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Das Längengradproblem

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Grundlagen zum Thema Das Längengradproblem

Inhalt

Was ist das Längengradproblem?

Um sich auf der Erde orientieren zu können, nutzt man das sogenannte Gradnetz, bestehend aus Breitengraden und Längengraden. Die Breitengrade umkreisen die Erde horizontal (waagerecht), die Längengrade verlaufen senkrecht zwischen den Polen. Vielleicht hast du in diesem Zusammenhang im Geografie- oder Geschichtsunterricht schon einmal von dem Längengradproblem gehört?

Die Definition zum Längengradproblem wird dir hier einfach erklärt. Auch was eine Uhr damit zu tun hat und welche Bedeutung die Längengrade für die Schifffahrt haben, erfährst du in dieser Übersicht.

Die Erklärung des Längengradproblems

Zunächst einmal – heute haben wir das Längengradproblem nicht mehr. Aber wann und warum gab es dieses Problem? Dafür musst du wissen, dass unsere Erde in ein Gradnetz aus Breiten- und Längengraden gehüllt ist und sich Verkehrsmittel, wie Flugzeuge und Schiffe, an diesem sehr genau orientieren können. Das war aber nicht immer so.

Die Längengrade der Erde.svg

Vor rund 250 Jahren passierte es häufig, dass sich Schiffe auf den weiten Weltmeeren verirrten. Die Seeleute orientierten sich anhand der Position der Sonne und konnten so den Breitengrad sehr genau bestimmen. Der längste Breitengrad, der Äquator, war dabei von großer Bedeutung. Er diente als Ausgangspunkt der Berechnung, da am Äquator die Mittagssonne am höchsten steht. Anhand des Winkels zwischen Sonne und Horizont konnte man so mithilfe des Sextanten den Breitengrad berechnen, auf dem man sich gerade befand.

Das funktionierte aber mit den Längengraden nicht. Wie weit die Seefahrer in Richtung Westen oder Osten segelten, war demnach schwer zu erfassen. Man wusste, dass für jede Verschiebung um 15 Grad nach Westen oder Osten die Sonne eine Stunde früher beziehungsweise später aufging. Für eine vollständige Umdrehung braucht die Erde 360 Grad. Teilt man 360 Grad durch 24 Stunden entspricht das 15 Grad pro Stunde. Aber um diese Kenntnis zu nutzen, musste man wissen, wie die Uhrzeit an zwei verschiedenen Orten war.

Der Heimathafen galt immer als Ausgangspunkt sowohl in Bezug auf den Längengrad als auch auf die Uhrzeit. Die zweite Zeit für die Berechnung war die Uhrzeit an Bord des Schiffs und genau da lag das Problem der Längengradberechnung – das Längengradproblem. Zur damaligen Zeit gab es noch keine Uhren, die an Bord eines Schiffs unproblematisch genutzt werden konnten. Pendeluhren, die damals an Land zuverlässig die Uhrzeit anzeigten, waren mit dem Seegang hoffnungslos überfordert und dadurch sehr ungenau. Für die Berechnung der Längengrade waren sie demnach nicht von Nutzen.

In der Tabelle siehst du ein Beispiel für die Berechnung des Längengrads anhand der Uhrzeit an zwei Orten.

Daten Heimathafen Uhrzeit: 14 Uhr, Längengrad: 0 Grad
Daten an Bord des Schiffs Uhrzeit: 12 Uhr, Fahrt Richtung Westen
Längengradberechnung 2 Stunden Unterschied, pro Stunde 15 Grad → 30 Grad Verschiebung
Schiffsposition 30. Längengrad westlicher Richtung

Die Lösung des Längengradproblems

Ein britischer Uhrmacher namens John Harrison beschäftigte sich über drei Jahrzehnte mit diesem Längengradproblem und löste es schließlich. Der leidenschaftliche Handwerker erkannte, dass an Bord Uhren nötig waren, die sich nicht auf die Schwerkraft verlassen mussten. Er präsentierte 1759 eine außergewöhnlich präzise Uhr, ein sogenanntes Chronometer, und revolutionierte damit die Navigation der Seefahrt. Die Berechnung der Längengrade war nun zuverlässig möglich.

