Luftpost 239: Navigation 1 – Problemstellung

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Andreas Fecker- Foto: Bildarchiv Fecker

Im Lexikon steht unter dem Stichwort Navigation „Steuermannskunst zu Wasser, zu Land und in der Luft. Das Ziel ist, ein Fahr- bzw. Flugzeug sicher zum gewünschten Zielpunkt zu steuern. Dem Steuern gehen zwei geometrische Aufgaben voraus: die Ortsbestimmung und die Ermittlung eines zielführenden Steuerkurses.“
Jedes Jahrhundert hatte seine epochalen Erfindungen, die man leicht zu den wichtigsten Geistesblitzen der Menschheit hinzufügen könnte. Der Blitzableiter, der Heißluftballon, die Dampfmaschine sind Erfindungen, die so genial wie banal erscheinen können. Hier reiht sich die Erfindung des Schiffschronometers für die Standortbestimmung auf den Weltmeeren ein, die die Eroberung der Welt erst möglich machte. Nach ihren Grundsätzen und Entdeckungen funktioniert die Navigation bis heute. Denn sogar unser GPS im Auto, im Flugzeug, im Fahrrad, im Smartphone oder in der Fitnessuhr funktioniert auf der Basis Zeit und Abstandsmessung. Zu GPS & Co ein andermal mehr.

Die Geschichte des schiffstauglichen Zeitmessers ist hochdramatisch. Die erste Räderuhr wurde 1335 erwähnt, davor behalf man sich mit Sanduhren, Kerzenuhren, Zündschnüren, Wasseruhren und natürlich Sonnenuhren. Allen mechanischen Uhren dieser Frühzeit war gemein, dass sie im Laufe eines Tages gerne mal eine halbe Stunde vor- oder nachgehen konnten. Reihten sich mehrere Tage mit bedecktem Himmel und schlechtem Wetter aneinander, konnten sie nicht mit Hilfe der Mittagsweiser oder der Sonnenuhr nachjustiert werden. Da das mittelalterliche Leben in dieser Zeit jedoch sowieso von der Natur bestimmt war und Sonnenaufgang und Sonnenuntergang den Tagesrhythmus regelten, fiel das nicht weiter ins Gewicht.

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Um 1500 erfanden Nürnberger Uhrmacher die Taschenuhr. Sie wird zwar dem Schlossermeister Peter Henlein zugeschrieben, dürfte aber eine Entwicklung von mehreren Uhrmachern sein, die miteinander im Wettstreit zur Miniaturisierung standen. Die Ganggenauigkeit ließ noch gewaltig zu wünschen übrig. Wenn am Ende eines Tages zwei Uhren dieselbe Zeit anzeigten, war das zwar Zufall, aber immerhin konnte man sie einstecken.
Galileo Galilei entdeckte, dass ein Pendel mit Gewicht aufgrund der Gesetze der Schwerkraft die beste Methode war, um eine genaue Zeitmessung zu ermöglichen. Damit war der Bau von Uhren mit einer Ablage von nur einer Minute am Tag möglich. Das Zentrum des Uhrenbaus verlagerte sich von Deutschland über Frankreich und den Niederlanden nach England.

Bevor wir uns jedoch (in der nächsten Luftpost) einem der verdienstvollsten Uhrmacher der Geschichte zuwenden, müssen wir verstehen, warum bereits im 17. Jahrhundert die genaue Zeitmessung so wichtig wurde. Das hat mit Geographie, Kartographie, Zeitzonen, Navigation und Piraten zu tun.

Längen- und Breitengrade

Karten gibt es seit tausenden von Jahren. Offenbar hatten manche Menschen von jeher das Bedürfnis, geographische Gegebenheiten auf einer überschaubaren Fläche darzustellen und sie womöglich in Relation zu Himmelskörpern zu setzen. Vor allem die seefahrenden Völker waren darauf angewiesen, Inseln, Küsten, Meerengen und Häfen zu kartographieren, damit andere Kapitäne diese wiederfinden würden. Schon die griechischen Astronomen teilten die Erde lange vor Christus zu diesem Zweck in 360 Grad ein. Trotzdem brauchte Odysseus zehn Jahre für die Heimfahrt von Troja nach Ithaka, während der er im Ägäischen Meer umherirrte.

