John Harrison Der Herr der Ringe

Der britische Uhrmacher John Harrison löste ein Problem, das über die Jahrhunderte ungezählte Seeleute das Leben gekostet hatte: die genaue Bestimmung jener imaginären Linien, die sich als "Längenkreise" um die Pole der Erde legen.

Weltkarte aus dem Jahr 1507: Die Breitenkreise, die parallel zum Äquator verlaufen, vermochten Nautiker seit langem aus dem Stand von Sonne oder Sternen präzise zu bestimmen. Weitgehend rätselhaft blieben die Längengrade.
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Weltkarte aus dem Jahr 1507: Die Breitenkreise, die parallel zum Äquator verlaufen, vermochten Nautiker seit langem aus dem Stand von Sonne oder Sternen präzise zu bestimmen. Weitgehend rätselhaft blieben die Längengrade.

Von Ulrich Jaeger


Dieser Text erschien zuerst in SPIEGEL Wissen, Ausgabe 4/2010.

Admiral Sir Clowdisley Shovell war zur falschen Zeit am falschen Ort. Ein folgenreicher Irrtum für den britischen Offizier, seine Mannschaften, sein Land - und die Welt. Nach Gefechten gegen die französische Mittelmeerflotte segelte Sir Clowdisley mit seinem Verband von fünf Kriegsschiffen von Gibraltar aus am Abend des 22. Oktober 1707 dem Heimathafen Portsmouth entgegen. Er wähnte sich westlich der Mündung des Ärmelkanals auf offener See, etwa zwei Tagesreisen vom Ziel entfernt.

Tatsächlich kreuzte seine Armada unmittelbar unter den dem Westzipfel Cornwalls vorgelagerten Scilly-Inseln. Vier Kriegsschiffe Ihrer Majestät Königin Anne zerschellten an den Klippen. Mehr als 1600 Seeleute verloren ihr Leben. Nur 26 entkamen den mahlenden Brandungskräften zwischen Felsen und Meer. Auch Sir Clowdisley rettete sich an Land - und starb, vermutlich durch die Hand einer Strandräuberin.

Staatliche Ausschreibung für Lösung des Längengrad-Problems

Geschockt reagierten Königin, Parlament und Admiralität auf das Nautik-Desaster. Nie wieder sollte die Weltmacht Britannien, deren Pfeiler auf Schiffsplanken ruhten, eine ähnliche Katastrophe treffen. So rief die Krone 1714 das "Board of Longitude" ins Leben, um das sogenannte Längengrad-Problem zu lösen. Es war wohl die erste staatliche Institution, die Grundlagenforschung mit öffentlichen Mitteln betrieb.

20.000 Pfund, nach heutigem Wert etwa 2 Millionen Euro, lobte das Board aus: für die Methode, die es erlaubte, die geografische Länge mit einer Genauigkeit von mindestens einem halben Grad zu ermitteln. Am Äquator, wo der Abstand der Linien am größten ist, durfte der Fehler maximal 30 Seemeilen, rund 55 Kilometer, betragen.

Die Breitenkreise, die parallel zum Äquator verlaufen, vermochten Nautiker seit langem aus dem Stand von Sonne oder Sternen präzise zu bestimmen. Sie wussten also, mit welchem Abstand zum Äquator sie die Meere kreuzten. Weitgehend rätselhaft dagegen blieb die Position östlich und westlich des Heimathafens, der nächsten Küste oder des Zielhafens einer Reise. Bekannt war den Seeleuten, dass sich die Erde in 24 Stunden einmal um ihre Achse dreht, die Sonne bei ihrem scheinbaren Weg um die Erde stündlich also 15 der 360 Längengrade passiert. Allerdings fehlte ein praktikables Kalkül, aus dieser Kenntnis auf den nächsten Längengrad zu schließen.

