Waarom was de sextant zo belangrijk? Wanneer werd het kompas uitgevonden? En waar komt de term ‘knopen’ vandaan? Ontdek hoe navigatoren vroeger een veilige haven konden vinden zonder gps.
Met een sextant, een kompas en een nauwkeurige klok kon de navigator zijn positie bepalen – ook op volle zee.
Hoe vonden zeelieden de weg zonder sextant of kompas?
Vroeger voeren zeelieden het liefst zo dicht mogelijk langs de kust. Ze oriënteerden zich aan de hand van herkenbare punten zoals bergen en ravijnen, kusten en steden – vaste punten op basis waarvan de navigator hun positie kon bepalen. Om die reden volgden de meeste zeereizen de kustlijn.
Toch waren er ook extreem goede zeelieden die, nog voordat er kompassen en sextanten bestonden, de volle zee op gingen. Polynesische zeevaarders in de Stille Oceaan bepaalden bijvoorbeeld hun route door de richtingen van golven en stromingen af te lezen – duizenden kilometers buiten de kust.
Ook blijkt uit kaarten die in het Middellandse Zeegebied zijn gevonden dat de Minoërs navigeerden op basis van sterrenbeelden en zo vanuit Kreta naar bijvoorbeeld Egypte en Syrië voeren. Verder naar het noorden legden de Vikingen ook honderden kilometers af op open zee, met de maan en zon als bakens.
Wie heeft de sextant uitgevonden?
De hoekmeting van de horizon begon met het astrolabium, en mondde uiteindelijk uit in de sextant. Het principe daarachter werd ontdekt door de Engelse wiskundige John Hadley, die in 1731 voor het eerst zijn octant presenteerde. In de jaren 1750 werd zijn octant verder ontwikkeld tot de sextant die we nu kennen.
Het geniale van de sextant is dat iemand met twee spiegels en een oculair zijn oriëntatiepunt – zoals de zon of Poolster – naar beneden kan halen en kan uitlijnen met de horizon. Als ze op één lijn liggen, kan hij de meting vergrendelen en de hoek tussen het ijkpunt en de horizon aflezen op de gradenboog van het instrument.
Hoe het schip ook schommelt, de hoek tussen het ijkpunt en de horizon staat vast, waardoor metingen met een sextant veel betrouwbaarder zijn dan met een astrolabium.
‘De sextant is een natuurlijk verlengstuk van de arm van de navigator – hij is deel van hem geworden.’ Brian Callison, schrijver
Waarom heet het sextant?
De sextant heet zo omdat het basisframe van het instrument een zesde van een cirkel, 60 graden, is. Omdat het systeem uit twee spiegels bestaat, is de hoek die het instrument kan aflezen echter twee keer zo groot, namelijk 120 graden.
De octant van Hadley kon slechts 90 graden meten, dus de sextant met zijn grotere bereik was een enorme verbetering. Zeelieden konden nu meerdere oriëntatiepunten gebruiken, en daarmee de nauwkeurigheid van hun metingen drastisch verbeteren. Pas na de opkomst van satellietnavigatie in de jaren 1970 nam de populariteit van de sextant af.
Zo werkt de sextant
1. Twee beelden ineen
De navigator stelt de kim (de horizon) scherp via het oculair. Het beeld bestaat uit twee delen: de linkerkant komt van de stationaire kimspiegel (of kleine spiegel), de rechterkant van de beweeglijke alhidadespiegel (of grote spiegel).
2. De zon schuift naar beneden
De navigator maakt nu de wijzerarm, waar de alhidadespiegel aan vastzit, los. Hij duwt de arm naar voren, tot hij de zon rechts in beeld krijgt. Daarvóór heeft hij het zonnefilter naar beneden geklapt om zijn ogen te beschermen.
3. De hoek wordt vastgezet
De navigator brengt de onderkant van de zon op één lijn met de horizon en zet de wijzerarm vast. Nu kan hij de hoek tussen de zon en de horizon aflezen op de gradenboog van de sextant – in dit geval is die 70 graden.
4. De meting wordt gecontroleerd
De navigator controleert de meting door de sextant van links naar rechts te kantelen. De zon moet dan een boog beschrijven en op het laagste punt de horizon raken. Als alles klopt, zoekt de navigator zijn positie op in een tabel.
Wat was een astrolabium?
Het astrolabium was een voorloper van de sextant. Historici hebben de oorsprong van dit instrument herleid tot de oude Grieken, maar het waren de Arabieren die het astrolabium in de 9e eeuw ontwikkelden tot een soort multitool die gebruikt werd om de tijden van hun gebeden te bepalen, de weg naar Mekka te vinden en land te meten. De mooiste exemplaren zijn versierd met Arabische tekens en werden o.a. in Córdoba en Caïro gebruikt.
Met een astrolabium werd de hoek tussen verschillende hemellichamen, zoals de zon of de sterren, en de horizon bepaald – een concept dat in veel oude navigatie-instrumenten werd gebruikt.
