David gegen Goliat – Ein Uhrmacher revolutioniert die Seefahrt


Liebe Leser:innen,

heute gibt es mal wieder eine etwas längere Abenteuergeschichte. Im letzten Artikel ging es um die verschiedenen Dämmerungen im Tageslauf. Dort war viel die Rede von Horizont, Gradzahlen und Breitengraden. Auch die Navigation auf hoher See wurde kurz gestreift. Mit dieser werden wir uns heute etwas näher beschäftigen, denn um sicher bestimmen zu können, wo man sich genau auf dem Meer gerade befindet, reichen Sonnenstand und Breitengrad nicht aus. Sternenhimmel, Mond, gute See- und Himmelskarten und als Messinstrumente ein Sextant und nicht zuletzt der alt bewährte Magnetkompass, verbessern zwar die Navigation, aber es bleibt eine große Unsicherheit, zumal all das bei bewölktem Himmel natürlich nicht funktioniert. Es musste also etwas zuverlässigeres zur Bestimmung des Längengrades gefunden werden, wenn man verhindern wollte, dass Schiffe dauernd verloren gehen, sich verfranzen oder gar absaufen. Die Lösung dieses Längengrad-Problems brachte schließlich eine Erfindung. Diese ist Gegenstand dieser Abenteuergeschichte.

Einleitung

Jeder braucht Koordinaten, sie sagen uns, wo wir sind – im Leben, im Auto, aber besonders mitten auf See. Der Zeitunterschied zwischen Heimathafen und aktueller Position legt den Längengrad fest. Nur, wo die Zeit ablesen? Seegängige Uhren gab es nicht, also machte sich der englische Uhrmacher John Harrison an den Bau. Die Astronomen dagegen wollten die Zeit am Himmel ablesen, mit dem Mond als Zeiger und den Sternen als Zifferblatt. Ein ungleicher Kampf: der Handwerker gegen die Wissenschaft, David gegen Goliath.

Exkurs über Uhren

Bevor wir zur Schiffsuhr, dem Hauptgegenstand unserer Geschichte kommen, müssen wir uns kurz darüber klar werden, wie Uhren in der damaligen Zeit überhaupt funktionierten. Digital- oder gar Atomuhren werden wir heute nicht behandeln, weil es sie damals noch nicht gab.
Frage:
Eine “Schiffsuhr”, was soll das sein. Kann man nicht einfach jede Uhr mit auf See nehmen? Die Antwort ist hier ein klares Nein. Die meisten Uhren , die es zu jener Zeit gab, waren Pendeluhren, die meistens sogar noch von fallenden Gewichten angetrieben wurden. Solch eine Konstruktion kann auf hoher See nicht funktionieren. Das Schiff schaukelt und rollt. Somit erfährt das Pendel der Uhr dauernd unerwünschte Kräfte, die z. B. auch gegen die Pendelbewegung arbeiten. Es wird also unregelmäßig pendeln oder sich eventuell chaotisch bewegen. Auf jeden Fall wird es alles tun, um aus dem Takt zu geraten und die Uhr zu einem unregelmäßigen Gang zu zwingen.
Die an Ketten oder schnüren nach unten hängenden Gewichte geben ihre Gewichtskraft auf die Rolle, wo die Schnüre oder Ketten aufgewickelt sind. Diese überträgt die Kraft auf das Uhrwerk indem sie sich langsam dreht. Somit rollt sich das Medium ab, an welchem die Gewichte hängen. Sind diese am Boden angekommen, dann bleibt die Uhr stehen, weil kein Zug mehr auf der Rolle ist. Man muss die Gewichte wieder hoch ziehen, damit das Spiel von neuem beginnen kann.