Isaac Newton (1643-1727)
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Isaac Newton (1643-1727)

Kein Geringerer als Sir Isaac Newton, einer der bedeutendsten Gelehrten der Geschichte, erläuterte dem britischen Parlament 1714 die Herausforderung des Längengrad-Problems: Eine exakte Bestimmung der Linien etwa durch Uhren sei angesichts der Schiffsbewegungen und Temperaturschwankungen auf See unmöglich.

Auch die Position der Jupiter-Monde, die Astronomen an Land zur Längengrad-Bestimmung nutzten, tauge wegen der dazu nötigen Teleskope nicht an Bord von Schiffen. Leider, bedauerte Newton, sei auch die Berechnung des Längengrads über die Stellung des Mondes relativ zu Referenz-Sternen ungenügend entwickelt.

Die Tücken der geografischen Länge wurden ungezählten Seefahrern zum Verhängnis. Sie ertranken oder starben an Mangelernährung, weil ihre Schiffe wochenlang auf See umherirrten.

Messung mit Holzstück und Sanduhr

War der Blick auf Orientierungshilfen wie Sonne, Gestirn und nahe Küsten durch tiefhängende Wolken verdeckt, bedienten sich die Nautiker der Methode des "Gissen". Sie warfen ein "Log" über Bord, ein Holzstück mit einer Leine, die alle 51 Fuß einen Knoten aufwies. Mit einer Sanduhr wurden sodann 30 Sekunden gemessen.

Die Anzahl der Knoten, die in dieser Zeit durch die Hand des Loggers glitten, zeigte die Fahrgeschwindigkeit - in "Knoten", dem bis heute üblichen Nautik-Maß. Die Fahrtrichtung lasen die Nautiker vom Kompass ab und trugen den Kurs in ihre Karten ein. Der Einfluss von Wind oder Meeresströmungen auf ein Schiff wurde dabei, wenn überhaupt, nur ungenügend ermittelt. Stunde um Stunde wuchs so die Ungewissheit des Seemanns über seinen wahren Ort.

Nach dem tödlichen Irrtum des Admirals Shovell verwob sich dessen Schicksal mit dem eines Unbekannten aus der Grafschaft Yorkshire. John Harrison, ein Tischler, war 21 Jahre alt, als das Board of Longitude sein Preisgeld auslobte.

Wie Newton, der Professor aus Cambridge, wusste auch der Handwerker aus Yorkshire, dass Chronometer ideale Längengrad-Messer sind. Schon zwei Jahrhunderte zuvor hatten Astronomen gezeigt, wie: Vor der Ausreise bestimmt der Nautiker im Heimathafen den höchsten Sonnenstand und notiert seine Mittagszeit. Diese Routine setzt er auf See fort und bestimmt jeweils Sonnenzenit und die zugehörige Mittagszeit.

Geht die Mittagszeit "nach", entfernt sich der Nautiker in westlicher Richtung vom Standort, andernfalls östlich. Da die Sonne pro Minute einen viertel Längengrad durchstreift, erlangt der Seefahrer einen ausgezeichneten Referenzwert für seine geografische Länge.

Neue Standuhr mit horizontalem Pendel

Das Problem: Um als verlässlicher Längen-Indikator zu taugen, mussten Uhren eine für Harrisons Zeit unvorstellbar hohe Ganggenauigkeit aufweisen. Um die Vorgaben des Longitude Boards etwa für eine Seereise von 30 Tagen zu erfüllen, durften sie in 24 Stunden nicht mehr als vier Sekunden vor- oder nachgehen. Eine solche Uhr zu bauen, traute Harrison sich zu.

Gemeinsam mit seinem Bruder entwickelte er Standuhren, deren Pendel nicht in der Vertikalen, sondern in der Horizontalen schwangen. Ein bedeutender Vorteil auf See, wo Gier- und Rollbewegungen des Rumpfes gewöhnliche Pendeluhren untauglich machen.

