Links: John Harrison | Rechts: Harrisons H1
(Fotos/Bildquellen: sailingwarship.com, wikimedia.org, National Maritime Museum)

+10° 1′ 57.34″ (bzw. 10.032872°) – Das ist die exakte geographische Länge, auf der laut Google Maps mein Wohnhaus steht. Heute zeigt auch ein Smartphone mit GPS-Funktion diese Information in Sekundenbruchteilen an. Noch vor 300 Jahren gab es allerdings keine verlässliche Methode, auf See den Längengrad des eigenen Standorts zu bestimmen. Vor allem für den damaligen Schiffsverkehr war das ein riesiges Problem. Wegen der fehlenden Kenntnis der genauen Position dauerten Schiffsreisen länger. Dies begünstigte Skorbut, die gefürchtete Vitaminmangel-Krankheit. Noch schlimmer waren die Schiffsunglücke. Im Oktober 1707 sanken bei den Scilly-Inseln, 45 km vor der Südwestspitze Englands, vier britische Kriegsschiffe, weil man sich fälschlicherweise schon östlich der gefährlichen Felsenriffe glaubte. Über 1400 Seeleute verloren ihr Leben. Von Seefahrern und Kaufleuten immer stärker gedrängt, verabschiedete das britische Parlament 1714 den „Longitude Act“. Dieses Längengrad-Gesetz versprach demjenigen, der eine praktikable Methode zur Ermittlung der geographischen Länge entwickeln würde.

Kleiner Exkurs in die Gegenwart: Ähnlich wie das britische Parlament vor 300 Jahren machen es heutzutage Unternehmen, die öffentlich eine Lösung für ein kniffliges (technisches) Problem suchen. Im Zeitalter der Open Innovation versuchen sie, ihre Kunden und weitere externen Partner als (Mit-)Entwickler in den Entstehungsprozess neuer Produkte einzubeziehen. Die klassische Suche nach technologischen Alternativen (Technology Seeking/Solution Seeking) wird ergänzt durch „Problem Broadcasting“. Dabei sind Plattformen wie InnoCentive als Informationsmittler hilfreich. Dort warten sogenannte Challenges auf kreative Problemlöser. Typische Belohnungen liegen auf innocentive.com bei 10.000 bis 30.000 US-Dollar. Wer eine Herausforderung in der Größenordnung des Längengrad-Problems sucht, sollte sich gleich bei der X PRIZE Foundation umschauen (xprize.org). Dort winken Preisgelder in Millionenhöhe. Die Analogie zwischen dem Longitude Act von 1714 und dem heutigen Problem Broadcasting hat übrigens schon der Verfasser eines lesenswerten Artikels im „Economist“ gezogen.

Zurück ins frühe 18. Jahrhundert. Schon vor dem Längengrad-Gesetz gab es ein regelrechtes Feuerwerk von Lösungsvorschlägen. Größtenteils waren diese völlig abwegig. Schon wegen der amüsanten Beschreibung der Hunde-Theorie, bei der das sogenannte „Pulver der Sympathie“ eine entscheidende Rolle spielt, lohnt die Lektüre von Dava Sobels Buch „Längengrad“ (S. 57 ff. der dt. Taschenbuch-Ausgabe). Ernsthaft in Erwägung gezogen wurden zwei Lösungsansätze, denen dieselbe Idee zugrundeliegt. Gesucht wurde eine Möglichkeit, die Ortszeiten zweier geographischer Punkte vergleichen zu können. Der Zeitabstand lässt sich in einen Längengrad-Abstand umrechnen.

Die Erde dreht sich in 24 Stunden um 360 Grad. Eine Stunde Zeitunterschied zwischen zwei Punkten entspricht also einem Unterschied von 15 Grad in Bezug auf die geographische Länge. Auf See muss eine Uhr anhand des Höchststands der Sonne (= 12 Uhr mittags) täglich auf die Ortszeit eingestellt werden. Außerdem muss man an Bord über die aktuelle Uhrzeit an einem anderen Ort mit bekannter Position (z. B. dem Heimathafen) Bescheid wissen.

  • Lösungsansatz 1: Die Seeleute nehmen einen Zeitmesser mit, der exakt auf die Ortszeit am Heimathafen eingestellt wird und anschließend keinesfalls stehenbleiben darf. Für dieses Gerät wurde später der Begriff Chronometer geläufig (chrónos, altgriech. = Zeit).
  • Lösungsansatz 2: Der Navigator orientiert sich an den Positionen von Himmelskörpern (z. B. denjenigen des Mondes und ausgewählter Fixsterne oder der Monde des Jupiter). In einem Nachschlagewerk findet der Seemann dann die Information, welche Ortszeit an einem bekannten Ort eine bestimmte Sternenkonstellation (seine „Himmelsuhr“) anzeigt.