Sicher. Man könnte so eine Pendeluhr frei in alle Richtungen beweglich aufhängen, wie man das mit mechanischen Kompassen in Schiffen, Segelflugzeugen oder sogar am Ammaturenbrett im Auto, tut. Diese schwimmen meist auf einem Öl. Dadurch können sie in einem gewissen Grad die Schaukelbewegungen ausgleichen. Das mag für eine kleine Kompassnadel noch einigermaßen funktionieren, aber mit einer schweren Pendeluhr sicher nicht.
Sie würde den Bewegungen nur träge folgen können, wenn überhaupt.
Da fällt mir gerade ein Spielzeug ein, mit welchem man das Chaos beim Pendeln beobachten kann. Viele Menschen entspannen sich oder erproben ihre Geschicklichkeit mittels Fidget Spinnern. Eine Spielart dieser Dinger besteht einfach aus zwei untereinander gehängte in alle richtungen beweglichen Pendel. Hält man das Teil oben fest und bewegt es, dann merkt man sehr rasch, dass das untere Pendel quasi tut, was es möchte. Es bedarf viel Übung, dieses Pendel seinem Willen zu unterwerfen und das geht auch nur in gewissen Grenzen bei relativ kleinen ausschlägen. Alles was mehr ist, stürzt das System ins mathematische Chaos. Aber nun weiter mit den Uhren.
Temperaturschwankungen sorgen dafür, dass sich das Pendel bei Hitze ausdehnt und bei Kälte etwas kürzer wird, wodurch sich der Pendel-Takt leicht ändert. Schmiermittel, wie Öl oder Fette verhalten sich temperaturabhängig unterschiedlich, wodurch sich die Reibungskräfte zwischen den mechanischen Teilen ändert. Der Lauf so einer Pendeluhr wird auch durch die sich oft ändernde Luftfeuchtigkeit beeinflusst.

Mechanische Taschenuhren, die es damals auch schon im Ansatz gab, haben zum Antrieb anstelle der Gewichte eine gespannte spiralförmige Feder, die durch ihre Kraft das Uhrwerk treibt, weshalb diese von Zeit zu Zeit wieder neu aufgezogen werden muss. Dadurch spannt man die Feder erneut. Anstelle des Pendels, dessen Bewegung durch die Schwerkraft funktioniert, besitzen diese Uhren eine kreisförmige Unruhe, die durch eine Rückstellfeder gezwungen wird, sich gleichmäßig hin und her zu drehen.
Wer schon mal einen alten Wecker, eine Taschenuhr oder etwas filigraner, eine kaputte Armbanduhr geöffnet hat, kann sich vielleicht noch an diese Teile erinnern, denn diese fallen neben vielen Zahnrädern am meisten auf.

Hach, waren das noch schöne Zeiten. Ihr könnt euch kaum vorstellen, wie langweilig das Ausbeinen einer digitalen Uhr für ein neugieriges Kind, wie ich es war, ist. Da ist quasi nichts spannendes drin. Allen Uhren, ob Pendel oder Unruhe, ob Federwerk oder fallende Gewichte als Antrieb, ist gemeinsam, dass das Uhrwerk dem beweglichen Taktgeber immer wieder einen kleinen Schups versetzen muss, damit die Bewegung nicht aufhört. Leider waren die damals verfügbaren Taschenuhren von ihrer Mechanik her noch nicht geeignet, als Schiffsuhr zu fungieren. Sie waren zu fehleranfällig und die Prezession ihrer Uhrwerke war nicht ausreichend, um über Monate hinweg genau genug zu laufen, um die Heimatzeit anzuzeigen. Also musste eine Erfindung, eine Schiffstaugliche Uhr her.

Die Seereise

Versetzen wir uns nun zurück in das Jahr 1761. Wir haben Dezember.
Wir befinden uns unter der Leitung Kapitän Dix auf seinem Schiff Deadford.

Sorry, da ich das aus einer Audioquelle habe, weiß ich nicht, wie man den Kapitän und sein Schiff richtig schreibt. Ich finde es im Netz gerade nicht. Das soll uns nicht weiter stören.

Auf jeden Fall befinden wir uns auf der Seereise, auf welcher William Harrison, sohn , des Erfinders der Schiffsuhr,
John Harrisons, diese testen soll. Der Kapitän muss unbedingt die Insel Madeira erreichen. Er benötigt dringend frisches Trinkwasser. Die Bier- und Wasservorräte des Schiffs sind faulig und verdorben. Schon rumort es unter den Seeleuten und eine eventuelle Meuterei ist offenbar nicht mehr fern. Er unterhält sich gerade mit seinem Steuermann und fragt ihn:

“Wie weit entfernt schätzen Sie Madaira?”

Dieser antwortet ihm:

“Zwei Tagesreisen Süd Südwest”

Und da mischt sich Harrison ein:

“Ich glaube, dass wir näher dran sind, und der richtige Kurs ist Süd.”,

Das war riskant, sich in der Weise gegen den Kapitän aufzulehnen. Er hätte Harrison theoretisch dafür aufknüpfen lassen können, aber dieser Passagier genoss offenbar wegen seiner Uhr Sonderrechte. Schließlich sollte sie ja getestet werden. Harrison erklärt weiter:

“Entsprechend der Uhr sollten wir morgen zum Tagesanbruch Porto Santo sehen, wenn wir unseren jetzigen Kurs beibehalten. Ich habe die Uhrzeiten sorgfältig geprüft.

