Interessantes Geplauder zu Uhren
Zeitmessung mit dem Chronometer
Die Uhr, die auf die Sekunde genau tickt
Was ist der Unterschied zwischen einer Uhr und einem Chronometer? Beides sind Zeitmessgeräte. Bloß: die Uhr darf ruhig ein bisschen vor- oder nachgehen; der Chronometer darf das nicht.
Die technischen Voraussetzungen für den Chronometer bilden drei Erfindungen, die alle in den Jahren 1650–70 stattfanden: das Pendel (Galileo Galilei und Christian Huygens); die Ankerhemmung (durch William Clement); und die Unruh-Spiralfeder (wiederum durch Huygens). Damit wichen neue Wanduhren nur noch um wenige Sekunden pro Tag ab.
Wozu aber braucht es Chronometer? Die waren für die Seefahrt überlebensnotwendig, nämlich dann, wenn das Schiff auf hoher See dümpelt, das Süßwasser zur Neige geht und die rettende Insel, die die Karte verzeichnet, irgendwo hinterm Horizont liegt. Zur Positionsbestimmumg braucht es nachts den Anblick der Sterne und tags den Höchststand der Sonne, sowie Kompass und Sextanten. Und die genaue Uhrzeit.
Die Sonne durchwandert 360 Längengrade in 24 Stunden
Den Breitengrad (parallel zum Äquator) anhand der Sterne zu bestimmen, ist relativ einfach, sofern man streng nach Norden oder Süden schippert. Schwieriger wird es, den Längengrad (senkrecht zum Äquator) zu bestimmen. Die Kartographen teilten die Erdkugel von Pol zu Pol in 360 Längengrade ein. Alle 360 Längengrade durchwandert die Sonne im Laufe von 24 Stunden. Das bedeutet, die Sonne durchwandert in einer Stunde 15 Grad beziehungsweise legt in vier Minuten ein Grad zurück. Wenn also die Sonne auf dem Hauptmarkt im Mittag steht, dann ist es 15 Grad weiter westlich erst elf Uhr, und 15 Grad im Osten 13 Uhr.
Prima Idee mit den Längengraden! Wo aber ist der Anfang? Wo liegt der Nullmeridian, nach dem sich alle anderen Längengrade richten? Die Franzosen verorteten ihn im Observatorium von Paris, die Engländer in der 1675 gegründeten Sternwarte von Greenwich.
Die Idee mit der Positionsbestimmung ist nun die: Unser Schiff, die «Whatsoever», verlässt ihren Heimathafen, dessen genauer Längengrad bekannt ist, um genau zwölf Uhr mittags Ortszeit. Der Chronometer an Bord verzeichnet weiterhin die Ortszeit des Heimathafens. Wenn nun nach ein paar Tagen Fahrt gen Westen der Kapitän den Höchststand der Sonne ermittelt, dann ist es an Bord zwölf Uhr mittags, doch der Chronometer zeigt 13 Uhr Heimathafenzeit an. Dann ist die Whatsoever also um 15 Grad westlicher Richtung vom Heimathafen entfernt. Addiert der Kapitän dann noch den Längengrad des Heimathafens zum Greenwich-Meridian dazu, dann weiß er genau: Ich bin soundsoviel Grad westlicher Länge!
Aber wieviel Kilometer ist das Schiff dann eigentlich vom Heimathafen weg? Das kommt auf den Breitengrad an. Auf dem Äquator entsprechen zwei Minuten Zeit einem halben Grad oder genau 100 Kilometer. Dieselbe Zeit und derselbe Grad betragen auf dem 30. Breitengrad 86 Kilometer, auf dem 45. Grad 70 Kilometer und auf dem 60. Breitengrad 50 Kilometer. Liegt der Heimathafen also genau auf dem 60. Breitengrad, und die Whatsoever ist schnurgerade gen Westen gesegelt, dann ist sie bei einer Stunde Differenz 3000 Kilometer entfernt.
Aber welche Uhr tickt so genau, dass sie die Heimathafenzeit über Wochen und Monate auf die Sekunde einhält? Man bedenke: eine Abweichung von nur zehn Sekunden ergäbe auf dem Äquator einen Rechenfehler von 8,333 Kilometern! Eine Abweichung von einer Minute ergäbe einen Irrtum von 50 Kilometern. Und um 1700 wichen noch die besten Uhren um mehrere Sekunden pro Tag ab.
