der Kompass Vor der Erfindung des Kompasses orientierten sich die Seefahrer an Sternen, an Landmarken, an der Tiefe des Meeres mittels Messung mit dem Lot, Dünung und Strömung, Wind, Wassertemperatur, -farbe und -geschmack, Tieren, Wolken und weiteren Merkmalen. Die Erkenntnis, dass sich Splitter von Magneteisenstein in die Nord-Süd-Richtung drehen, war in Europa seit der griechischen Antike und in China seit der Zeit der Streitenden Reiche bekannt. Die Chinesen benutzten seit dem 11. Jahrhundert eine schwimmende Kompassnadel (nasser Kompass), die Südweiser genannt wurde. Tatsächlich zeigt der chinesische Kompass nicht nach Norden, sondern nach Süden. Im Laufe der Zeit entwickelten sich daraus spezielle Kompassformen mit einer Einteilung in 24, 32, 48 Striche oder sogar 64 Himmelsrichtungen.
In Europa wurde der nasse Kompass erstmals vom englischen Gelehrten Alexander Neckam etwa 1187 als eine magnetisierte schwimmende Nadel erwähnt, die unter Seeleuten in Gebrauch war. Es herrschen verschiedene Ansichten darüber, wo der Ursprung des europäischen Kompasses zu suchen ist. Nach heutiger Auffassung handelt es sich beim europäischen Modell um eine unabhängige Entwicklung, die weder von den Chinesen übernommen noch von den Arabern vermittelt worden war.Bei den Arabern lässt sich der nasse Kompass sogar erst einhundert Jahre nach Alexander Neckams Erwähnung nachweisen. Die erste schriftliche Erwähnung einer trocken auf einem Stift spielenden Magnetnadel findet sich im Epistola de magnete von 1269, geschrieben von Petrus Peregrinus de Maricourt, womit der noch heute benutzte trockene Kompass erfunden war.Als vermeintlicher Erfinder gilt ein italienischer Seefahrer aus Amalfi, wo noch heute Flavio Gioia als „Erfinder des Kompasses“ mit einem Denkmal am Hafen geehrt wird. Im späten 13. Jahrhundert kombinierten die Seefahrer des Mittelmeers als erste die Magnetnadel mit der Windrose. Um das Jahr 1400 bauten europäische Seefahrer die trockene Kompassnadel und Windrose in ein festes Gehäuse ein, um es fest auf ihren Schiffen zu stationieren.Der trockene Kompass war sehr viel genauer als die instabil schwimmende Nadel der Chinesen und ermöglichte so eine bessere Navigation. Leonardo da Vinci schlug als erster vor, den Kompasskasten in einer Kardanischen Aufhängung zu platzieren, um so die Genauigkeit weiter zu verbessern. Ab 1534 wurde seine Idee praktisch verwirklicht und setzte sich während des 16. Jahrhunderts in ganz Europa durch, wodurch europäische Segelschiffe über die fortschrittlichste und exakteste Kompasstechnik der Zeit verfügten.Nach China kam der trockene Kompass etwa um das Jahr 1600 über Japan, das ihn von Spaniern und Portugiesen übernommen hatte.
Volle Segeln und ne Handbreit Wasser unnerm Kiel Es gibt keinen Kurs zu einem Ort, der nicht gefunden werden will. Andernfalls wüsste doch ein jeder wo dieser Ort ist.
Astrolabium Ein Astrolabium oder Astrolab ist ein Messgerät zur Winkelmessung am Himmel. Ursprünglich wurde es angeblich von Eratosthenes gegen 250 v. Chr. entwickelt.Die damals als Astrolabien bezeichneten Instrumente werden heute Armillarsphären oder sphärische Astrolabien genannt. Mit solchen Instrumenten wurden die Sternkataloge des Hipparchos und Ptolemäus erstellt. Die seit dem Mittelalter allgemein bekannten scheibenförmigen Astrolabien sollen auf Hipparchos zurückgehen und wurden im arabischen Raum weiterentwickelt. Sie erlauben zwar weniger Messungen als die sphärische Form (nur die Höhenmessung von Gestirnen über dem Horizont), sind aber auch als analoges Rechengerät verwendbar. Damit waren sie für praktische Zwecke wie die Ortung bei Expeditionen oder in der Seefahrt wesentlich geeigneter. Die Messung der Kulminationshöhe bekannter Fixsterne ermöglicht die Berechnung der geografischen Breite. Mit Kenntnis der aktuellen Uhrzeit lässt sich darüber hinaus auch die geografische Länge ermitteln. In der europäischen Schifffahrt wurden Astrolabien hauptsächlich zwischen dem 15. und 17. Jahrhundert zur Navigation verwendet und sind Vorläufer des Sextanten.
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Winkelmessung Bei der Winkelmessung wird mit Hilfe technischer Einrichtungen herausgefunden, in welchem Winkel zwei Geraden zueinander stehen. Dieser Artikel bietet eine Übersicht der Wirkprinzipien. Eine ausführliche Beschreibung steht in den verlinkten Artikeln. Die Artikel Messgerät und Richtungsmessung listen die Messgeräte. Wird noch bearbeitet.