Harrison formte auch erstmals Pendel aus Messing und Stahl. Diese Verbindung löst ein weiteres Problem. Während sich reine Stahl- oder Messingpendel bei Wärme ausdehnen und bei Kälte schrumpfen, bleibt die Länge der Verbundmetall-Pendel konstant.

Ein bedeutender Fortschritt, bestimmt doch die Pendellänge die Taktfrequenz und damit die Präzision einer Uhr. 1735 präsentierte der Uhrentüftler dem Längengrad-Gremium seine erste Uhr, die Harrison Nr. 1 ("H-1"). Das 32 Kilogramm schwere Trumm von 1,2 Meter Höhe, Tiefe und Breite soll auf einer Testreise nach Lissabon und zurück nur wenige Sekunden Abweichung pro Tag gezeigt haben.

Harrison war noch immer unzufrieden

Der Uhrenmeister selbst hielt sein Werk dennoch für ungenügend. Er bat um eine Unterstützung von 500 Pfund, tüftelte weiter und schuf nacheinander drei jeweils verbesserte Meisterwerke. Als der Perfektionist 1761 die H-4 den Juroren vorstellte, hielten die Gelehrten einen Chronometer von unvorstellbarer Kunstfertigkeit und Präzision in Händen: Mit 13 Zentimeter Durchmesser und einem Gewicht von 1,45 Kilogramm durfte die Schiffsuhr fast zu den Taschenuhren gezählt werden.

In ihrem Innern gewährten Diamanten und Rubine allen bewegten Teilen einen nahezu reibungsfreien Lauf. Auf einer Prüffahrt von England nach Jamaika wich die H-4 nach fast drei Monaten auf See eben fünf Sekunden von der exakten Ortszeit am Zielhafen ab. Pro Tag betrug die Fehlerrate des Chronometers also weit weniger als eine Zehntelsekunde.

Ein alter Mann hatte Newton widerlegt und das Längengrad-Problem gelöst. Aber Anerkennung erfuhr Harrison nicht.

Mit 80 Jahren erhielt Harrison den Rest des Preisgelds

1765 änderte das Longitude Board die eigenen Regeln zu Lasten des Uhrmachers. Um wenigstens die Hälfte des Preisgeldes zu erhalten, musste Harrison das Geheimnis seiner Präzisionswerke offenbaren und seine Uhren dem Königlichen Astronomen übergeben. Den Rest der 20.000 Pfund sollte der 72-Jährige erhalten, wenn es anderen Uhrmachern gelänge, seine H-4 zu kopieren. Mit einem solchen Harrison-Replikat brach 1772 Kapitän James Cook an Bord der HMS "Resolution" zu seiner zweiten Südseereise auf. Die Uhr, schwärmte Cook im Logbuch des Schiffes, sei ihm ein "nie versagender Führer" gewesen.

Ein Jahr nach Cooks Aufbruch löste König Georg III. das Versprechen der Längengrad-Juroren ein. Der 80-jährige Uhrenmeister erhielt, abzüglich der bereits geleisteten Abschläge, die restlichen 8750 Pfund des Preisgelds. Eine Urkunde für seine Verdienste, Teil der ursprünglichen Longitude-Board-Ausschreibung, blieb ihm verwehrt. Es bedurfte aber noch eines weiteren Jahrzehnts, um die Erfindung des genialen Uhrmachers für die Seefahrt erschwinglich und damit zum unverzichtbaren Bordbegleiter zu machen.

Immerhin schlug Cooks Borduhr noch mit 450 Pfund zu Buche - fast ein Drittel des Preises seines Expeditionsschiffes. Erst einer Art Massenfertigung der harrisonschen Präzisionswerke ist es zu danken, dass die Preise für Borduhren in den 1780er Jahren auf etwa 80 Pfund fielen. Zu den ersten Kunden dieser Bord-Chronometer zählte die berühmte British East India Company. Sie stattete ihre gesamte Flotte weltweit operierender Schiffe mit Präzisionsuhren aus.

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