Unterwegs mit Sextant und Chronometer

Navigieren wie im 18. Jahrhundert ...

Zurück zum Sextanten

Im Oktober 2015 konnte man wieder einmal - wie so oft in diesen Zeiten - erstaunt einen Zeitungsartikel lesen: Die US Navy bringt ihren Seeleuten wieder bei, mit dem Sextanten zu navigieren!

Neues Kartonmodell: Sextant vom AstroMedia Verlag Aber halt, das was nun bei der Navy offenbar wieder ganz neu ist, wurde bei der Bundesmarine nie beendet: Den Seeleuten beizubringen, wie man auch ohne GPS heutzutage noch navigieren kann. Sich nämlich nur auf dieses zu verlassen, ist riskant, wie man nicht erst heute weiß: Schon vor mehr als eineinhalb Jahrzehnten hatten wir im Zusammenhang mit der Luftfahrt über das damals noch recht neue Thema "Jamming GPS" geschrieben.

Aus diesem Grund also bringt die US Navy den Gebrauch von Sextanten wieder zurück in ihr Ausbildungsprogramm. Erst Ende der 1990er Jahre hatte die Navy auf diese Navigationsausbildung anhand von Himmelskörpern verzichtet. Im Jahr 2006 war dann die astronomische Navigation vollständig aus ihren Lehrplänen verschwunden; auch die US-Küstenwache verzichtete von da an darauf, da ja die Schiffe problemlos das viel genauere GPS zur Navigation nutzen konnten.

Da mittlerweile GPS-Systeme gestört, gehackt oder auch beschädigt werden könnten, aber die Himmelkörper dagegen zuverlässiger und der Gebrauch von Sextanten viel beständiger ist, wird diese Navigationsvariante nun auch bei der Navy inzwischen wieder viel positiver gesehen und die astronomische Navigation wird erneut Bestandteil der Lehrpläne.

Das Selbstbau-Kartonmodell

Wenn schon die Navy das wieder macht und die Bundesmarine nie davon abgekommen ist, müssen wohl auch wir uns mit diesem Thema der Navigation einmal befassen. Die "Basics": Von Graden, Minuten und Sekunden sollte man dazu natürlich schon beherrschen und warum sie nicht auch einmal auf diese Weise vertiefen!?

Der Sextant oder auch "Spiegelsextant" ist bekanntlich ein nautisch-optisches Messinstrument zum Bestimmen von Winkeln zwischen weit entfernten Objekten. Bei unserer Betrachtung maßgeblich ist der Winkelabstand eines Gestirns zum Horizont, für unsere Messungen am Tag natürlich insbesondere die Höhe der Sonne über dem Horizont. Der Name "Sextant" ist abgeleitet aus der Gradskala des Gerätes, das einen Sektor von rund 60° darstellt, der durch Spiegelung einen Winkel von etwa 120° messbar macht.

Wir haben uns nun einen solchen Sextanten selbst gebaut, und zwar als ein auf den ersten Blick recht einfaches Kartonmodell: Wie schon unser Tischplanetarium und die dazu gebastelte Wahre-Zeit-Uhr ist auch unser neues Gerät eine Entwicklung von Klaus Hünig und stammt vom AstroMedia Verlag. Zum Preis von 19,90 EUR sowie 6,90 EUR (Stand Januar ´16) für einen "künstlichen Horizont" mit einer Wasserwaage haben wir auch diesen Kartonbausatz vom "Forscherladen" bezogen und anschließend recht schnell und problemlos zusammengebaut ...

Messungen funktionieren! Wenn man das Gerät anders herum hält ...;-))

Funktionsweise unseres (Karton-) Sextanten ...

Unser Sextant verfügt über einen drehbaren Schwenkarm, die "Alhidade", sowie drei Spiegel (Horizont- und Indexspiegel sowie einen für die Wasserwaage des "künstlichen Horizonts"). Weiterhin gehört ein leistungsfähiger Sonnenfilter dazu, durch den die Sonne über Index- und Horizontspiegel angepeilt werden kann. Das Ganze ist auf einer stabilen Grundplatte aus Kartonscheiben montiert, auf der sich auch das "Peilgehäuse" befindet, durch dessen zwei Öffnungen die Peilung erfolgt.

