Das Meer und die Zeit – Die Erfindung der Chronometer

Uhren hatten auf Schiffen eine große Zeit. Das ist gar nicht lange her. Sie dienten neben der Zeitbestimmung vor allem für die sichere Navigation. Dies ist die Geschichte des Siegeszugs der Chronometer, aber auch von Ruhm, Arroganz, Durchhaltevermögen und was James Cook damit zu tun hat.

Text und Fotos: Sebastian Conradt

Es muss eine mächtige Erschütterung gegeben haben. Abends gegen acht lief die HMS „Association“ krachend auf die unterseeischen Klippen vor den Scilly-Inseln, westlich von Cornwall. Das Holz barst, der Rumpf brach. Mit diesem sanken drei weitere Schiffe, fast 2000 Menschen verloren ihr Leben in den Fluten. Der Grund war: das Längenproblem.

Monatelang hatte Sir Cloudesley Shovell mit seiner Flotte im Mittelmeer vor Toulon gelegen, die französische Stadt bombardiert und belagert. Sie am Ende des Sommers 1707 zwar nicht eingenommen, ihr aber erheblichen Schaden beigefügt. Rechtzeitig vor dem Winter befehligte der Admiral der Royal Navy seine 21 Kriegsschiffe zurück nach Großbritannien. Am 22. Oktober gerieten sie in einen Sturm, doch der war nicht der Grund für die Havarie der seetüchtigen Fregatten. Es lag am Längenproblem.

Die heftige Erschütterung lief nicht allein durch die Holzrümpfe der vier Schiffe, sie lief gleichsam durch die britische Seefahrer­nation. Der Leichnam des bereits zu Lebzeiten legendären Flotten­admirals wurde auf Geheiß von Queen An­ne nach London gebracht und in Westminster Abbey beigesetzt.

Und das englische Parlament lobte 20.000 Pfund Preisgeld aus, eine für damalige Zeiten unvorstellbare Summe.

Den Lohn sollte derjenige erhalten, der das Längenproblem nach Jahrhunderten endlich würde lösen können.

Während die geografische Breite, also die Versetzung in Nord-Süd-Richtung, mittels Astronavigation auf See bereits seit langem sicher bestimmt werden konnte, war es Anfang des 18. Jahrhunderts noch kaum möglich, die geografische Länge zu ermitteln. Soweit kein Land in Sicht war, gab es damals so gut wie keine Anhaltspunkte dafür, wie weit westlich oder östlich man gerade auf dem Ozean unterwegs war. Auch Admiral Shovell wähnte sich fern der Felsen der Scilly Inseln, doch er irrte. Auch große wirtschaftliche Nachteile ergaben sich aus der mangelhaften Navigation. Handelsschiffe fuhren zunächst nach Nord oder Süd bis zur gewünschten Höhe und mussten dann manchmal wochenlang Breiten absegeln, bis sie an ihr Ziel gelangten. Weite Umwege waren der Preis des Längenproblems.

Selbst Gelehrte wie der Physiker Sir Isaac Newton hatten keine Lösung parat, er unterstützte den Aufruf des Parlaments. Namhafte Astronomen entwickelten riesige Mondtafeln, anhand derer bei Betrachtung spezifischer Sternenkonstellationen eine Ortsbestimmung möglich sein sollte. Diese Tabellen enthielten unzählige errechnete Dis­tanzangaben zwischen verschiedenen Fixsternen und dem Mond, die sich je nach Zeitpunkt und Standort auf dem Erdball unterschiedlich darstellen. Das Verfahren war jedoch unpräzise, funktionierte nur nachts und erforderte einen versierten Sternenkundler an Bord.

Auch wurde damit experimentiert, die Ungleichmäßigkeiten im Magnetfeld der Erde als feste Bezugsgröße zur Ortsbestimmung heranzuziehen. Nach heutigen Erkenntnissen weisen sie tatsächlich den Zugvögeln den Weg.

Im Schatten dieser spektakulären Bemühungen machte sich der unbekannte Tischler und Autodidakt John Harrison daran, eine völlig andere Lösung zu finden. Er konstruierte eine Uhr. Das Prinzip dahinter war längst bekannt: Würde man den mittäglichen Höchststand der Sonne am gegenwärtigen Ort vergleichen können mit der Mittagszeit an einem anderen Ort, dessen Längengrad bekannt war, so könnte man die zeitliche Differenz berechnen.

Am Königlichen Observatorium von Greenwich, das 1675 zur Erforschung der astronomischen Navigation gegründet worden war, legte man dafür den bis heute gültigen Nullmeridian als Bezugsgröße für alle Längengrade fest. Da sich die Erde um ihre eigene Achse dreht, und zwar exakt einmal in 24 Stunden, ist auf jedem Längengrad zu einem anderen Moment der Sonnen-Höchststand erreicht. Dabei gilt: vier Minuten Zeitdifferenz entsprechen genau einem Grad Längenunterschied, und zwar unabhängig von der geografischen Breite. Wenn also beispielsweise ein Schiff auf dem Atlantik unterwegs ist und von Bord aus der Höchststand der Sonne beobachtet wird zu einem Zeitpunkt, da am Nullmeridian in Greenwich die Uhren 16:00 Uhr anzeigen, läge ein Zeitunterschied von vier Stunden oder umgerechnet 240 Minuten vor. Diese Differenz entspricht 60 Grad (240 Minuten Zeitdifferenz geteilt durch vier Minuten pro Grad Längenunterschied), und zwar in westliche Richtung, da der Mittag am Aufenthaltsort später ist als am Referenzort Greenwich. Das Schiff würde sich dann im Norden im Bereich Neufundlands befinden, in den Tropen bei den Inseln von Trinidad und Tobago oder im Süden bei den Falkland-Inseln.