Genau genommen hat Harrison seine Standortskoordinaten, z. B. den Sonnenhöchststand mit der Uhrzeit seines Heimathafens abgeglichen. Auf diese Zeit wurde seine Uhr zu Beginn der Reise eingestellt. Wenn sie hält, was sie verspricht, dann sollte Harrisons Längengrad und Kursvorschlag richtig sein.
Harrison liest also ab, wie weit sie nach Westen gesegelt sind. Er stellt fest, dass der Sonnenhöchststand ihres Standorts um eine Stunde und vier Minuten später stattfindet, als er in seinem Heimathafen wäre. Daraus berechnet er, dass sich das Schiff bereits auf dem Längengrad von Madeira befindet. Man sollte es also tatsächlich erreichen, indem man auf diesem Längengrad direkt nach Süden segelt. Die Höhe der Sonne über dem Horizont zur Mittagszeit lieferte Harrison den Breitengrad auf dem sie sich momentan befinden. Sie sind noch nörtlich von Madeira. Für den Kapitän und seinen Steuermann muss das wie schwarze Magie gewirkt haben, denn sie konnten bisher den Längengrad mehr oder weniger nur schätzen. Dem Kapitän muss Harrisons Einmischung schwer aufgestoßen sein, aber er hatte den königlichen Auftrag, die Uhr zu testen. Also gab er widerwillig zzwischen zusammengebissenen Zähnen den Befehl durch, dass man bis zum Anbruch des nächsten Tages Kurs auf Süd beibehalten sollte. Dann würde man ja sehen, wer recht hat.
Erscheint die Insel am Horizont, dann Harrison mit seiner Uhr.
Bleibt der Horizont klar, oder es erscheint etwas anderes, dann lag Harrison falsch und die Mannschaft hätte ein ernsthaftes Problem was ihre Vorräte und ihre weitere Navigation anging. Man muss sich das nochmal vorstellen. Da hängt der Kapitän das Schicksal des ganzen Schiffs mit seiner ohnehin schon gebeutelten Mannschaft an ein etwa drei Pfund schweres Metallstück, so groß wie eine Männerhand. Es ist also durchaus nicht nur Eitelkeit, wenn der Kapitän sich nicht gerne rein reden lässt. Es ist auch Verantwortungsbewusstsein für Schiff und Besatzung. Dazu kam noch, dass Harrison ansonsten keine Erfahrungen auf hoher See besaß. Er war eine Landratte.

Aber auch für William und John, seinen Vater, stand viel auf dem Spiel. Die englische Krone hatte nämlich zwanzigtausend Pfund Stearling Preisgeld für denjenigen ausgesetzt, der im Stande war, eine praktikable und gut funktionierende Schiffsuhr zu bauen, die genau genug ging, um für die Navigation zu taugen. Ausgeschrieben wurde der Preis bereits ein halbes Jahrhundert vor dieser Seereise. Bisher hatte es noch niemand geschafft Und auch Vater und Sohn Harrison setzten vierzig Jahre ihres Lebens dafür ein, bis die Uhr in Version 4, also H4, vollendet war.

Inzwischen bricht ein neuer Tag an und der Mann im Ausguck sucht den Horizont nach Madeira ab.

“Horizont klar”.

ruft er aus.
Hatte die Uhr versagt und der Kapitän recht? Wo waren sie dann?

“Setzen Sie Kurs auf Süd Südwest”

befiehlt der Kapitän, aber dann geschieht es wieder, dass sich jemand einmischt. Diesmal ein weiterer Seemann. er sagt:

“Es ist die große Wolke dort”.

In dem Augenblick wird sie auch dem Mann im Ausguck aufgefallen sein. Er ruft:

“Land in Sicht”.

Madeira war unter einer Wolke verborgen. Durch die Erdkrümmung sieht man ja immer zuerst, was sich höher über der Wasseroberfläche befindet. Das war schon den alten Griechen bekannt, dass man bei einem nahenden Schiff zuerst die Segel sieht, weil sie höher über den Horizont ragen. Daraus leiteten sie schon Jahrhunderte vor Christus folgerichtig ab, dass die Erde eine Kugel sein muss, da dieser perspektivische Effekt auf einer Scheibenwelt nicht vorkommen kann.

