Sextant
Ein Sextant (auch Sixtant) ist ein Messinstrument, mit dem man den Winkel zwischen zwei weit entfernten Objekten bestimmen kann. Hauptsächlich wurde er zur Höhenmessung von Himmelskörpern für die Navigation auf See, später auch in der Luftfahrt verwendet. Daneben fand er auch Anwendung in der Astronomie und der Landvermessung.
Der Name Sextant kommt von der Winkelskala, die 60° (ein Sechstel eines Kreises) umfasst. Der ältere Oktant hatte eine Skala von nur 45° (ein Achtel eines Kreises); da mit diesem Winkel bis 90° bestimmt werden konnten, wurde er manchmal auch Quadrant genannt.
Aufbau und Funktionsweise
Die drei grundlegenden Komponenten des Sextanten sind:
- ein drehbarer Spiegel (Indexspiegel), der fest auf einem Zeiger (Alhidade) montiert ist, mit dessen Hilfe man die genaue Winkeleinstellung ablesen kann
- ein feststehender Spiegel (Horizontspiegel), der entweder halbdurchlässig ist (Vollsichtspiegel) oder bei dem nur die eine Seite verspiegelt, die andere dagegen durchsichtig ist (Halbspiegel). In beiden Fällen können in diesem Spiegel zwei Bilder, ein direktes und ein gespiegeltes, betrachtet werden.
- ein kleines Fernrohr oder auch nur ein einfaches Rohr ohne Linsen zum anvisieren des Horizonts, das auf den Horizontspiegel gerichtet ist.
Mit dem Fernrohr wird durch den Horizontspiegel hindurch der Horizont angepeilt; dadurch ist eine exakt waagerechte Ausrichtung des Sextanten garantiert. Der drehbare Spiegel wird solange verstellt, bis das Bild des Himmelskörpers ebenfalls auf den Horizontspiegel trifft und sich genau mit dem Horizont deckt. Dann kann an der Skala der Höhenwinkel abgelesen und daraus die Position errechnet werden.
Weitere Komponenten:
- Um die helle Sonne anvisieren zu können und damit das Bild des Horizonts nicht überstrahlt wird, können verschiedene dunkle Filter in den Strahlengang geklappt werden
- Bei modernen Sextanten wird die Alhidade durch eine Schraube über ein kleines Getriebe bewegt, das in einer Trommel untergebracht ist (Trommelsextant). Dadurch kann die Ablesegenauigkeit erhöht werden
- Um auch bei Dunst den Sextanten waagerecht halten zu können, besitzen einige Modelle einen künstlichen Horizont, der nach dem Prinzip einer Wasserwaage funktioniert.
Genauigkeit
Schon zu Zeiten der Segelschifffahrt hatten Sextanten eine Messgenauigkeit von etwa einer Bogenminute (1/60 Grad), was einer Positionsgenauigkeit von einer Seemeile entspricht. Moderne Sextanten erreichen eine Genauigkeit von 10-20 Bogensekunden. In der Praxis kann der Sextant jedoch nie so genau gehandhabt werden, so dass der tatsächliche Messfehler etwa 2 Bogenminuten beträgt. Auf einem Schiff leidet die Messgenauigkeit durch den Wellengang, der genaues Anpeilen des Horizonts erschwert. In der Luft führt die hohe Geschwindigkeit des Flugzeugs zu Ungenauigkeiten, da sich das Flugzeug bereits während des Messvorgangs um einen Betrag bewegt, der über der Genauigkeit des Instruments liegt.
 Sextant auf der 10 DM Banknote |
Entwicklung
Das erste Konzept für ein Gerät zur Winkelmessung mit Hilfe von Spiegeln stammt von Isaac Newton, der seinen Entwurf 1700 an die Royal Society einreichte. Seine Skizzen blieben jedoch unbeachtet und wurden erst 1742, nach seinem Tod, veröffentlicht.
Um 1730 entwickelten unabhängig voneinander John Hadley (1682-1744), englischer Astronom und Mathematiker, und Thomas Godfrey (1704-1749), Optiker und Erfinder in den britischen Kolonien in Amerika, den Sextant und reichten ihre Entwürfe an die Royal Society ein. Hadleys Konstruktion, damals ein Oktant, erwies sich als die zweckmäßigere und wurde der Vorläufer aller weiteren Sextanten. Beide Versionen galten aber als gleichwertig und so teilten sich beide Erfinder einen Preis, der für die genaue Positionsbestimmung auf See ausgesetzt worden war.
Die ersten Sextanten waren noch aus Holz gebaut. Auf See verzog sich das Holz durch die Luftfeuchtigkeit, so dass die Instrumente bald aus Metall gefertigt wurden. Der Sextant ist ein recht empfindliches Instrument. Eine kleine Verformung des Zeigers oder eine kleine Verstellung des Spiegels durch ein Fallenlassen kann zu einer falschen Positionsbestimmung führen, die um viele Kilometer neben der tatsächlichen Position liegt. Um sicher sein zu können, dass das Gerät nicht beschädigt ist, wurde ein Sextant nur selten aus der Hand gegeben und in der Regel neu gekauft.
Der Sextant ersetzte schnell den Jakobsstab und das Astrolabium. Im Bereich der Landvermessung wurde er später vom Theodoliten abgelöst. Bei der Navigation auf See verlor der Sextant erst mit der Satellitennavigation (GPS) an Bedeutung. In der Luftfahrt war der Sextant nur kurze Zeit in Gebrauch und wurde bald durch Funknavigation und Trägheitsnavigation (Kreiselkompass), heute ebenfalls durch Satellitennavigation ersetzt.