler“ bekannte Phänomen bietet einen einfachen Einstieg in die Lochkameratheorie im Optikunterricht. Der Durchmesser eines Sonnenbildes wird durch den Winkeldurchmesser h der Sonne und die Abbildungsentfernung b bestimmt. Bei einem mittleren Winkeldurchmesser der Sonne von 0,533° ergibt sich ein Verhältnis h = h/b = 1/108, was bedeutet, dass der Bilddurchmesser etwa 1/108 der Projektionsentfernung beträgt.
Aufgrund der leicht elliptischen Umlaufbahn der Erde schwankt der scheinbare Durchmesser der Sonne im Laufe eines Jahres, was sich auf die Größe des Sonnenbildes auswirkt. Im Perihel (4. Januar) erreicht der Sonnenwinkel etwa 0,542°, während er im Aphel (4. Juli) auf etwa 0,524° abnimmt. Die Differenz von 0,018° (65 Bogensekunden) entspricht einer Abweichung von 3,4 % gegenüber dem Mittelwert von 0,533 (1920 Bogensekunden). Diese Schwankung der Größe des Sonnenbildes ist bei kurzen Projektionsabständen kaum wahrnehmbar, wird jedoch bei größeren Abständen messbar.
Wir stellen in dem Artikel ein Experiment vor, bei dem wir mithilfe einer 60 m großen Spiegellochkamera die Winkelgröße der Sonne bestimmt haben. Dazu haben wir zwischen Juli 2024 und Juli 2025 großformatige Sonnenbilder mit einem Durchmesser von 50-60 cm vermessen. Unsere Analyse bestätigt die jährliche Winkelabweichung von 65 Bogensekunden mit einem Fehler von +/- 8 Bogensekunden. Darüber hinaus haben wir atmosphärische Seeing-Effekte sowie Sonnenflecken beobachtet. Das Projekt bietet eine leicht zugängliche Plattform für Schüler und Studierende, um sich mit wissenschaftlicher Forschung zu beschäftigen.
Grebe-Ellis, J. & Quick, T. (2026): From pinhole imaging to planetary orbit: A year-long solar angular measurement with a pinhole camera
Am. J. Phys. 94, 106–112 (2026)
https://doi.org/10.1119/5.0289306