Arabische astronomen ontwikkelden het astrolabium – een geavanceerde multitool die gebruikt werd om hoeken en posities te bepalen voordat de sextant werd uitgevonden.
De navigator kon de hoek namelijk gebruiken om zijn positie op aarde te bepalen. Om de breedtegraad te bepalen – hoe ver hij zich ten noorden of ten zuiden van de evenaar bevindt – kon de navigator bijvoorbeeld de hoek tussen de zon en de horizon meten. Rond de evenaar is de hoek midden op de dag altijd groot, omdat het midden van de aarde, in tegenstelling tot de polen, altijd naar de zon is gericht.
Alleen hier, dus rond de evenaar, kan de zon ’s middags in een maximale hoek van 90 graden staan. Hoe verder je ten noorden of ten zuiden van de evenaar komt, hoe kleiner de maximale hoek midden op de dag wordt.
In Nederland bijvoorbeeld bereikt de zon in juni een maximale hoogte van bijna 62 graden. Boven de poolcirkels is de hoek nul – de zon komt daar ’s winters niet boven de horizon uit.
Het lijkt dus vrij eenvoudig om de breedtegraad te bepalen. Als je midden op de dag de hoek van de zon boven de horizon meet, weet je hoe ver je van de evenaar bent. Maar in de praktijk is het niet zo eenvoudig. Vooral omdat de aardas niet loodrecht op de zon staat, maar met een helling van 23,5 graden. Hier moest de navigator met ingewikkelde berekeningen rekening mee houden.
Ook had hij tabellen nodig waar de positie van de zon ten opzichte van de evenaar op een bepaald tijdstip en een bepaalde plaats stond genoteerd. En hij moest het astrolabium uitlijnen met de horizon. Op een deinend scheepsdek was dat vrijwel onmogelijk, waardoor de metingen vrij onnauwkeurig waren.
Wie heeft het kompas uitgevonden?
Maritieme historici kunnen het niet eens worden over de vraag waar en wanneer de eerste magnetische naald van een echt kompas het noorden aangaf, maar Chinese bronnen vermeldden al ongeveer 2000 jaar geleden een ‘naar het zuiden wijzende lepel’.
Deze poëtische beschrijving verwees waarschijnlijk naar een systeem waarbij een klein uitgehold houten plankje in een bak met water werd gelegd. Op het plankje lag een stuk magnetisch ijzer – magnetiet – dat de magnetische noord-zuidas van de aarde aangaf.
Het is waarschijnlijk dat deze uitvinding vooral gebruikt werd om de toekomst te voorspellen, of om de juiste feng shui voor nieuwe gebouwen te bepalen, maar misschien gebruikten Chinese zeelieden het kompas al in de 8e eeuw als een echt navigatie-instrument. Vanuit China bereikte het kompas het Midden-Oosten en Europa – maar ook over deze volgorde is nog onenigheid.
Er waren veel varianten van het oude Chinese kompas. Maar ze waren allemaal gebaseerd op een stuk magnetiet dat zuid-noord draaide – hier een lepelvormige versie op een bronzen plaat met gegraveerde sterrenbeelden.
Aan het eind van de 12e eeuw bereikte het kompas Europa. Toen beschreef de Engelse monnik en natuuronderzoeker Alexander Neckam hoe zeelieden hun weg vonden met een gemagnetiseerde naald die de richting naar de vier windstreken kon bepalen.
In de 14e eeuw werd het kompas ingelegd in glas en voorzien van een gradenboog – waarschijnlijk door Florentijnse kooplieden. Ook werd het voorzien van een zogenoemde kompasroos, waarop de vier uithoeken van de wereld duidelijk zijn aangegeven, zodat zeelieden met één oogopslag de juiste koers konden volgen.
Wanneer werd de wereld verdeeld in breedte- en lengtegraden?
Het idee om een onzichtbaar ‘raster’ over de aarde te leggen, kan herleid worden tot de Griekse oudheid en de astronoom Hipparchus van Nicaea (ca. 190-125 v.Chr.). De precieze details zijn helaas verloren gegaan, maar Hipparchus wilde de aardbol indelen met breedtecirkels langs de noord-zuidas. En in lengtecirkels die in oost-westelijke richting liepen.
Voor beide heb je een uitgangspunt nodig – een zogenoemde nulmeridiaan, op basis waarvan je de graden berekent. De natuurlijke nulmeridiaan voor de breedtegraden is de evenaar, met breedtegraad nul.
Maar de nulmeridiaan voor de lengtegraden is minder vanzelfsprekend – die is eerder een kwestie van afspraak. Hipparchus vond bijvoorbeeld dat de nulmeridiaan door zijn geboorte-eiland Rodos moest lopen.
Maar pas in de 16e eeuw werd het systeem in de praktijk gebracht. Een van de eersten die systematisch lengte- en breedtegraden gebruikte, was de Vlaamse geograaf Gerard de Kremer – later vooral bekend als Gerard Mercator. Hij was zelf schijnbaar niet heel reislustig, maar gebruikte de meer dan duizend boeken in zijn bibliotheek om zijn immens populaire kaarten en atlassen samen te stellen.