Längengrade – Grafik: Fecker
Die Position jederzeit feststellung zu können, wurde die Grundlage eine genauen Navigation. Dazu wurden Uhrzeit, Sonnenstand und Geschwindigkeit des Schiffes in Beziehung gesetzt.

Im Laufe der Zeit entwickelten sich Karten mit Längen- und Breitengraden. Allerdings unterschieden sich spanische Karten zum Beispiel von französischen oder englischen durch die Georeferenzierung. Der Nullmeridian ging durch die kanarische Insel Ferro, oder durch Paris, St. Petersburg, Kopenhagen, Jerusalem, Philadelphia oder durch Greenwich, je nachdem, welches Interesse die Hersteller der Karte verfolgten, wer die Auftraggeber waren, oder in wessen Diensten sie standen. Erst 1884 einigten sich die Völker auf der internationalen Meridian Konferenz in Washington auf den Nullmeridian, der durch die Londoner Sternwarte von Greenwich verläuft.

Die Weltkarten mit Längen- und Breitengraden zu versehen war eine Sache, die Küsten und Inseln in richtiger Proportion und an der richtigen Stelle einzuzeichnen eine andere. Auch lesen sich die Abenteuer der Weltentdeckung zu Hause im Ledersessel wie eine Sammlung unterhaltsamer Seemannsgeschichten. Bisweilen verhaftet sich der Eindruck von mutigen, aber auch habgierigen bis grausamen Kapitänen, die gegen Strömungen und Stürme kämpften und ihre Mannschaften zu Höchstleistungen antrieben und stets genau wussten, wo sie waren und was sie taten. Damit muss man allerdings aufräumen, denn bis zur Erfindung des Chronometers wussten die Magellans, Drakes, Cooks und Kotzebues nur vage, wo sie ungefähr sein könnten, es sei denn sie segelten in Sichtweite der Küsten an den Kontinenten entlang. Man warf ein Logscheit ins Wasser, um die Geschwindigkeit zu messen. Das Holz war an einer Schnur befestigt, auf der in regelmäßigen Abständen Knoten waren. Ein Bootsmann hielt die Spule, ein anderer zählte die Knoten, ein dritter beobachtete die Sanduhr. Und schon wusste man ungefähr die Geschwindigkeit des Schiffes und trug sie ins Logbuch ein. Zusammen mit dem Kompasskurs erhielt man dann die ungefähre Position. Da aber unbekannte Meeresströmungen nicht berücksichtigt wurden, war dies eine sehr vage Art der Navigation.

Die Irrfahrt von Kapitän George Anson – Grafik: Fecker

Im Alltag der Brigantinen, Schoner, Karavellen, Korvetten, Fregatten und Galeeren war die Navigation eine Mischung von Erfahrung und Bauchgefühl. Das führte dazu, dass Schiffsreisen unnötig lange dauerten, dass der Proviant unterwegs zur Neige ging, dass tausende Männer am Skorbut starben, weil sie nicht wussten, ob sie nach Westen oder nach Osten segeln mussten, um eine Insel anzusteuern, auf der sie Frischwasser und Proviant aufnehmen konnten. Manchmal führten diese Irrfahrten auch zur Meuterei. Läuse, Typhus, Fieber, Ruhr, Durchfall, Malaria all die typischen Schiffs- und Tropenkrankheiten der frühen Tage wären nicht nötig gewesen. Ferdinand Magellan brach 1519 mit 237 Mann Besatzung auf fünf Schiffen zur ersten Weltumseglung auf. Drei Jahre später kehrten 18 Mann ohne ihren Kapitän zurück. Als Kapitän George Anson von der Royal Navy 1740 mit sechs Schiffen und 1900 Mann in See stach um Kap Horn in Richtung auf die Philippinen zu umsegeln, ahnte er nicht, dass er vier Jahre später nur noch 500 davon zurückbringen würde. Doch er brauchte allein fünf Monte, um Patagonien zu umschiffen und den verabredeten Hafen auf der Insel Juan Fernandez vor der Küste Chiles zu finden. Fünf Monate in deren strapaziösem Verlauf er allein 500 Mann Besatzung durch Krankheit verlor.