Noch heute verwenden wir genau diese Chronometer als Armbanduhren. In der Schifffahrt wird mittlerweile GPS (Global Positioning System) genutzt, das mit Atomuhren arbeitet, die die Zeit anhand von hochfrequenten Schwingungen messen. Mit dem globalen Positionsbestimmungssystem lassen sich sowohl Breiten- als auch Längengrade zuverlässig ermitteln.
Da aber auch die beste Technik ausfallen kann, sind der Sextant und übliche Chronometer nach wie vor Teil der Standardausrüstung auf jedem Schiff, um im Notfall weiterhin navigieren zu können. Die hierfür notwendigen Kenntnisse werden nach wie vor bei jeder nautischen Ausbildung (zur Schiffsführung) in der Seeschifffahrt vermittelt und auch im normalen Betrieb regelmäßig geübt.

Möchtest du dein Wissen testen und vertiefen, dann schau dir gerne auch die Arbeitsblätter und Übungen zum Längengradproblem an.

Transkript Das Längengradproblem

Vor 250 Jahren verirrten sich Schiffe oft auf dem weiten Ozean. Die Seeleute konnten zwar anhand der Position der Sonne bestimmen, wie weit nördlich oder südlich sie waren doch sie hatten keine Möglichkeit, zu bestimmen, wie weit im Osten oder im Westen sie segelten. Seit mehr als Tausend Jahren hatten Kartographen Gitterlinien, bekannt als Breitengrade und Längengrade, genutzt, um die Welt präzise darzustellen. Breitengrade umkreisen die Erde als horizontale, parallele Linien. Der Äquator ist der bekannteste Breitengrad. Da die Mittagssonne am Äquator am höchsten steht, kann man den Breitengrad anhand des Winkels zwischen der Sonne und dem Horizont berechnen. Den Längengrad zu berechnen funktioniert so aber nicht. Längengrade werden als senkrechte Linien dargestellt, die von Pol zu Pol verlaufen. Für jede Verschiebung um 15 Grad nach Osten oder Westen geht die Sonne eine Stunde später oder früher auf. Um den Längengrad zu berechnen muss man deswegen wissen, wie viel Uhr es im gleichen Moment an zwei unterschiedlichen Orten auf der Welt ist. Wenn du zum Beispiel weißt, dass es in deinem Heimathafen gerade 14 Uhr ist, und du hast anhand der Sonne festgestellt, dass es an deinem derzeitigen Standort gerade 12 Uhr mittags ist, dann musst du dich 30 Grad westlich des Hafens befinden. Seeleute konnten also anhand der Sonne die Uhrzeit an ihrem jeweiligen Standort bestimmen. Die Uhrzeit ihres Heimathafens versuchten sie mithilfe von Pendeluhren quasi auf ihre Reise mitzunehmen. Diese Uhren waren aber hoffnungslos ungenau, da sie vom Seegang beeinflusst wurden. Es war der nicht sonderlich gebildete Sohn eines Zimmermanns namens John Harrison, der das Längengrad-Problem löste. Harrison war besessen von Uhren und er erkannte rasch, dass auf Schiffen Uhren vonnöten waren, die sich auf Mechanik und nicht auf die Schwerkraft verließen. Harrison benötigte 31 Jahre, um seine außergewöhnlich präzise Uhr zu entwickeln, ein sogenanntes Chronometer. Es revolutionierte die Navigation zu See. Heutzutage werden solche Präzisionszeitmesser meistens als Armbanduhren verwendet. Heutige Schiffe verlassen sich lieber auf GPS. GPS nutzt Atomuhren, die die Zeit anhand hochfrequenter Schwingungen messen, um den Breitengrad und den Längengrad überall auf der Erde zu bestimmen. Aber auch heute noch besteht das Geheimnis bei der Bestimmung deiner Position auf der Erde darin, zu wissen, wie viel Uhr es im selben Moment an zwei unterschiedlichen Orten auf der Welt ist.

Das Längengradproblem Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Das Längengradproblem kannst du es wiederholen und üben.
  • Beschreibe das Längengradproblem.

    Tipps

    SchiffsfahrerInnen hatten früher mit dem Längengradproblem zu kämpfen.

    Heute ist das Längengradproblem durch die Verwendung neuer Technik gelöst.

    Die Nord-Süd-Position kann man anhand des Sonnenstandes genau bestimmen.

    Lösung

    Lange Zeit konnten SeefahrerInnen nicht genau bestimmen, wo sie sich auf dem Ozean befanden.

    Sie konnten zwar anhand des Sonnenstandes herausfinden, wie weit nördlich oder südlich sie segelten, aber ihre Längengradposition blieb ihnen unbekannt.