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Jakobsstab Ein Jakobsstab ist ein früheres astronomisches Instrument zur Winkelmessung und zur mittelbaren Streckenmessung. Es wurde vor allem in der Seefahrt, aber auch in der Landvermessung und Astronomie verwendet. Der Name kommt von einer gewissen Ähnlichkeit mit dem ebenfalls als „Jakobsstab“ bezeichneten Pilgerstab der Jakobspilger. Der Jakobsstab war in der Nautik der Vorläufer des Sextanten. Das Gerät diente in der Seefahrt hauptsächlich der Bestimmung der geographischen Breite. Dazu wurde der Höhenwinkel der Sonne oder eines Fixsternes, meist des Polarsterns, über dem nautischen Horizont gemessen. Bei der küstennahen Navigation wurden mit ihm auch Winkel zwischen terrestrischen Zielen gemessen und damit in der Karte die Position bestimmt. Der Jakobsstab besteht aus einem Basisstab mit Ableseskala und mehreren Querhölzern, von denen für eine Messung ein oder zwei verwendet werden, deren Auswahl sich nach dem benötigten Winkelbereich richtet. Die Querhölzer verleihen ihm ein armbrustähnliches Aussehen, weswegen bis heute bei Verwendung des Sextanten gesagt wird, man schießt einen Stern, wenn man seine Höhe über dem Horizont misst. Man verwendet ihn, indem man den Längsstab am Jochbein unter dem Auge ansetzt und anschließend das Querstück so lange verschiebt, bis dessen Enden den Horizont und den angepeilten Stern gerade überdecken. Die halbe Länge des Querstabes, dividiert durch die am Hauptstab abgelesene Länge, (Abstand vom Auge zum Querstab) ergibt den Tangens des halben gesuchten Winkels zwischen Horizont und Stern. Die Skalierung des Querstabes war häufig so ausgeführt, dass für eine bestimmte Querstablänge der Winkel direkt abgelesen werden konnte. Zur Entfernungsmessung wird der Winkel α einer Basis mit bekannter Länge gemessen. Dazu eignet sich zum Beispiel ein Turm bekannter Höhe h. Der Abstand a zum Turm ergibt sich für große Entfernungen in guter Näherung, bei lotrechtem Querstab auch genau aus. Die Anwendung ist schwierig, da während des Verschiebens des Querstabs über die Skala gleichzeitig die beiden Peilungen aufrechterhalten werden müssen, was besonders auf einem schwankenden Schiff kaum mit der wünschenswerten Genauigkeit durchzuführen ist. Die charakteristische Augenklappe von Piraten wegen ihrer Blindheit auf einem Auge rührte oft vom Anpeilen und Blicken in die Sonne her. Um nicht in die Sonne schauen zu müssen, nutzte man später deren Schattenwurf auf den Stab aus.
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die Bussole Ein Bussolentachymeter (kurz Bussole) ist ein sehr genauer Kompass, der in Verbindung mit einem Theodoliten Vermessungen ermöglicht, die nach magnetisch Nord orientiert sind. Er erlaubt eine Genauigkeit der Winkelbestimmung von 0,1–0,2 Gon. In Vermessungsgeräten, hier in der Sparte der Tachymeter, finden sie nur noch recht selten Anwendung, werden jedoch immer noch produziert. Diese Geräte werden eingesetzt, wenn keine Vermessungspunkte zur Orientierung vorhanden sind (zum Beispiel in großen Teilen Afrikas oder Russlands), oder wenn sie durch Sichtbehinderung nicht einsehbar sind (beispielsweise im Wald). Man orientiert sich mit dem Bussolentachymeter an der magnetischen Nordrichtung. Aufgrund der Wanderung des magnetischen Nordpols ist es wichtig, im Messprotokoll das Datum und die Uhrzeit der Messung mit anzugeben, damit man den Standpunkt anhand von Formeln bei erneuter Aufnahme wieder zurückrechnen kann.
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Sextant 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 Sextanten 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 in der Regel neu gekauft und nur selten aus der Hand gegeben. Neuere Instrumente lassen sich an den Halterungen der Spiegel justieren. Wichtig ist hier die exakte Parallelstellung der Spiegel zueinander sowie die rechtwinklige Anordnung zur Geräteebene sowie die Nullstellung.
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Das Log Ein Log (engl. Log = Holzscheit) ist in der seemännischen Navigation ein Messgerät zur Bestimmung der Fahrt, der Geschwindigkeit von Wasserfahrzeugen. Es zeigt die im Wasser zurückgelegte Strecke an (siehe Fahrt).
Die ursprüngliche Messmethode bestand darin, ein bleibeschwertes Holzbrett in Form eines Viertelkreisausschnittes, das an einer Leine befestigt ist, von einem fahrenden Schiff aus ins Wasser zu werfen: Das Holz bleibt nahezu an derselben Stelle im Wasser liegen. Nach einer gewissen Zeit (die früher mit einer Sanduhr, dem Logglas, ermittelt wurde) wird die Länge der abgelaufenen Logleine bestimmt, danach die ganze Anordnung wieder an Bord gezogen.