Man müsste die Zeit von zuhause einfach „mitnehmen“ können, dann wäre das Längenproblem gelöst. Diese simple Tatsache war allen Nautikern geläufig, doch bis in das 18. Jahrhundert waren ausschließlich Pendeluhren bekannt. Pendel auf einem schwankenden Schiff und unter wechselnden klimatischen Bedingungen versprachen jedoch keine präzise Zeitangabe. Selbst auf festem Boden gingen die Uhren damals noch mehrere Minuten pro Tag vor oder nach. Ziel war jedoch, auch auf längeren Seereisen eine Ungenauigkeit von höchstens einem halben Grad zuzulassen.

Angespornt von dem Preisgeld begann John Harrison, eine Uhr mit mechanischem Gangregler und Federantrieb zu entwickeln. Als Holzwerker suchte er die Zusammenarbeit mit Uhrmachern und legte der Längenkommission, die die Lösungsvorschläge zu prüfen hatte, 1735 sein erstes Modell vor, einen großen und schweren Metall-Koloss aus unzähligen Zahnrädern. Es war ausgerechnet Newton, der bezweifelte, dass ein präzises Uhrwerk technisch überhaupt realisierbar wäre. Harrison bekam die Anerkennung nicht. Doch er tüftelte weiter, bis er 1759 nach völlig neuem Konzept eine kompakte Taschenuhr fertigstellte. Die später berühmt gewordene „H4“ lief so genau, dass sie die Kommission zumindest beeindruckte. Nach einer 81-tägigen Seereise wies sie lediglich eine Gang­abweichung von fünf Sekunden auf. Überzeugt waren die Gelehrten aber auch dann noch nicht, sprachen von zufälligen Ergebnissen und forderten weitere Beweise. Als Astronomen konnte sie nicht an die Lösung des Längenproblems durch einen Handwerker glauben und hingen weiter ihren aufwändig errechneten Mondtabellen nach.

Kein Geringerer als James Cook nahm schließlich einen Nachbau von Harrisons Uhr mit auf seine zweite Weltreise und bewunderte sie bei seiner Rückkehr 1775 als seinen „nie versagenden Führer“. Drei andere Zeitmesser, die Cook ebenfalls testen sollte, hatten während der Reise ihren Geist aufgegeben. Nach dem Vorbild von Harrisons Erfindung wurden die nun sogenannten Längenuhren auf allen Schiffen der Royal Navy etabliert.

Der Uhrmacher John Arnold, der die „H4“ seinerseits weiterentwickelte, prägte bald darauf den Begriff des Schiffs­chronometers. Am Königlichen Observatorium von Greenwich oberhalb der Themse wurde ein Zeitball an einem Mast installiert, der jeden Tag zu einer festgelegten Zeit fallen gelassen wurde. Danach konnten die Nautiker ihre Uhren stellen.

In Deutschland wurden Chronometer in Hamburg, Altona, Bremen und Glashütte in Sachsen gebaut. Als erster deutscher Hafen erhielt Cuxhaven 1874 einen Zeitball. Noch bis in die 1960er Jahre waren mechanische Längenuhren auf Schiffen unverzichtbare nautische Instrumente. Danach wurden sie zunächst von den noch wesentlich genaueren Quarzuhren abgelöst. In Zeiten der Satellitennaviga­tion haben Schiffsuhren zur Messung der geografischen Länge auf See ausgedient. Sie werden heute allein als Zeitmesser oder zu dekorativen Zwecken genutzt.

Das Prinzip des Uhrwerks von John Harrison, in seiner „H5“ perfektioniert, kommt noch immer in mechanischen Chronometern zur Anwendung. Verbaut wird es heute in hochwertigen Armbanduhren, die nur dann die Bezeichnung Chronometer tragen dürfen, wenn sie einzeln in der 2006 gegründeten Chronometer-Prüfstelle der Sternwarte Wempe Chronometerwerke in Glashütte auf ihre Ganggenauig­keit getestet wurden.

Bis 1970 erfolgte diese Prüfung noch in der Seewarte Hamburg.

Übrigens, der Nullmeridian durch die Londoner Sternwarte Greenwich ist heute nur noch Touristen-Linie und beliebtes Fotomotiv. Längst gibt es ein genaueres Bezugssystem, das nicht durch Kontinentalverschiebung und Gezeitenkräfte beeinflusst ist. Exakt bestimmte Meridiane, also auch der Nullmeridian, sind nicht Erdoberflächen-ortsfest. Der genaue Nullmeridian liegt heute demnach etwa 100 Meter neben der Sternwarte.