Beide Methoden waren anno 1714, zur Zeit des Longitude Act, zwar theoretisch bekannt, aber nicht praktisch anwendbar. Für den ersten Ansatz, den Uhrenvergleich, gingen die verfügbaren Uhren viel zu ungenau. Schiffsbewegungen, Temperaturschwankungen, veränderte Luftfeuchtigkeiten und eine unterschiedlich starke Gravitation an verschiedenen Breitengraden beeinflussten auch den Gang der damals besten Zeitmesser zu stark. Für die zweite Möglichkeit, das Längengrad-Problem zu lösen, galt die Methode der Monddistanzen als aussichtsreich. Für einen „Nautical Almanach“ reichten die vorhandenen Daten aber nicht aus. Unter anderem wusste man über die genaue Bahn des Mondes noch zu wenig, obwohl schon 1675 das Royal Greenwich Observatory gegründet wurde.

Der Tischler und Uhrmacher-Autodidakt John Harrison (1693-1776), linkes Bild oben, setzte ab ca. 1727 auf die Entwicklung hochpräziser Schiffsuhren. 1735 war die Harrison Nr. 1 (H1) fertig, die man oben auf dem rechten Bild sieht. Die H1 bewährte sich auf einer Fahrt nach Lissabon als hervorragender Zeitmesser, doch Harrison wollte lieber ein weiter verbessertes Modell entwickeln, als die H1 auf eine längere Testreise schicken. Die H2 von 1741 übertraf die H1, aber Harrisons eigene Ansprüche konnte auch sie nicht befriedigen. Der geniale, doch offenbar recht kauzige Uhrmacher „verschwand wieder in seiner Werkstatt und arbeitete die nächsten zwanzig Jahre hindurch an der H-3“ (Sobel: Längengrad, S. 116). Für die H3 (1757) erfand Harrison unter anderem den Bimetallstreifen zum Ausgleich von Temperaturschwankungen. Sein Meisterstück war dann die H4, die 1759 fertiggestellt war und 1761 auf einer Fahrt nach Jamaika geprüft wurde. Nach 81 Tagen betrug die Abweichung der H4 nur fünf Sekunden bzw. nur 1¼ Längenminuten.

Wie Dava Sobel anschaulich beschreibt, blieb Harrison dennoch ein einsames Genie. Denn das wissenschaftliche Establishment sah um 1750 die Methode der Monddistanzen als Königsweg zur Lösung des Längengrad-Problems. Auch bei dieser Methode hatte es nach dem Longitude Act deutliche Fortschritte gegeben. 1767 gab das Royal Greenwich Observatory den ersten Nautical Almanach heraus. Dazu passend kamen zunächst Oktanten und etwas später Sextanten als Messgeräte auf den Markt. Heute würde man sagen, dass gegen Ende des 18. Jahrhunderts zwei prinzipiell verschiedene Technologien im Wettstreit miteinander standen: Chronometer à la Harrison auf der einen und Sextant plus Mondtabellen auf der anderen.

Funktional waren Chronometer klar im Vorteil, denn sie liefen tageszeit- und wetterunabhängig. Außerdem waren sie leicht zu handhaben. Um 1780 waren die präzisen Zeitmesser aber noch hochkomplexe Unikate. Sie kosteten mehrere Hundert Pfund, während man für nur zwanzig Pfund einen guten Sextanten und ein Exemplar der Mondtabellen bekam. Als sich aber 1828 die Kommission auflöste, die mit dem Longitude Act eingesetzt worden war, hatte sich das Blatt gewendet. Die Herstellung von Chronometern war so günstig geworden, dass z. B. an Bord der „HMS Beagle“ 22 (!) Chronometer waren, als sie mit Charles Darwin Richtung Südamerika startete (vgl. Sobel: Längengrad, S. 215).

John Harrisons maritime Zeitmesser H1 bis H4 sind heute im Royal Greenwich Observatory in London zu besichtigen, gleich neben dem weltbekannten Nullmeridian. Zu jeder der vier Uhren gibt es eine Seite mit Fotos:

Zur konkurrierenden Methode des Monddistanzen findet man in der Wikipedia zwei nette Einträge:

Vom Buch „Längengrad“ gibt es mehrere Ausgaben: Die deutsche Taschenbuchausgabe kostet nur 8,95 Euro (Stand August 2011). Leider sind darin keine Abbildungen enthalten. Daneben gibt es eine illustrierte Ausgabe mit Bildern, die ich gerade für die Bibliothek der Hochschule Ulm zur Anschaffung empfohlen habe. In Kürze soll Dava Sobels neues Buch „A More Perfect Heaven: How Copernicus Revolutionised the Cosmos“ erscheinen. Ich bin gespannt.