Der Kurs steht in den Sternen

Die Polynesier überquerten den Pazifik in hölzernen Kanus, benutzten die Gestirne, Wind und Meeresströmungen, um sich zu orientieren und fertigten Karten aus Hölzchen und Muscheln an. Die Wikinger ließen sich von der Strömung treiben, folgten den Walen, hielten Raben an Bord, bestimmten ihre Position mit Sonnenschattenbrettern und verwendeten Sonnensteine, die das Licht polarisierten, wenn der Himmel bedeckt war. Im Altertum verließ man sich auf die Koppelnavigation.

Koppelnavigation

Dazu brauchte man Ausgangspunkt, Kurs und Geschwindigkeit. Der Ausgangspunkt war leicht zu ermitteln. Sonnenauf- und -untergang zeigten Osten und Westen an. Nachts orientierte man sich an Sternen, wobei damals weder der Polarstern den Norden noch das Kreuz des Südens den Süden anzeigte und man sich mit anderen Sternen behalf. In einer klaren Nacht hatte man also mindestens einen Anhaltspunkt am Himmel, um den Kurs zu überprüfen. Die Geschwindigkeit las man an einer Leine ab, an der Knoten angebracht waren, die an einem Stück Holz befestigt war, das man über Bord warf und vom fahrenden Schiff gleiten ließ. Ein Knoten entspricht einer Seemeile pro Stunde (1,852 km/h). Wusste der Navigator die Geschwindigkeit, zog er eine Linie auf der Seekarte und sah, wie weit er gekommen war. Allerdings konnten Seitenwinde und Meeresströmungen das Schiff vom Kurs abbringen. Christoph Kolumbus segelte mit Kompass und Koppelnavigation. Dank seiner sorgfältigen Seekarten können heutige Seefahrer diese bemerkenswerte Reise nachvollziehen.

Auf den Winkel kommt es an

Bereits in Alexandria existierten Astrolabien – scheibenförmige Instrumente, mit denen der sich drehende Himmel nachgebildet werden konnte. Der Jakobsstab verdrängte das Astrolabium und war ein frühes astronomisches Instrument zur Winkel- und Streckenmessung. Das erste Konzept für ein Gerät zur Winkelmessung mit Hilfe von Spiegeln stammt von Isaac Newton. Seine Skizzen blieben unbeachtet und wurden erst nach seinem Tod veröffentlicht. Um 1730 entwickelten unabhängig voneinander Astronomen, Mathematiker und Optiker den Oktanten, der Winkel bis 90 Grad messen kann und vom Sextanten verdrängt wurde.

Ein Sechstel eines Kreises

Mit einem Sextanten ermittelt man die Höhe eines Gestirns zu einem gegebenen Zeitpunkt über dem Horizont. Am Schiffsmittag erreicht die Sonne ihren Höchststand. Stellen Sie sich vor, Sie segeln im Atlantik, haben schönes Wetter, setzen sich vor Mittag an Deck, nehmen den Sextanten, richten ihn nach dem Horizont aus und messen den Sonnenstand minütlich. Zunächst wird der Winkel größer, weil die Sonne steigt, bleibt dann ein paar Minuten beinahe unverändert, weil die Kurve im Zenit flach ist, und sinkt dann wieder. Mit dieser maximalen Höhe der Sonne über dem Horizont können Sie mit einer einfachen Formel Ihre 
geografische Breite bestimmen. Sie müssen nur das Datum wissen, denn im Winter verläuft die Sonnenkurve tiefer als im Sommer.

Das Längengradproblem

Schiffe segelten „in die Breite” und mussten große Zeitverluste in Kauf nehmen, weil sie ihren Längengrad nicht ermitteln konnten. Seefahrer wären schon froh gewesen, hätten sie den Längengradunterschied zwischen ihrer Position und dem Zielhafen gekannt. Kurz nach der Hafenausfahrt hatten sie keine Ahnung mehr, wo sie waren. Berühmte Kapitäne segelten wochenlang in die falsche Richtung und verloren dutzende Seeleute durch Skorbut. Im Jahr 1707 liefen auf den Scilly-Inseln vor England vier Schiffe auf Grund und sanken. 26 Matrosen überlebten, 1600 starben, weil die Navigatoren falsch geraten hatten. Aus Not wandten sich Kaufleute und Seefahrer an das britische Parlament mit der Bitte, sich um das Längengradproblem zu kümmern. Also verfasste Königin Anne 1714 den Longitude Act: Wer eine Lösung fand, die Länge genauer als ein halbes Grad zu bestimmen, sollte ein Vermögen erhalten. Das Preisgeld lockte Glücksritter von überallher. Sie machten so obskure Vorschläge, dass sich die extra eingesetzte Längengradkommission über Jahre nicht einmal traf. Zwei Mathematiker schlugen etwa vor, in gleichmäßigen Abständen Schiffe im Meer zu verankern, die mehrmals täglich durch Böllerschüsse bei der Positionsbestimmung helfen sollten: Aus dem Zeitunterschied zwischen Blitz und Knall wäre der Abstand zum Böllerschiff errechenbar. Das mag absurd klingen, aber das GPS funktioniert nach diesem Prinzip. Isaac Newton, auch Mitglied der Kommission, glaubte an eine astronomische Lösung. Diesmal sollte er sich irren.

