Heute navigieren wir alle mit unseren Smartphones, kaum noch jemand kann eine Karte lesen.
Manchmal geht das auch daneben...
Aber die eigentliche Erfindung des transportablen Navis begann vor 300 Jahren...und führte zur Veränderung der Welt.
Der Schulstoff
Früher war es üblich, dass alle Lernenden das Fach Erdkunde hatten und dort etwas über die geographischen Koordinaten Länge und Breite erfahren haben.
Die Breite gibt den Winkelabstand zum Äquator an, die Länge den Winkelabstand zum Nullmeridian, der durch Greenwich bei London führt.
Kassel hat die Länge 9°,5 Ost und die Breite 51°,9 Nord.
In der Oberstufe lernt man dann die Periodendauer eines (idealen) Fadenpendels kennen.
Je größer die Länge l des Pendels ist, desto langsamer schwingt es.
Die Schwingung eines Pendels kann man als Taktgeber für eine Uhr nutzen.
Aber was hat das mit Navigieren zu tun?
Das wird in der Schule selten verraten.
Das Extrafutter
Die Bestimmung der geographischen Breite
Seit etwa 700 Jahren steht am Himmelspol im Norden der Polarstern, da zur Zeit die Erdachse dort hin zeigt. Den Polarstern findet man recht leicht über den Großen Wagen. Unterhalb des Polarsternes liegt der Nordpunkt des Horizontes.
Sieht man also den Polarstern bei klarer Nacht, dann weiß man wo Norden ist und kann auch die anderen Himmelsrichtungen ableiten.
Die Höhe des Polarsternes über dem Horizont ist gleich der geographischen Breite.
Tagsüber hilft die Sonne weiter. Sie steht immer im Süden am höchsten.
Damit hat man die Südrichtung.
Aus der gemessenen maximalen Sonnenhöhe und Büchern, in denen notiert ist, welchen Abstand die Sonne jeden Tag vom Himmelsäquator hat (den Winkel nennt man Deklination) kann man ebenfalls leicht die geographische Breite berechnen.
Also:
Durch einfache Höhenmessungen findet man die geographische Breite des Standortes.
Solche Höhenmessungen hat man im 16.Jahrhundert mit dem Jacobsstab und später mit dem Sextanten gemacht.
Man muss aber den Polarstern oder die Sonne sehen, es darf also nicht bewölkt sein.
Ist es bewölkt, funktioniert das Navi nicht....
Navigation für Dummies
Aus der Gebrauchsanweisung eiens Navis vor 1759:
- Segel so lange nach Norden oder Süden, bis Du die gewünschte geographische Breite erreicht hast. Ist das Wetter mehrere Tage schlecht, musst Du eventuell zurücksegeln.
- Dann überleg Dir, ob Du nach rechts oder links abbiegen willst. Hast Du keine Informationen, dann wirf eine Münze.
- Nun segel auf gleicher Breite weiter, bis Du ankommst oder auch nicht....
Schiffe mussten mit dieser Methode lange Umwege in Kauf nehmen, und kamen auch nicht immer am Ziel an...Welthandel war unrentabel!
Bestimmung der geographischen Länge:
Um unsere Länge zu messen, benötigen wir eine Uhr an Bord, die uns die genaue Zeit des letzten Hafens anzeigt.
Warum?
Wir kennen das heute von unseren Zeitzonen. Wenn im Hafen z.B. um 12.00 Uhr die Sonne im Süden steht und die Schiffsuhr zeigt am Ort des Schiffes aber 11.00 Uhr an, dann befindet sich das Schiff 360°/24h = 15° westlich vom Hafen, da die Erde sich von Westen nach Osten dreht. Unsere Zeitzonen teilen die Erde in Bereiche mit ähnlichen Mittagszeiten ein.
Selbst 1656, nachdem Christian Huygens die Entdämpfung eines Pendels erfunden hatte und somit Pendeluhren beliebig lange funktionierten, gab es pro Tag auf einem schlingernden Schiff Zeitabweichungen von 1 Minute, das entspricht etwa 30 km...Da werden bei einer mehrwöchigen Seereise schnell 1000 km und mehr an Ungenauigkeit draus...
1714 setzte die britische Regierung für die Erfindung eines Navigationsgerätes zur Längenmessung eine Belohnung von 20 000 Pfund aus.
John Harrison (1693 - 1776) arbeitete ein ganzes Leben an dieser Erfindung, bis er mit der Uhr H4 1759 Erfolg hatte, und den auch bei einer Weltreise beweisen konnte.
Aber erst 1773 wurde seine Erfindung anerkannt.
Durch die Uhr H4 von Harrison konnte der Welthandel aufgebaut, andere Kontinente erobert und andere Völker ausgebeutet werden.
Die Erfindung einer Uhr hat unseren Planeten verändert.
Wer mehr zu diesem Thema erfahren möchte, sollte meinen Kurzvortrag (40 Minuten) dazu anhören. Da erkläre ich auch die astronomischen Aspekte etwas ausführlicher:
Er ist auch hier auf dieser Homepage unter Astronomie abrufbar.
Moderne Navigation:
Die Navis in Smartphone oder Auto sind eine direkte Anwendung der speziellen und allgemeinen Relativitätstheorie. Bei der Positionsberechnung muss berücksichtigt werden, dass im schnell bewegten Satelliten die Zeit langsamer läuft, gleichzeitig aber auch in der geringeren Schwerkraft da oben die Raumkrümmung schwächer ist und die Zeit schneller abläuft. Beide Effekte heben sich aber nicht auf!
Würde man das nicht berücksichtigen, dann würde jedes Navigationsgerät täglich um etwa 30 km daneben liegen:
"Nehmen Sie die nächste Ausfahrt...irgendwann in der nächsten halben Stunde...rechts oder links...oder wo auch immer..."
Aber dank Einstein funktionieren unsere modernen Navis hochpräzise, und auch bei jedem Wetter.