Sextant

mw-headline" id="Structure_and_Functionality">Struktur und Funktionalität[Bearbeiten | < Quelltext bearbeiten]

Eine Sextant (Spiegelsextant, auch bekannt als Sextant) ist ein maritimes und lichttechnisches Messgerät, mit dem der Blickwinkel zwischen den Betrachtungsrichtungen von verhältnismäßig weit entfernt liegenden Gegenständen, vor allem der Winkeldistanz eines Sterns vom Horizontbereich, bestimmt werden kann. Die Bezeichnung Sextant stammt vom Vorrichtungsrahmen, der einen Sektor eines Kreises von etwa 60° (ein Sechstel von einem Kreis ) repräsentiert, der aufgrund des Spiegel-Gesetzes eine Winkelmessung im doppelten Bereich, d.h. bis zu 120°, ermöglicht.

Die Sextante hat daher eine Skalierung von mind. 120°. Ihr Gestell bestand aus 45°, d.h. einem Achtzehntel eines Zirkels, von dem - ähnlich dem Hexenmeister - sein eigener Familienname abgeleitet ist. Die Grundkomponenten des Setzlings sind der Pointerarm (Alidade), mit dem die Vermessung durchgeführt wird und dessen genauer Winkel aus dem Grad-Bogen ablesbar ist; ein Spiegelbild (Indexspiegel), der am Schwenkpunkt der Alidade rechtwinklig zur Instrument-Ebene angebracht ist und sich mit ihr mitdreht; und ein fester Spiegelbild (Horizontspiegel), der bei Nullierung der Alidade parallel zum Indexspiegel ist.

Mit einem kleinen Teleskop, das auf den Horizontspiegel gerichtet ist, oder auch mit einer einfachen Röhre ohne Brille wird auf die Zielpersonen gezielt. Der Alhidad wird von einer am untersten Ende sitzenden Schnecke angetrieben, die über ein Schneckenrad in eine Zahnung am untersten Ende des Gradlichtbogens einrastet ( "der Gradlichtbogen korrespondiert mit dem Wälzkreis des Theodolitens").

Die Spindel trägt bei heutigen Hexenmeistern eine Walze mit gravierten Gradfraktionen zum leichteren Feinlesen (Trommelsextant). Bei größeren Bewegungsabläufen der Aluminiumschirm kappe kann die Spindel mit einer Klinke aus der Zahnung herausgehoben werden. Manche Modellvarianten haben einen artifiziellen Horizontbau, der nach dem Grundsatz einer Libelle arbeitet. Die Libelle ist dann über weitere Außenspiegel durch die Sichtöffnung sichtbar und fungiert als physische Richtungsangabe für die Vermessung, wenn der Horizontbereich nicht als optischer Bezugspunkt zur Verfuegung steht.

Wenn man durch die Öffnung am Horizontspiegel blickt, durchschaut man ihn (wegen seiner Halbdurchsichtigkeit oder wegen der nicht gespiegelten Hälfte) in direktem Blick auf eines der beiden Körper. Die Neigung des Horizontspiegels ist so gewählt, dass der Indizespiegel in ihm reflektiert wird und zugleich das von ihm gespiegelte Abbild wiedererkennbar ist.

Im Nullpunkt der Alblende sind der Horizontspiegel und der Rückspiegel parallelgeschaltet und daher sind beide Aufnahmen zeitgleich. Der Unterschied besteht darin, dass durch den Höhenunterschied zwischen der Sichtöffnung und dem Spiegel eine kleine Lähmung erzeugt wird, aber bei Sternen und fernen Orientierungspunkten kann diese Lähmung ausgelassen werden.

Zur Winkelmessung zwischen zwei Messobjekten dreht die Alidade den Indexspiegel relativ zum Horizontspiegel, bis die Aufnahmen der beiden Messobjekte übereinstimmen. Aufgrund des Gesetzes des Reflexionswinkels = Einschallwinkel = Reflektionswinkel ist der Gesamtreflexionswinkel zweimal so groß wie der Drehwinkel der Schiebebühne. Wenn der Sextant während der Vermessung nicht vollständig stillgestanden wird, fluktuieren beide Aufnahmen im Sichtfeld zusammen hin und her, so dass eine unbestreitbare Überlappung beider Objekte und damit eine richtige Vermessung noch möglich, wenn auch etwas schwieriger ist.

Damit kann der Sextant sowohl freihand als auch in schwankenden Umgebungen wie z.B. an Board eines Seeschiffes eingesetzt werden. Beim Messen der Höhe von Sternen für die Astronomie wird das Teleskop eingesetzt, um den Horizontbereich durch den Horizontspiegel zu bestimmen. In der Halbspiegeln-Version ist der Horizontlinie in der rechten Gesichtsfeldhälfte sichtbar, und der Horizontspiegel mit dem Abbild des Rückspiegels ist auf der rechten Gesichtsfeldhälfte sichtbar.

Modernste Spiegelsextanten erlauben es (bei Lichtverlust), den Blick auf den Horizontbereich über die ganze Weite des Sichtfeldes zu richten. Die Alidade wird vom Betrachter so lange angepasst, bis das Spiegelbild des Gestirns im Horizontspiegel zu erkennen ist und sich auf der Ebene des Horizontes zu befinden scheint. Beim Navigationsstern wird der Blickwinkel zwischen Sternen und Horizonten bestimmt, d.h. Horizonte und Sterne im Spiegelbild werden ausgerichtet.

