Vorwort zur Sextanten Sammlung
von Ing. R. Zeiringer

Sextanten sind Winkelmessgeräte, die sich im Gegensatz zu den Messgeräten der Astronomen nicht nur für feste Standorte, sondern auch für bewegte Standorte (Schiffe, Flugzeuge) eignen.
Besonders in der Seefahrt fanden Sextanten schon früh Verwendung.

Die Seenavigation erfolgte anfangs nur nach den Küstenlinien mit ihren markanten Punkten (Terrestrische Navigation). Dazwischen wurde auch auf vorbestimmten Kursen mit Weg-Zeitberechnungen gesegelt (Dead renocking).
Erst später als die Schiffe auch lange Strecken über das offene Meer fuhren, wurde die Verwendung der astronomischen Navigation immer wichtiger.

Schon im Altertum war es möglich, durch Messung des Höhenwinkels des Nordsterns oder des höchsten Sonnenstandes die geografische Breite zu bestimmen (Nordsternbreite, Mittagsbreite).

Viel schwieriger war es jedoch, mittels astronomischer Navigation die geografische Länge zu finden.
Erst im 18. Jahrhundert ist dies gelungen. Es waren dazu außer der genauen Winkelmessung noch die Kenntnis der jeweiligen Position des zu messenden Himmelskörpers (Nautisches Jahrbuch) und die genaue Uhrzeit der Messung (Greenwich Zeit) erforderlich.

Die Erstellung des Nautischen Jahrbuches war sehr aufwendig, wurde jedoch von den Astronomen bewerkstelligt. Noch heute erscheint alljährlich eine neue Auflage des Nautischen Jahrbuches vom deutschen Bundesamt für Seefahrt in Hamburg.

Noch schwieriger war die Beschaffung der genauen Uhrzeit vom Nullmeridian (Greenwich Zeit), da es damals keine drahtlose Übermittlung von Zeitsignalen gab.
Es gab die Möglichkeit die Greenwich Zeit mit einer sehr genauen Uhr (Seechronometer) zu bestimmen oder aus der Stellung des Mondes zu den übrigen Himmelkörpern zu berechnen (Monddistanzen). Dazu waren jedoch weitere Winkelmessungen (Höhenwinkel – Mond, Höhenwinkel – Gestirn, Distanzwinkel - Mond/Gestirn) und die Erstellung aufwendiger Unterlagen über die Mondbahn erforderlich.
Wegen der „Komplexheit der Monddistanzen“ (ca. 4 Stunden Rechenarbeit für eine Positionsbestimmung) hat sich die Methode mit dem Seechronometer, das man feinmechanisch zur Perfektion gebracht hatte (Mr. Harrison) durchgesetzt.

Aus dem vorhergegangenen Feststellungen ist ersichtlich, dass für jede Art der astronomischen Navigation eine möglichst genaue Winkelmessung erforderlich ist (Höhenwinkel, Differenzwinkel).

Anfangs wurden zu diesem Zweck einfache noch sehr ungenaue Geräte verwendet, die im Laufe der Zeit immer weiter entwickelt und verbessert wurden bis daraus unsere heutigen Sextanten entstanden.

Anhand einiger Beispiele soll nun diese Entwicklung veranschaulicht werden.

Eines der ältesten Geräte zur Winkelmessung war das „Astrolabe“ welches schon vor unserer Zeitrechnung bekannt war.
Ein Holzring von 40 – 70 cm Durchmesser mit einer Gradeinteilung wurde gelenkig aufgehängt, sodass er sich wie ein Pendel senkrecht einstellen konnte. Mittels einer drehbaren Visiereinrichtung wurde der Winkel zwischen senkrechter und Richtung zum Gestirn gemessen.
Man erreichte unter günstigen Bedingungen eine Genauigkeit von 1/3 bis 1/4 Grad. Bei bewegten Standorten war die Messung sehr schwierig und entsprechend ungenauer.

Ein weiteres Gerät zur Winkelmessung war der „Quadrant“.

Ein Sektor einer Metallscheibe war an der gebogenen Seite mit einer 90°-Teilung versehen. Im Mittelpunkt des Teilungsbogens war ein Faden mit einem Gewicht als Lot befestigt. Mit einer Visiereinrichtung die an einer geraden Seite des Sektors angebracht war, wurde das Gestirn anvisiert und unten am Faden an der 90°-Teilung der Winkel abgelesen. Zum Ablesen des Messwertes brauchte der Navigator einen Assistenten. Bei starkem Seegang war die Messung mit dem Quadranten schwierig und ungenau.

Bei Messungen mit dem Astrolab und dem Quadranten wurde die Senkrechte als Bezugsrichtung verwendet.

Ende des 16. Jahrhunderts (1580) wurde ein einfaches Gerät entwickelt, mit dem man den Winkel zwischen Waagrechter (Kimm) und dem Gestirn direkt messen konnte (Kreuzstab oder Jakobsstab).