    Erst mit der Entwicklung mechanischer Uhren wurde dieses Problem gelöst. Mit Hilfe von mechanischen Uhren kann man zwei Uhrzeiten vergleichen.

  • Bestimme Informationen zum Längen- und Breitengrad.

    Tipps

    Breitengrade sind Linien von Westen nach Osten.

    Der Fachbegriff für Längengrad ist Meridian.

    Längengrade sind Linien von Norden nach Süden.

    Lösung

    Breitengrade

    • Breitengrade sind Linien von Westen nach Osten.
    • Der mittlere Breitengrad ist der Äquator. Er teilt die Erde in eine Nord- und eine Südhalbkugel.
    • Der nördliche und der südliche Wendekreis liegen bei 23,4°. Sie begrenzen die Zone der Tropen.
    • Die Polarkreise liegen bei 66,5°.
    Längengrade
    • Meridiane, also Längengrade, sind Linien von Nord nach Süd.
    • Sie liegen östlich und westlich eines Nullmeridians.
    • Der Nullmeridian, der Bezugspunkt für Datum und Weltzeit ist, verläuft durch Greenwich in England.

  • Erkläre die geographischen Koordinaten.

    Tipps

    Längengrade und Breitengrade bilden ein Netz, das den Globus umspannt.

    Normalnull bezeichnet ein bestimmtes Meeresspiegelniveau.

    Der Nullmeridian verläuft durch einen kleinen Ort in England.

    Lösung

    Breitengrad, Längengrad und Meereshöhe sind die geographischen Koordinaten eines Ortes. So lässt sich die Position eines jeden Punktes auf der Erdkugel genau festlegen.

    Durch Greenwich, einem kleinen Ort in England, verläuft der Nullmeridian. Er markiert 0° westlicher oder östlicher Länge. Je weiter man sich vom Nullmeridian entfernt, desto größer ist die Zeitverschiebung.

  • Untersuche, warum es unterschiedliche Uhrzeiten auf der Welt gibt.

    Tipps

    Von Norden nach Süden ändert sich die Zeit nicht.

    Zwei angrenzende Zeitzonen haben nur einen geringen Zeitunterschied.

    Die Anzahl der Zeitzonen orientiert sich an der Anzahl der Stunden eines Tages.

    Lösung

    Unsere Erde ist in 24 Zeitzonen aufgeteilt, die sich oft an Ländergrenzen orientieren. Eigentlich wäre eine Zeitzone aber 15° breit. Der Unterschied zwischen zwei angrenzenden Zeitzonen beträgt eine Stunde.

    In den meisten europäischen Ländern herrscht die Mitteleuropäische Zeit.

  • Stelle die geschichtliche Reihenfolge der Ereignisse dar.

    Tipps

    Heute greifen Schiffe auf Technik aus dem Weltall zurück.

    Früher konnten Seeleute ihre Position nicht genau bestimmen.

    Die Entwicklung einer neuen Uhrentechnik revolutionierte die Schifffahrt.

    Lösung

    In der Vergangenheit verirrten sich oft Schiffe auf den Weltmeeren. Sie konnten ihre Position nicht, oder mit Hilfe von Pendeluhren nur sehr ungenau, bestimmen.

    Eine Erfindung brachte hierzu die Lösung:

    • John Harrison entwickelte eine rein mechanische Uhr.
    • Mit ihrer Hilfe konnten nun zwei Uhrzeiten, nämlich die aktuelle und die des Heimathafens, verglichen werden.
    • So konnte die Position bestimmt werden.
    Heute verlassen sich Schiffe und Flugzeuge meist auf GPS.

  • Vergleiche die Lage Londons mit der Lage Berlins.

    Tipps

    London liegt westlich von Berlin und hat eine geringere Meereshöhe.

    Der Zeitunterschied von London und Berlin ist gering.

    Meridiane verlaufen von Pol zu Pol und haben am Äquator den größten Abstand.

    Lösung

    Zwischen den Längengraden bedeutet eine Stunde Zeitunterschied eine Verschiebung um 15° nach Ost oder West.

    London und Berlin liegen etwa 15 Längengrade auseinander und haben somit einen Zeitunterschied von einer Stunde. Wenn du es ganz genau haben willst, liegen London und Berlin 13 Grad 17 Minuten und 5 Sekunden auseinander.

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