Manchmal liefen die Schiffe in schlechtem Wetter auf Grund, weil sie die richtige Anfahrt zum Hafen nicht fanden. So zerschellte 1707 ein Teil der englischen Kriegsflotte bei der Rückkehr 22 Seemeilen vor Land‘s End an den Klippen, weil man die Position nicht genau bestimmen konnte und die Einfahrt zum Englischen Kanal nicht fand. Vier Schiffe gingen unter und 2000 Seeleute kamen dabei ums Leben.

Zeitzonen

Die Erde ist in 24 Zeitzonen eingeteilt. Dividiert man die 360 Längengrade der Erde durch die 24 Stunden des Tages, erhält man einen Zeitunterschied von einer Stunde pro 15°. Steht die Sonne um 12 Uhr mittags am Null-Meridian im Zenit, ist sie folglich 15° westlich davon in der 11-Uhr-Position. Man muss also den Winkel der Sonne relativ zum Betrachter messen. Kennt man die Zeit am Null-Meridian, lässt sich genau berechnen, wie viel Grad westlich oder östlich man sich davon befindet. Das gleiche funktioniert auch bei wolkenfreiem Himmel nachts mit dem Polarstern.

Die Navigation auf dem Meer musste sich auf die Bestimmung der Himmelskörper beschränken, auf die Sterne und den Mond bei Nacht, und auf die Sonne bei Tag. Viele Kapitäne, die bei unbedecktem Himmel mit ihren Quadranten, Jakobsstäben und Astrolabien in die grelle Sonne schauen mussten, um den Winkel über dem Kimm (Horizont) zu bestimmen, verbrannten sich dabei die Netzhaut und erblindeten im Laufe ihres oft kurzen Lebens auf mindestens einem Auge. Mit Tabellen wurde interpoliert, aber einen genauen Standort ließ sich nicht bestimmen, ohne die genaue Uhrzeit in Greenwich zu kennen. Nur der Breitengrad ließ sich relativ exakt ermitteln. Also segelten die Kapitäne unter der Küste bis zu dem Breitengrad, der auf der Höhe ihres eigentlichen Zieles lag und setzten dann den Kurs am Breitengrad entlang bis zu ihrem Ziel auf dem anderen Kontinent. Das machten sich natürlich auch die Piraten zu Nutze.

Nun war es ja nicht so, dass man damals nicht schon Uhren gehabt hätte. Aber sie wurden von einem Pendel angetrieben, und dieses Pendel wurde durch das Gieren, Rollen und Stampfen des Schiffes durcheinandergebracht. Auch Temperaturschwankungen und veränderte Luftfeuchtigkeit beeinflussten die Ganggenauigkeit. Und wenn eine Uhr pro Tag nur 4 Minuten vor- oder nachging, summierte sich das im Laufe eines Monats auf zwei Stunden. Das entspricht 30° oder zwei Zeitzonen, und das macht in der Nähe des Äquators 3200 Kilometer aus! Dabei schafften es normale Schiffsuhren mit Pendel kaum auf zehn Minuten Ablage pro Tag. Kein Wunder also, dass die Weltentdecker der damaligen Zeit, die ja mehrere Jahre unterwegs waren, niemals eine genaue Position in ihre Karten eintragen konnten.

Das Problem war also erkannt, eine Lösung gleichwohl noch lange nicht in Sicht. In Luftpost 240 erzähle ich, unter welch dramatischen Umständen ein Schreiner (!) sein Lebenswerk der Lösung dieser Frage widmete, die über Jahrhunderte die Grundlage der Navigation bedeuten sollte.

Von Andreas Fecker

 

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Eine Antwort zu “Luftpost 239: Navigation 1 – Problemstellung”

  1. Roland Rauh sagt:

    Hallo Andy, ich gratuliere einmal mehr. Der Artikel Navigation 1 ist sehr kompetent geschrieben. Er ist außerdem sehr anschaulich und auch für jeden Laien gut verständlich. Kompliment, Roland. Ich freue mich schon auf Teil 2.

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