Der Schatten muss so ausgerichtet sein, dass das Messobjekt (in diesem Beispiel der untere Rand der Sonne) den Horizontbereich am tiefsten Punkt berühr. Grundvoraussetzung für eine richtige Vermessung ist eine exakte vertikale Körperhaltung des Hexen. In einer Schräglage würde nicht der Blickwinkel zwischen dem unteren Rand der Sonne und dem vertikal darunter liegenden Horizontpunkt bestimmt, sondern der grössere Blickwinkel zu einem anderen Horizontpunkt.

Dazu wird der Sextant seitwärts um die Teleskopachse geschwenkt und die Alidade so lange verstellt, bis der untere Sonnenrand an einem Ort der Schwenkbewegung die Horizonte erreicht. Im Moment, in dem die Alidade richtig gestellt ist, ermittelt der Betrachter die Beobachtungszeit mit einer genauen Uhr (am besten durch Aufruf eines Assistenten).

Auch kann der Betrachter das Sternbild nur in die Umgebung des Horizontes holen und abwarten, bis seine auf- oder abwärts gerichtete Wanderung im Laufe der augenscheinlichen Rotation des Himmels ihn durch den Horizontbereich führt. Vor der Verwendung des gemessenen Winkels zur Orientierung sind mehrere mathematische Korrektionen notwendig, unter anderem für (zuvor ermittelte) Vorrichtungsfehler ( "Indexfehler"), die Abweichung zwischen Horizonthöhe und Horizontal (sog. Einbeultiefe, je nach Beobachtungshöhe), die Verzerrung der Himmelshöhe durch Atmosphärenreflexion und ggf. den Abstand der himmlischen Ober- oder Unterkante vom Zentrum.

Beim Einsatz in der terrestrischen Schifffahrt oder bei Vermessungsarbeiten wird der Sextant entsprechend eingesetzt, wird aber teilweise horizontal geführt, wenn die horizontalen Winkel zwischen drei Positionen nach bekannter Landmarke vermessen werden. Der Sextant wird zur Entfernungsberechnung vertikal festgehalten, indem Höhenwinkel an bekannter Struktur, z.B. Lichttürmen, die in einer Liste von Lichttürmen genau zu finden sind, erfasst werden.

Selbst in den Tagen des Segelns hatten Seeleute eine Meßgenauigkeit von etwa einer Bogenminute und damit eine Positioniergenauigkeit von einer Seemeile. Dieser Wert wurde durch die Verwendung von Seeventilen erreicht. Modernste Hexen können eine maximale Präzision von 10-20 Winkelsekunden aufrechterhalten. Der Umgang mit dem Sexanten wird in der Seefahrtspraxis durch Wellen verkompliziert, so dass die eigentliche Meßgenauigkeit kaum besser als eine Bogenminute ist; unter erschwerten Umständen kann eine Meßwerterfassung mit einem Irrtum von fünf Bogenminuten immer noch als gut angesehen werden.

Dabei wird am Beginn und am Ende der Beobachtungsserie der gleiche Sternenhimmel erfasst, um einen Durchschnittswert zu erhalten. John Hadley (1682-1744), der englische Sternforscher und Matheatiker, und Thomas Godfrey (1704-1749), Augenoptiker und Tüftler in den englischen Siedlungen in Amerika, haben um 1730 den Hexenmeister selbstständig entwickelt und ihre Designs bei der Royal Society eingereicht.

Die Konstruktion von Hadley, damals ein Achteck, erwies sich als die zweckmäßigste und wurde zum Vorreiter aller anderen Achterbahnen. Der erste Sextant war noch aus Buchenholz. Das Sextant ist ein sehr sensibles Werkzeug. Der Sextant wurde in der Vergangenheit in der Tat meist frisch erworben und kaum außer Kontrolle gereich.

Bei neueren Instrumenten kann die Einstellung über die Spiegelhalterung erfolgen. Entscheidend ist hier die genaue Parallelposition der Außenspiegel zueinander sowie die rechtwinklige Ausrichtung auf die Vorrichtungsebene und die Nullposition. Die Sextantin tauschte rasch den Stab des Jakobus und das Sternhöhenmesser aus. Beim Navigieren auf hoher See hat der Sextant nur mit der Satellitennavigation (GPS) seine Wichtigkeit verloren.

Der Sextant wurde nur für einen kurzen Zeitraum in der Luftfahrtgeschichte eingesetzt und bald durch Radionavigation und Trägheitsnavigation abgelöst, die heute oft durch Satelliten-Navigation erweitert werden. Die auf der 10 DM-Banknote dargestellte Sextante - basierend auf einem Quantanten (144 Messbereich) der britischen Troughton - wurde 1821 von Carl Friedrich Gauß mit einem dritten Spiegelbild ausgestattet, um ihn in der Volksvermessung als Sonnenspiegelbild (Lichtscheinwerfer = Vize-Heliotrop) zu nutzen, um Messpunkte sichtbar zu machen.

Das ist Charles H. Cotter: Die Geschichte des Sextanten des Navigators. Marinermuseum, News VA 1998, ISBN 1-57524-095-5. Dolch Pike: Die Sextanten - Technologie und Handling.