Der Kreuzstab bestand aus einem 4-kantigen Stab mit verschiedenen Skalen auf den einzelnen Seiten. Dazu gab es meist 4 verschieden lange Kreuzstücke. Je nach Größe des zu messenden Winkels wurde das entsprechende Kreuzstück auf den Stab geschoben und das innere Ende des Stabes zwischen Nase und Auge angelegt. Dannach wurde das Kreuzstück solange verschoben, bis die Länge in die Distanz zwischen Kimm und Gestirn passte. Auf der entsprechenden Skala am Längsstab konnte der Winkel bestimmt werden.
Problematisch waren dabei das gleichzeitige Anvisieren von zwei relativ weit entfernten Punkten (Kimm, Gestirn) und die Blendung beim Messen der Sonne.

Um diese Nachteile des Kreuzstabes zu beseitigen, wurde vom Navigator John Davis (ca.1580) ein Messgerät entwickelt, bei dem der Navigator mit dem Rücken zur Sonne stand und der Schatten eines verstellbaren Balkens zur Messung verwendet wurde. Es wurden dabei Schatten und Kimm in eine Linie gebracht. Man brauchte dabei nur einen Bereich anvisieren.

Im 17. Jahrhundert wurden verschiedene Varianten des „Davis-Quadranten“ (Backstaff) verwendet.
Seine endgültige Form entstand dann anfangs des 18. Jahrhunderts. Bei dieser Variante waren auf einem Stab zwei verschieden große Bögen mit Grad-Skalen befestigt, die denselben Mittelpunkt hatten. Am kleinen oberen Bogen war ein Schieber mit einem Schattenbalken angebracht. Am großen unteren Bogen gab es einen Schieber mit einem Loch zum Visieren (Kimm, Schatten).
Der Höhenwinkel der Sonne war die Summe der an den beiden Bögen eingestellten Winkel.

Der nächste und wohl größte Schritt bei der Weiterentwicklung zum heutigen Sextanten war die Erfindung der Winkelmessung mit Doppelspiegelung.

Nachdem es in den vergangenen Jahrzehnten nur kleine Fortschritte gab, schufen 1731 gleich zwei Erfinder voneinander unabhängig jenes Messprinzip, das unseren heutigen Sextanten zugrunde liegt.

Der Engländer John Hadley und der Amerikaner Thomas Godfrey stellten 1731 ein Gerät mit Doppelspiegelung vor. Dabei wurden ein fester Spiegel (Horizontspiegel) und ein genau um den Mittelpunkt des Gradbogens schwenkbarer Spiegel (Indexspiegel) verwendet. Mit einem relativ langen Arm (Alhidade) am Indexspiegel konnte dieser feinfühlig geschwenkt und damit das direkte Bild des Horizonts mit dem gespiegelten Bild des Gestirns in die entsprechende Position gebracht werden (z.B.: Unterrand der Sonne tangierend am Horizont). Am Ende des Schwenkarmes konnte am Gradbogen der Messwert abgelesen werden.

Mit diesem Messsystem war es möglich, Gestirn und Horizont gleichzeitig im Blickfeld zu haben. Außerdem war man von Schwankungen des Standortes weitgehend unabhängig, da Bewegungen des Messgerätes die Position der beiden Messpunkte (z.B.: Horizont – Gestirn) zueinander nicht veränderten. Dadurch erreichte man eine viel größere Genauigkeit.
Durch Einblenden von eingefärbten Schattengläsern wurde die Blendung der Augen vermieden.

In weiterer Folge verbesserte Hardley sein Messgerät. Es wurde kleiner und dadurch für die Verwendung auf Schiffen besser geeignet. Der Gradbogen wurde von der Seite nach untern verlegt, sodass es grundsätzlich schon wie unsere heutigen See-Sextanten aussah.
Durch die Doppelspiegelung ist der gemessene Winkel doppelt so groß wie der Schwenkwinkel des Indexspiegels.

Ein Gerät mit einem Gradbogen von 45° (1/8 Kreis) hat einen Messbereich von 90° und wurde Oktant genannt.

Ein Gerät mit 60°-Bogen (1/6 Kreis) und 120° Messbereich nannte man Sextant.

Für die Messung der Höhenwinkel von Himmelskörpern ist der 90°-Messbereich ausreichend. Für die Messung von Himmelskörpern untereinander (Monddistanzen) und für die terrestrische Navigation ist ein Messbereich von 120° vorteilhaft. Man ist daher im weiteren Verlauf der Entwicklung auf „Sextanten“ übergegangen.

Mit der fortschreitenden Entwicklung der Luftfahrt wurden für die Verwendung der Astronavigation auf Luftschiffen und Flugzeugen spezielle Sextanten benötigt. Die Weiterentwicklung der Sextanten erfolgte daher in zwei Richtungen: „See-Sextanten“ und „Luftfahrt-Sextanten.

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