Man stelle sich die Erlösung aller vor. Madeira, die Rettende Insel mit Aussicht auf frisches Wasser und Vorräte war erreicht und, die Schiffsuhr hatte recht behalten. Da konnten sich Vater und Sohn Harrison auf einen Goldregen freuen.
Sicherlich wurde Harrison nun mit Gratulationen von den “Seebären” überschüttet. Hatte er mit seiner Uhr doch ihr aller Leben gerettet. Ich könnte mir vorstellen, dass sich sogar der Kapitän bei ihm entschuldigt hat.

Harrisons Uhr bestand auch den restlichen Gesamttest. Bei der Ankunft auf Jamaika und einer fürchterlich stürmischen Rückreise nach England, zeigte sie am 26.03.1762 die heimatliche Zeit genauer an als gefordert.

David gegen Goliat

Alle sollten jetzt jubeln können. Harrison, weil er den Preis gewonnen hatte und die britische Marine, weil nun Katastrophen, wie 1707 geschehen, Vergangenheit sein sollten, als gleich vier Schiffe mit zweitausend Mann Besatzung wegen eines Navigationsfehlers untergingen. Die Marine ignorierte Harrison zunächst. Er wurde vielmehr von der Wissenschaft, den Astronomen angegriffen. Dreißig Jahre Erfahrungen im Uhrmacherhandwerk schienen eben nichts gegen Jahrtausende der Himmelskunde zu sein. Bisher navigierte man nach den Sternen. Es gab Sternenkarten, Seekarten, Messgeräte wie den Kompass, Sextanten oder das Astrolabium und manchmal sind, das habe ich mal über Kolumbus gelesen, auch Sanduhren zur Zeitmessung zum Einsatz gekommen. Neben vielen anderen, blieb letztlich die Mond-Messmethode übrig. Man sah den Sternenhimmel mit seinen Sternbildern als Ziffernblatt und den Mond als Uhrzeiger an. Wie sie genau funktioniert, ersparen wir uns jetzt. Tatsache ist, dass diese Methode in vielen Fällen ja auch ganz ordentlich funktionierte. OK, Kolumbus hatte sich zwar was die Entdeckung Indiens betraf quasi verfahren, aber immerhin kam er wieder heim. Seine Efimeriden, Sternkarten auf See, waren immerhin so gut, dass sie ihm das Leben retteten. Ich schrieb darüber in “Eine Mondfinsternis als Lebensretterin“.

Das Hauptproblem dieser Messmethode war, dass es wenige zuverlässige Beobachtungen gab, an Formeln der Berechnung der Mondbahn mangelte und es fehlten oft Karten und Verzeichnisse der genauen Sternpositionen. Im Zuge der Eroberung der Meere und der Kolonialisierung und globalisierung der Welt schossen überall Observatorien zur Sternbeobachtung in den Himmel. Somit war die Astronomie hierfür zur Schlüsseldisziplin geworden. Sollte das jetzt alles wegen einer Uhr nichts mehr Wert sein?

Kleine Rückblende

Schon dreißig Jahre zuvor forderte Vater John Harrison 1735 von dem königlichen Ausschuss für Längengrade, dass seine erste Schiffsuhr, die H1 sich an dem Preis versuchen dürfe.

Diese glich damals noch eher einer Zeitmaschine als einer Uhr, wie es die H4 war. Diese H1 versagte auf ihrer Testfahrt nach Lissabon. Harrison war seekrank, so dass er sich nicht kümmern konnte. Aber auf der Rückreise konnte Harrison doch noch zeigen, was die Uhr so drauf hatte, indem er den Längengrad korrigierte. Auch hierfür musste er sich, wie dreißig Jahre später auch sein Sohn, mit einem sturen Kapitän anlegen, der ihn für seine anmaßende Kurskorrektur im Schiff einsperren ließ. Im letzten Moment erkannte der Kapitän noch seinen Fehler und korrigierte den Kurs. Und so rettete auch die H1 ihr aller Leben.