Der Schiffschronometer

John Harrison war Anfang zwanzig und ein Tischler aus einfachen Verhältnissen. Er baute Uhren aus hölzernen Zahnrädern, die so genau liefen, dass er beschloss, eine Schiffsuhr zu bauen. 1735 war sie fertig. Das Uhrwerk wog 32 kg, war in einem würfelförmigen Gehäuse mit einer Kantenlänge von 1,20 Metern untergebracht und funktionierte perfekt. Statt die Testfahrt in die Karibik anzutreten und das Preisgeld einzustreichen, tüftelte er noch 22 Jahre herum, bis die Uhr nur noch eineinhalb Kilo wog und auf die Sekunde genau lief. Sie kostete ein Vermögen. James Cook bestätigte auf einer seiner großen Reisen ihre Zuverlässigkeit. Das Längengradproblem war zwar gelöst, schützte Cook jedoch nicht vor einem gewaltsamen Tod auf Hawaii. Augenzeuge war sein Navigator – William Bligh.

Der Meister der Navigation

William Bligh stach 1787 mit der Bounty in See und ankerte mit großer Verspätung in Tahiti, wo sich die Mannschaft fünf Monate lang vergnügte. Anders als auf der Leinwand dargestellt war Bligh kein peitschender Tyrann. Auslöser für die Meuterei unter Führung von Fletcher Christian waren weniger fehlende Kokosnüsse als die Tatsache, dass es den Männern schwerfiel, zur Disziplin zurückzufinden. Sie stürmten die Kabine von Bligh, fesselten ihn und setzten ihn in eine offene Barkasse, in die ihm 18 treue Seeleute folgten. Sie begannen eine der längsten Reisen, die je in einem offenen Schiff gemacht wurde. 41 Tage lang navigierte Bligh das überladene Boot durch die kaum erforschte Torres-Straße zwischen Australien und Neuguinea. Die halb verhungerten Männer erreichten nach 5800 Kilometern punktgenau die Insel Timor. Bligh hatte nur einen Kompass, ein Log, einen Oktanten und seine Taschenuhr bei sich. Die Seekarte hatte er im Kopf gespeichert. Bis heute gilt diese Fahrt als nautische Meisterleistung.

Herzlichen Dank dem Astronomieverein Vorarlberg und Christoph Scherrer.

Kleine Astronavigationskunde

So kommen Sie sicher ans Ziel

• Um den Längengrad zu ermitteln, muss ich die Zeit auf die Sekunde genau wissen, da sich die Erde mit etwa 1600 km/h bereits in einer Sekunde etliche Seemeilen weiterdreht. Sämtliche Pendeluhren auf einem schwankenden Schiff waren unbrauchbar.
• Schiffschronometer waren das Heiligtum an Bord.
• In Europa gibt es Kompasse seit dem 12. Jahrhundert.
• Breitengrade sind in Minuten eingeteilt. Eine Breitenminute entspricht einem Strich auf der Skala eines Sextanten.
• Solange ich Land sehe, navigiere ich terrestrisch an der Küste entlang.
• Um mit einem Sextanten navigieren zu können, brauche ich mindestens ein Gestirn und den Horizont.
• In stockfinsterer Nacht ist ein Sextant unbrauchbar. •    Scheint der Mond, sehe ich auf der Wasseroberfläche eine horizontale Lichtlinie – sie ist nicht der echte Horizont.
• Mit den Sternen kann ich nur in der Dämmerung navigieren, wenn ich auch den Horizont sehe.
• Der Polarstern stand vor 2000 Jahren noch nicht im Norden.
• In einer Stadt helfen zur Orientierung Satellitenschüsseln – sie sind ziemlich genau nach Süden ausgerichtet.

Kleines Lexikon zur Astronavigation

Gut zu haben: Sextant, genaue Uhr, nautisches Jahrbuch, Schalttafeln, Beschickungstabellen, H.O. 249 Sight Reduction Tables (Band 1: Selected Stars, Band 2: Lat. 0° - 39°, Band 3: Lat. 40° - 89°), Seekarte und Navigationsbesteck

Standlinie: Alle Beobachter auf einem Kreis auf der Oberfläche der Erde sehen die Sonne zu einem gegebenen Zeitpunkt unter demselben Winkel.

Bildpunkt: Mittelpunkt einer kreisförmigen Standlinie. Wandert einmal pro Tag rund um den Globus.

GRT: Geografische Länge zwischen Bildpunkt und Nullmeridian.

Nullmeridian: Darüber wurde lange gestritten. Eine Zeit lang gab es zwei Nullmeridiane: Einer ging durch Paris, einer durch Greenwich. Wer mit dem falschen Meridian rechnete, verlor Schiff und Leben.

LHA: Geografische Länge zwischen Bildpunkt und Meridian des Standorts.

Gegisster Ort: Angenommener Ort

Sight Reduction Tables: 32 Seiten voll mit den kompaktesten aller astronavigatorischen Tafeln, interessant für die Notfall-Navigation.

Kimmentfernung: Der von der Augenhöhe abhängige Abstand eines Beobachters von der Kimm. Azimut:    Momentane Himmelsrichtung des Gestirns auf der Kompassrose.

Funfact: Astronavigation am Bodensee ist nicht wirklich tauglich. Nur vom Nordufer aus sehe ich die Sonne im Süden. Hard liegt am Südufer.
Vom Nordufer Lindau wiederum ist die Entfernung bis Hard zu kurz. Erst bei mehr als 6 km sehe ich den echten Horizont, weil sich dahinter die Erde krümmt. Sitze ich in Meersburg auf einer Anhöhe beim Heurigen, wäre die Kimmentfernung zu groß. Um mit einem    Sextanten arbeiten zu können, muss ich in der Nähe des Wasserspiegels sein. Also hoch die Tassen. Und Schiff ahoi! 

Buchempfehlung: Bobby Schenk: „Astronavigation ohne Formeln praxisnah”, Delius Klasing Verlag 2004