Auch der "künstliche Horizont" wird auf die Grundplatte aufgesteckt oder aber wie bei uns festgeklebt. Auf der Rückseite ist ein Handgriff befestigt, mit dem das ganze Gerät gehalten wird. Unten am Schwenkarm befindet sich eine Minutenskala, mit deren Hilfe man zusammen mit der Gradskala an der Grundplatte die Messergebnisse ablesen kann. Die dort angebrachte Skala von ca. -20° bis + 100° ergibt in Summe den schon oben erwähnten Messwinkel des Sextanten von rund 120°. Eine Ablesung ist hier auf maximal 5 Bogenminuten genau.

Mögliche Erweiterungen des Gerätes können im Peilgehäuse erfolgen mithilfe eines Teleskops aus Karton (ebenfalls aus dem AstroMedia-Sortiment) oder dadurch, dass man den Handgriff für den Transport abnehmbar gestaltet.

Die Ermittlung der geografischen Breite

Unsere ersten Tests zeigen: Auch ohne aufwändige Eichung der Wasserwaage sind die ersten Ergebnisse recht brauchbar, falls der erforderliche Peilstrich am Indexspiegel korrekt angebracht wurde. Durch den Filter ist die Sonne gut erkennbar und wir testen rund um den vom aktuellen Sonnenauf-/-untergangsrechner des Explorer Magazins zusätzlich angegebenen "Wahren Mittag" = 12:00 Uhr "Wahre Ortszeit" ("Wahre Sonnenzeit"). Auch der Sonnenstand über dem Horizont wird von unserem Rechner inzwischen angegeben und so können wir den ebenfalls mit unserer Messung vergleichen: "Nahezu" übereinstimmend ..!

Nun muss man nur noch ein wenig rechnen, frei nach der Erläuterung zum Karton-Sextanten:

Geografische Breite = 90° - gemessene Sonnenhöhe + Sonnendeklination

Alle Angaben erfolgen in Bogengrad und -Minuten, die jeweilige Sonnendeklination des Kalendertages kann u.a. aus der Tabelle in obiger Erläuterung zum Sextanten im Kapitel "Messungen mit dem Sextanten" entnommen werden, falls man nicht unseren Rechner benutzt..

Die Bestimmung der geografischen Länge

Im Gegensatz zur durchaus überschaubaren Problematik der Bestimmung der geografischen Breite mit einem Sextanten ist das Thema "Längengrad" erheblich schwieriger zu lösen. Bis ins 18. Jahrhundert hinein segelten die Kapitäne noch oft entlang der Breitengrade, bis sie schließlich irgendwann (vielleicht) an ihrem Ziel ankamen. Für die Lösung des jahrhundertelang bestehenden Problems der Bestimmung des Längengrads wurden hohe Belohnungen ausgesetzt: So etwa in Spanien bereits im 16. Jahrhundert, oder später bis sogar zum Anfang des 18. Jahrhunderts in England.

Längengrad
Dava Sobel

Das englische Parlament setzte eine Belohnung aus für denjenigen, der die Lösung hierfür bringen konnte: So versprach der "longitude act" demjenigen 20.000 englische Pfund, der die geografische Länge mit einer Abweichung von höchstens einem halben Bogengrad bestimmen konnte. Selbst für die Abweichung von einem ganzen Bogengrad wurden noch 10.000 Pfund ausgelobt.

Der geniale englische Uhrmacher John Harrison war schließlich derjenige, der eine schiffstaugliche Uhr (genannt "H4") mit hoher Ganggenauigkeit entwickelte, mit deren Hilfe man zuletzt eine hinreichend genaue Längenbestimmung durchführen konnte. Der Londoner Uhrmacher Kendall fertigte mit der "K1" später eine genaue Kopie dieser Uhr, die dann James Cook bei seiner zweiten Weltreise mitführte und deren Funktionieren er schließlich im Jahr 1775 nach Rückkehr von seiner Reise bestätigte - das "Längenproblem" galt als gelöst.