In 1569 introduceerde hij een wereldkaart waarop hij de ronde aarde op een platte, tweedimensionale kaart had geprojecteerd, en wel zo dat de evenaar en de nulmeridiaan als rechte lijnen op de kaart stonden.
Deze zogenaamde ‘mercatorprojectie’ wordt nog steeds gebruikt. De projectie vervormt de verhoudingen naarmate je verder van de evenaar komt, maar stelt de navigator wel in staat om zijn koers uit te zetten met rechte lijnen.
De beroemde cartograaf Gerard Mercator voorzag als een van de eersten zijn kaarten van parallelle lengte- en breedtegraden.
In de 17e eeuw werd dit systeem verder verbeterd door andere wetenschappers, zoals de Franse wiskundige en cartograaf Jean Picard. Met eindeloos veel geduld berekende hij een verbluffend nauwkeurige benadering van de vorm van de aarde, die niet (zoals eerder gedacht) bolvormig was, maar enigszins afgeplat – een zogenoemde ellipsoïde.
Met de metingen van Picard kon de evenaar heel nauwkeurig worden vastgelegd. Maar de nulmeridiaan veranderde regelmatig van plaats, vanwege de meningen van de cartografen of het geopolitieke machtsevenwicht. Pas in 1884 werd besloten dat hij het Royal Observatory in Greenwich moest doorkruisen, en dat doet hij nog steeds.
Het geniale van de sextant is dat iemand met twee spiegels en een oculair zijn oriëntatiepunt kan uitlijnen met de horizon.
Waarom gebruikten zeelieden zandlopers?
Voor een landrot betekent het leven op zee veel onbekende termen en regels. Zo wordt de snelheid van een schip aangeduid met ‘knopen’, en wordt de tijd niet ingedeeld in uren, maar in ‘glazen’. Dat laatste is een overblijfsel uit de tijd dat de zandloper (het glas) het ritme aan boord bepaalde. Een etmaal werd – en wordt – ingedeeld in zeven wachten, die weer zijn ingedeeld in ‘glazen’ van elk een half uur.
De term ‘knoop’ dateert ook uit de tijd van de zeilschepen. Om de snelheid van een schip te bepalen, gooide de bemanning een houtblok of plankje, het log, aan een lijn overboord. Deze loglijn was voorzien van knopen die op vaste afstand van elkaar zaten. Door het aantal knopen te tellen dat het schip in een bepaalde tijd passeerde, kon de snelheid worden berekend.
Tegenwoordig komt 1 knoop overeen met 1 zeemijl per uur (1,852 km/h).
Wat vonden zeelieden van de lengtegraad?
Vier jaar nadat John Hadley het principe achter de sextant introduceerde, kwam zijn naam- en landgenoot, de timmerman John Harrison, met een andere maritieme revolutie: het eerste prototype van een extreem nauwkeurige klok, met de naam H1.
Vóór de chronometer van Harrison, zoals het apparaat in die tijd werd genoemd, waren klokken niet bestand tegen de barre omstandigheden aan boord van een schip. De hevige schommelingen van het schip dat zich door de golven bewoog, de tropische hitte en ijskoude poollucht, de voortdurend wisselende temperatuur en luchtdruk – dit alles was funest voor de delicate onderdelen van een klok.
Maar de nieuwe chronometer – de laatste en beste werd H4 genoemd – waren heel robuust en konden alles aan. En zo konden navigatoren, na eeuwen, eindelijk hun lengtegraad heel nauwkeurig bepalen.
Pas toen een handige timmerman de eerste zeevaartbestendige klok – de H4 – introduceerde, konden zeelieden heel nauwkeurig hun lengtegraad bepalen.
De breedtegraad kon dus bepaald worden met de sextant, maar het was onmogelijk om de lengtegraad te bepalen zonder het tijdsverschil te weten tussen de positie van het schip en de nulmeridiaan – dus hoe ver het schip zich ten oosten of westen van de meridiaan bevond.
Dat komt doordat de aarde om zijn as draait; één omwenteling van 360 graden duurt 24 uur. Daarom worden de lengtegraden op de meeste kaarten aangegeven met intervallen van 15 graden, oftewel één uur.
Met Harrisons klok konden navigatoren de plaatselijke tijd (die ze bepaalden door de hoogte van de zon te meten) vergelijken met de tijd op de klok die ze hadden meegenomen en die op Greenwich Mean Time stond. Als het aan boord bijvoorbeeld 12 uur was en de klok gaf aan dat het 10 uur was, hadden ze dus twee uur verloren.
En dus bevond het schip zich 30 (2 x 15) graden ten oosten van Greenwich. En als de breedtegraad dan bijvoorbeeld 40 graden ten zuiden van de evenaar was, had de navigator zijn positie gevonden – in dit geval had het schip Kaap de Goede Hoop gerond en kon het koers zetten richting het noordoosten, op weg naar India.