Man suchte nun eine astronomische Berechnungsmethode und/oder eine supergenaue Uhr, um das Problem der exakten Positionsbestimmung zu lösen. Zu diesem Zweck gründete das englische Parlament 1714 das «Board of Longitude».
Dieses «Längenbüro» lobte einen Wettbewerb aus: Ein Testschiff fährt von England nach Westindien. Kann der Kapitän seine Position auf ein halbes Grad (oder 30 Seemeilen) genau berechnen, so winken dem Sieger 20 000 Pfund! Eine Uhr, die solches leisten soll, darf also nach sechs Wochen Schunkelfahrt nicht mehr als zwei Minuten von der Zeit abweichen. Wer soll das schaffen?
Die Lösung kam von einem Außenseiter: John Harrison (1693–1776) war ein einfacher Zimmermann und horologischer Autodidakt, dessen Uhren um nur eine Sekunde pro Monat nachgingen. Sein erster Seechronometer, die H1, maß mehr als 90 Zentimeter Höhe und Breite und wog 32 Kilo. Und sie ging auf ihrer ersten Reise nach Lissabon dermaßen genau, dass die Experten im Längenbüro das nicht glauben wollten und Harrison das Preisgeld vorenthielten.
Also arbeitete Harrison sein Leben lang weiter, baute kleinere und noch exaktere Chronometer und schickte 1761 die Harrison 4 auf die Reise nach Jamaika. Damit auch alles mit rechten Dingen zuging, hatte sich das Längenbüro einiges einfallen lassen: der Chronometer befand sich an Bord eines Kriegsschiffs und stand unter dreifachem Verschluss. Das heißt, es mussten immer drei Personen gleichzeitig die Superuhr beobachten und aufziehen.
Wieder war das Ergebnis überragend – und wieder verweigerte das Längenbüro das Preisgeld! Diesmal, weil Harrison einige technische Einzelheiten wohlweislich geheimhielt. Deshalb hielten die sogenannten Experten einen Nachbau des Chronometers für ausgeschlossen und denselben damit für wertlos.
Sein Geld bekam Harrison endlich doch. Aber erst nach einer Eingabe bei Seiner Majestät. Als man ihm sein Geld auszahlte, war der geniale Uhrmacher 79 Jahre alt. Da tickte seine Lebensuhr noch vier Jahre.
Zeitmessung mit dem Chronometer
Die Uhr, die auf die Sekunde genau tickt
Was ist der Unterschied zwischen einer Uhr und einem Chronometer? Beides sind Zeitmessgeräte. Bloß: die Uhr darf ruhig ein bisschen vor- oder nachgehen; der Chronometer darf das nicht.
Die technischen Voraussetzungen für den Chronometer bilden drei Erfindungen, die alle in den Jahren 1650–70 stattfanden: das Pendel (Galileo Galilei und Christian Huygens); die Ankerhemmung (durch William Clement); und die Unruh-Spiralfeder (wiederum durch Huygens). Damit wichen neue Wanduhren nur noch um wenige Sekunden pro Tag ab.
Wozu aber braucht es Chronometer? Die waren für die Seefahrt überlebensnotwendig, nämlich dann, wenn das Schiff auf hoher See dümpelt, das Süßwasser zur Neige geht und die rettende Insel, die die Karte verzeichnet, irgendwo hinterm Horizont liegt. Zur Positionsbestimmumg braucht es nachts den Anblick der Sterne und tags den Höchststand der Sonne, sowie Kompass und Sextanten. Und die genaue Uhrzeit.
Die Sonne durchwandert 360 Längengrade in 24 Stunden
Den Breitengrad (parallel zum Äquator) anhand der Sterne zu bestimmen, ist relativ einfach, sofern man streng nach Norden oder Süden schippert. Schwieriger wird es, den Längengrad (senkrecht zum Äquator) zu bestimmen. Die Kartographen teilten die Erdkugel von Pol zu Pol in 360 Längengrade ein. Alle 360 Längengrade durchwandert die Sonne im Laufe von 24 Stunden. Das bedeutet, die Sonne durchwandert in einer Stunde 15 Grad beziehungsweise legt in vier Minuten ein Grad zurück. Wenn also die Sonne auf dem Hauptmarkt im Mittag steht, dann ist es 15 Grad weiter westlich erst elf Uhr, und 15 Grad im Osten 13 Uhr.
Prima Idee mit den Längengraden! Wo aber ist der Anfang? Wo liegt der Nullmeridian, nach dem sich alle anderen Längengrade richten? Die Franzosen verorteten ihn im Observatorium von Paris, die Engländer in der 1675 gegründeten Sternwarte von Greenwich.
