Astronomische Navigation
Die astronomische Navigation bestimmt die Position durch Beobachtung von Gestirnen (Sonne, Sterne oder Planeten).
Bestimmung des Breitengrads
Der Breitengrad lässt sich durch Messung von Vertikalwinkeln zwischen der Sonne im Zenit oder einem markanten Fixstern und dem Horizont mit dem Jakobsstab oder Sextant bestimmen. Bei ruhiger See und deutlich erkennbarem Horizont beträgt die Genauigkeit ca. eine Bogenminute (1/60 Grad), was einer Seemeile (ca.1,852 km) entspricht (siehe Sextant, Navigation, Astrogeodäsie).
Aus der Höhe des Polarsterns läßt sich der Breitengrad unmittelbar ablesen.
Beispiele: Am Nordpol steht der Polarstern senkrecht über dem Beobachter (Breite 90°). Auf dem Bild rechts steht er ca. 60° über dem Horizont (Breite 60°). Vom Äquator aus gesehen steht er am Horizont (Breite 0°).
Bestimmung des Längengrads
Die Orientierung der Sterne hängt ab vom Tag, der Uhrzeit und dem Längengrad. Sind Datum und Uhrzeit bekannt, erhält man den Längengrad aus der Sternposition.
Beispiel: Vom Ausgangspunkt ist bekannt, dass um 0:00 Uhr der Große Wagen so orientiert ist wie im Bild oben. Fährt man entlang eines Breitengrads, wird dieselbe Positon zu anderen Zeiten erreicht. Ein Unterschied von einem Längengrad verursacht eine Zeitverschiebung von 24h/360°. Erreicht beispielsweise der Große Wagen die Position erst um 1:00 Uhr, befindet man sich 15° westlicher vom Ausgangspunkt.
Die Erde rotiert in 24h um 360°. Eine Schiffsreise dauert ca. 100 Tage. Um die Länge mit gleicher Genauigkeit wie die Breite zu bestimmen (1/60°), ist eine Genauigkeit der Zeitmessung von ca. einer Sekunde/Tag erforderlich:
360°/24h * x == 1/60° / 100 Tage in Grd/Tag x = 1/(60*100) * 24/360 in Tagen/Tag x = 1/(60*100) * 24/360 * 24*60*60 in Sekunden/Tag x = 1 Sek /Tag
Die Alternativen im Mittelalter zur Zeitmessung waren zwei komplizierte Methoden: Monddistanz- und Erdmagnetfeld-Messung. Das Problem der Längenbestimmung war für die Seefahrt so gravierend, dass Spaniens König 1600 einen Preis aussetzte und Englands Parlament 1714 einen weiteren von 20.000 Pfund.
Ein Tischler und Uhrmacher aus England, John Harrison (1693-1762) steigerte durch die Erfindungen der Hemmung und der Temperatur-Kompensation, sowie durch präzise Produktion von schmierungsfreien Holzrädern und später Diamantlagern die Genauigkeit der Uhren von ca. einer Minute Abweichung pro Tag auf weniger als 0,5 Sekunden pro Tag.
Mit Einführung des Kurzwellenfunks konnten sekundengenaue Zeitinformationen (Zeitzeichen) auf hoher See mit einfachen Radiogeräten empfangen werden, wodurch sich die Positionsbestimmung weiter verbesserte.
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Dava Sobel, Längengrad, ISBN 3-442-72318-3
Siehe auch: Chronometer, Astrolab, Sextant, GPS, Koppeln, Polarstern