Die gemessene Geschwindigkeit wurde früher zusammen mit dem angezeigten Kompass-Kurs zur Ortsbestimmung von Wasserfahrzeugen benötigt. Die Standortbestimmung anhand der Addition einzelner per Log und Zeit und Kompass gemessener Wegstücke wird „Koppeln“ oder Koppelnavigation, engl. Dead Reckoning, genannt.
Ein Log kann nur die Relativgeschwindigkeit zum umgebenden Wasser ermitteln, die sogenannte "Fahrt durch Wasser" oder Eigengeschwindigkeit. Zur Bestimmung der absoluten Schiffsgeschwindigkeit war man daher früher auf (Mess- und) Erfahrungswerte der jeweiligen Fluss- bzw. Meeresströmungen angewiesen.
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Koppelnavigation Koppelnavigation oder Koppelung, engl. dead reckoning, ist die laufende Ortsbestimmung (Ortung) eines bewegten Objekts durch Messen der Bewegungsrichtung (Kurs), der Geschwindigkeit (Fahrt) und der Zeit. Zwischen den Zeitintervallen wird die Geschwindigkeit als konstant angenommen. Bei beschleunigten Systemen ist die Messhäufigkeit entsprechend zu erhöhen.
In Kombination mit genauen Uhren, einem Kreiselkompass und Geschwindigkeitsmesser wurde ab 1909 eine Teilautomatisierung der Koppelung und die Darstellung der Position auf einem automatischen Koppeltisch möglich.
Die Messungen der Schiffsgeschwindigkeit erfolgen mit dem Log, der Fluggeschwindigkeit mit dem Fahrtmesser. Da sie die Geschwindigkeit nur relativ zum umgebenden Medium Wasser bzw. Luft bestimmen, muss zusätzlich die Strömungsgeschwindigkeit über Grund bekannt sein. Der Kurs wird mit dem Kompass gemessen. Ausgehend von einem bekannten Startpunkt ergibt sich durch Aneinanderhängen der ermittelten Wegstücke die zurückgelegte Route. Die tägliche Strecke nennt der Seemann Etmal.
Unter günstigen Bedingungen liegt der Messfehler beim Koppeln unter 5 % der Wegstrecke. Um Messfehler und Effekte wie Wind- oder Strömungsversatz zu korrigieren kann versucht werden etwa mit Hilfe astronomischer Navigation oder in neuerer Zeit durch Funknavigationsmittel einen erneuten bekannten Ausgangspunkt für die weitere Koppelung zu bestimmen.
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Kartenbesteck Unter dem Begriff Kartenbesteck fasst man auf Schiffen die typischen Hilfsmittel für die Navigation in gedruckten Seekarten zusammen. Das Kartenbesteck dient insbesondere der Übertragung von gemessenen Peilungen, Standlinien und Abständen in eine Seekarte. Außerdem können mit Hilfe des Kartenbestecks Kurse und Distanzen in der Karte abgesteckt werden. Das klassische Kartenbesteck ist insbesondere für die Benutzung mit Mercatorkarten geeignet. Das Kartenbesteck besteht in der Regel aus Kursdreieck, Anlegedreieck und einem beidseitig mit Spitzen versehenen Kartenzirkel oder auch Stechzirkel, wobei als Anlegedreieck in der Praxis häufig ein zweites Kursdreieck verwendet wird. Alternativ kann anstelle der zwei Dreiecke auch ein Parallel-Lineal zum Einsatz kommen. Der Einsatz dieses Zeichengerätes ist insbesondere im angloamerikanischen Raum weit verbreitet. Erforderlich für die Kartennavigation sind ferner ein spitzer Bleistift zur graphischen Übertragung von Informationen in die Seekarte sowie ein Radiergummi für eventuelle Korrekturen oder Löschungen. Die beiden Kursdreiecke bzw. das Parallel-Lineal dienen der Übertragung von Peilungen, linearen Standlinien und Kursen, also Richtungen, in die Seekarte. Die Skalierung an den Geräten erlaubt die Ausrichtung der Basis des Kursdreieckes bzw. der Schenkel das Parallel-Lineals in einem bestimmten Winkel zu den in Mercatorkarten parallel eingezeichneten Meridianen und eine anschließende Übertragung in den gewünschten Kartenbereich durch Anlegen und Verschieben mit Hilfe des Anlegedreiecks. Bei Verwendung des Parallel-Lineals erfolgt das winkeltreue Verschieben des eingestellten Winkels durch Fixieren des einen und anschließendem Positionieren des zweiten Schenkels. Die Ausführung der beweglichen Verbindung zwischen den beiden Schenkeln stellt dabei sicher, dass beide Schenkel über den gesamten Bewegungsspielraum hinweg parallel gehalten werden und somit eine Übertragung des eingestellten Winkels in jeden Bereich der Karte möglich ist. Der Kartenzirkel dient zum Abtrag von am Kartenrand auf Höhe des jeweiligen Zielgebietes in der Karte abgegriffenen Distanzen und anschließender Übertragung der Strecke in die Karte selbst.
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