Auch wir können diese Methode heutzutage anwenden, da in unserer Zeit selbst eine einfache Armband- oder Taschenuhr das Problem löst, an dem in früheren Zeiten z.B. Pendeluhren auf Schiffen scheiterten: Unsere Uhren verfügen über eine ausreichende Genauigkeit und sind auch immun gegen Schiffsbewegungen in aufgewühlter See ...

Wir müssen nach diesem Verfahren nur folgendes unternehmen: Wir bestimmen an einem uns bekannten Ort, z.B. unserem nächstgelegenen geodätischen Referenzpunkt, an dem die geografische Länge bekannt ist, den "wahren Mittag" und stellen dann unsere "Referenzuhr" auf 12:00 Uhr (Das können wir natürlich auch zu Hause mit unserem GPS machen, wäre aber in unserem bevorstehenden Versuch natürlich deutlich unsportlicher ).

Diese Referenzuhr, unseren "Schiffs-Chronometer-Ersatz", nehmen wir dann mit zu unserem Zielort und bestimmen auch dort (natürlich mit Hilfe unseres Sextanten! ) den "wahren Mittag", also den Höchststand der Sonne. Zu diesem lokalen 12:00 Uhr "Wahre Sonnenzeit"-Zeitpunkt schauen wir auf unsere mitgebrachte Referenzuhr und notieren die dort nun angezeigte Uhrzeit.

Für jede Stunde Differenz dieser notierten Uhrzeit zu den "mitgenommenen" 12:00 Uhr können wir eine Verschiebung von 15° ansetzen, die wir uns bei der Fahrt Richtung Ost oder West von der geografischen Länge des bekannten Start-Referenzpunktes entfernt haben. Der Rest ist wieder eine überschaubare Rechenaufgabe: Wir rechnen die Zeitdifferenz in Bogengrad und Bogenminuten um, danach addieren / subtrahieren wir diese zu / von der geografischen Länge unseres Start-Referenzpunktes. Danach haben wir - hoffentlich - die gut angenäherte geografische Länge unseres aktuellen Standortes ...

Bestimmung von Bogengraden und Bogenminuten: Auf 5 Minuten genau

Wasserwaage mit eigenem Spiegel als künstlicher Horizont

Insgesamt drei Spiegel und ein Sonnenfilter

Blick von vorn auf das Peilgehäuse: Für Messungen umzudrehen ...

Und nun ..?

Nachdem wir zum Zeitpunkt des "wahren Mittags" an unserem neuen Standort mithilfe des Sextanten und der Sonnenhöhe die geografische Breite wie oben beschrieben ermittelt haben, können wir nach der ebenfalls erfolgten Berechnung der geografischen Länge - ganz ohne GPS - jetzt unsere Position bestimmen. Die lässt sich natürlich mit unserem GPS oder Navi überprüfen und wir können feststellen, wie weit wir als alte Seefahrer vom gemessenen Punkt tatsächlich entfernt gewesen wären - und ob unser Mann im Ausguck unseren aktuellen Standort und das gewünschte Ziel vielleicht schon hätte erkennen können ...

Wir wollen bei der bevorstehenden Exkursion natürlich die Probe aufs Exempel machen: Bei unserer Reise vom Münchner Osten zur Kanareninsel Fuerteventura wird uns der neue Sextant begleiten und auch die zusätzliche Uhr als "Chronometer" - in der einsamen Bucht, wo auch heute noch ein paar Reste des weltberühmten Wracks der American Star zu erkennen sind, werden wir dann nach den alten Seefahrerregeln unsere Position bestimmen. Auf jeden Fall hoffen wir, dass wir nicht wie einst die American Star (nur diesmal wegen mangelnder Navigation!) ebenfalls aufgelaufen wären - aber vermutlich werden dort unten auch so wieder wie üblich genug äußerst merkwürdige Dinge passieren - wir sind gespannt ...

Und hier ist unser Bericht!

Anm. der Red.: Weitere Beiträge von Jürgen finden sich in unserer Autorenübersicht!