Harrison machte sich nun daran, die Fehler seiner Uhr zu korrigieren. Er entwarf und baute nun seine H2, die ihn aber auch nicht befriedigte. 1740 stellte er die H3 fertig, mit völlig neuem Konzept, aber auch stets neuen Problemen. Harrison schrieb mit seinen Uhren Technikgeschichte. Er setzte als erstes spiralförmige Bimetall-Federn ein und entwickelte als erster ein gekapseltes Kugellager. Trotz aller Genialität hatte sich Harrison mit seiner H3 in eine Sackgasse manövriert. Er erkannte, dass die Uhr dringend kleiner werden musste. Nach dem Vorbild der damals schon verfügbaren Taschenuhren lies er eine nach seinen Vorgaben bauen. Sie ging so genau, dass daraus schließlich die H4 wurde, die auf obiger Seereise von seinem Sohn getestet wurde.

Nun war aber auch die Welt um Harrison nicht stehen geblieben. Mittlerweile hatten die Astronomen deutlich bessere Instrumente zur Beobachtung. Die Karten wurden genauer und detaillierter und Mathematiker konnten mittlerweile deutlich bessere Bahn-Berechnungen anstellen. Und so etablierte sich in London der königliche Hofastronom Maskelyne als Prophet der Mondmessmethode. Man könnte auch sagen, er war die Mondmessmethode. Der Mann bestritt und leugnete vor der Krone die Genauigkeit von Harrisons Uhr. So kam es dazu, dass Harrison nach einer weiteren Testfahrt lediglich die Hälfte des Preises zugesprochen wurde. Für den Rest des Preises sollte Harrison alle Zeichnungen und Pläne der Uhr offenlegen und bei Maskelyne abliefern. Zusätzlich solle er ohne seine Unterlagen quasi aus dem Kopf heraus zwei weitere Kopien seiner H4 bauen. Außerdem sollten die Uhren weiteren Tests unterzogen werden, an denen sich Mechaniker die Zähne ausbeißen sollten. Mit pseudowissenschaftlichen Argumenten schindete der Hofastronom Jahr um Jahr Zeit für seinen Erfolg und sein komfortables Leben als königlicher Hofastronom. Sein Lebenswerk war der Almanach des britischen Seemanns, das Handbuch der Mondmessmethode. Und derweil soffen die Schiffe weiter ab wegen Navigationsfehlern, verirrten sich und gingen verloren.

Gab es eine Verschwörung gegen Harrison?

Es ist nun aber nicht unbedingt so, dass es eine Verschwörung gegen Harrison gegeben haben muss. Viel wahrscheinlicher ist, dass die derzeitigen Astronomen einfach zu überzeugt von ihrer Methode und viel zu träge waren, sich auf Harrison und seine Uhr einzulassen. Astronomie und Astrologie waren damals noch dasselbe. Vor diesem Hintergrund ist es durchaus nachvollziehbar, dass man eher dem göttlich vollkommenen Sternenhimmel glaubte und nicht einer “Tick-Tack-Uhr”.

Ende gut, alles gut.

Erst der technikbegeisterte König George III erreichte 1773 die Auszahlung des vollen Preises an den inzwischen 80jährigen John Harrison, der sich leider nur noch drei Jahre daran erfreuen konnte.

Seine Schiffsuhren setzten sich aber durch. Die Bestimmung des Längengrades wurde mit ihnen kinderleicht und die Möglichkeit der Massenproduktion machten sie letztlich dann auch erschwinglich.

Heutzutage navigieren Schiffe mittels GPS. Flugzeuge haben neben klassischen Magnet-Kompassen auch Kreiselkompasse, z. B. für den künstlichen Horizont, Funkfeuer und natürlich ebenfals GPS-Navigation.
Über diese modernen Messgeräte werden wir uns ein andermal unterhalten.

Zu guter letzt noch eine Buchempfehlung

Mein Freund Martin, der übrigens der Erfinder des Handplanetariums Universe2Go ist, hat uns in den Kommentaren ein wunderbares Buch zum Thema empfohlen. Als ich den Artikel schrieb, kannte ich das Buch leider noch nicht. Ansonsten hätte ich noch weitere interessante Fakten für den Artikel gehabt. Aber andererseits wäre er ja dann noch länger geworden und ich hätte beim Artikel vielleicht zu fest am Buch geklebt. So musste ich mir ohne Buch helfen.
Also, das Buch heißt Längengrad. Die Autorin ist Dava Sobel.
Das Buch hat die ISBN-Nummer 9780007214228.
Und das beste ist, dass es das Buch bei der Hörbücherei in Leibzig (DZB) aufgelesen als Daisy-Buch für blinde und sehbehinderte Mitglieder:innen auszuleihen gibt. Ich habe es mir schon gezogen und bin damit bereits fast durch.

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