Die Idee mit der Positionsbestimmung ist nun die: Unser Schiff, die «Whatsoever», verlässt ihren Heimathafen, dessen genauer Längengrad bekannt ist, um genau zwölf Uhr mittags Ortszeit. Der Chronometer an Bord verzeichnet weiterhin die Ortszeit des Heimathafens. Wenn nun nach ein paar Tagen Fahrt gen Westen der Kapitän den Höchststand der Sonne ermittelt, dann ist es an Bord zwölf Uhr mittags, doch der Chronometer zeigt 13 Uhr Heimathafenzeit an. Dann ist die Whatsoever also um 15 Grad westlicher Richtung vom Heimathafen entfernt. Addiert der Kapitän dann noch den Längengrad des Heimathafens zum Greenwich-Meridian dazu, dann weiß er genau: Ich bin soundsoviel Grad westlicher Länge!
Aber wieviel Kilometer ist das Schiff dann eigentlich vom Heimathafen weg? Das kommt auf den Breitengrad an. Auf dem Äquator entsprechen zwei Minuten Zeit einem halben Grad oder genau 100 Kilometer. Dieselbe Zeit und derselbe Grad betragen auf dem 30. Breitengrad 86 Kilometer, auf dem 45. Grad 70 Kilometer und auf dem 60. Breitengrad 50 Kilometer. Liegt der Heimathafen also genau auf dem 60. Breitengrad, und die Whatsoever ist schnurgerade gen Westen gesegelt, dann ist sie bei einer Stunde Differenz 3000 Kilometer entfernt.
Aber welche Uhr tickt so genau, dass sie die Heimathafenzeit über Wochen und Monate auf die Sekunde einhält? Man bedenke: eine Abweichung von nur zehn Sekunden ergäbe auf dem Äquator einen Rechenfehler von 8,333 Kilometern! Eine Abweichung von einer Minute ergäbe einen Irrtum von 50 Kilometern. Und um 1700 wichen noch die besten Uhren um mehrere Sekunden pro Tag ab.
Man suchte nun eine astronomische Berechnungsmethode und/oder eine supergenaue Uhr, um das Problem der exakten Positionsbestimmung zu lösen. Zu diesem Zweck gründete das englische Parlament 1714 das «Board of Longitude».
Dieses «Längenbüro» lobte einen Wettbewerb aus: Ein Testschiff fährt von England nach Westindien. Kann der Kapitän seine Position auf ein halbes Grad (oder 30 Seemeilen) genau berechnen, so winken dem Sieger 20 000 Pfund! Eine Uhr, die solches leisten soll, darf also nach sechs Wochen Schunkelfahrt nicht mehr als zwei Minuten von der Zeit abweichen. Wer soll das schaffen?
Die Lösung kam von einem Außenseiter: John Harrison (1693–1776) war ein einfacher Zimmermann und horologischer Autodidakt, dessen Uhren um nur eine Sekunde pro Monat nachgingen. Sein erster Seechronometer, die H1, maß mehr als 90 Zentimeter Höhe und Breite und wog 32 Kilo. Und sie ging auf ihrer ersten Reise nach Lissabon dermaßen genau, dass die Experten im Längenbüro das nicht glauben wollten und Harrison das Preisgeld vorenthielten.
Also arbeitete Harrison sein Leben lang weiter, baute kleinere und noch exaktere Chronometer und schickte 1761 die Harrison 4 auf die Reise nach Jamaika. Damit auch alles mit rechten Dingen zuging, hatte sich das Längenbüro einiges einfallen lassen: der Chronometer befand sich an Bord eines Kriegsschiffs und stand unter dreifachem Verschluss. Das heißt, es mussten immer drei Personen gleichzeitig die Superuhr beobachten und aufziehen.
Wieder war das Ergebnis überragend – und wieder verweigerte das Längenbüro das Preisgeld! Diesmal, weil Harrison einige technische Einzelheiten wohlweislich geheimhielt. Deshalb hielten die sogenannten Experten einen Nachbau des Chronometers für ausgeschlossen und denselben damit für wertlos.
Sein Geld bekam Harrison endlich doch. Aber erst nach einer Eingabe bei Seiner Majestät. Als man ihm sein Geld auszahlte, war der geniale Uhrmacher 79 Jahre alt. Da tickte seine Lebensuhr noch vier Jahre.
