Varför var sextanten så viktig? När uppfanns kompassen? Varför heter det knop? Läs om hur äldre tiders navigatörer tog sig tryggt i hamn utan GPS.
Med hjälp av en sextant, en kompass och ett exakt ur kan navigatören bestämma sin position till och med ute på öppet hav.
Hur navigerade sjöfararna före kompassen och sextanten?
De tidiga sjöfararna seglade inte långt från kusten om de kunde undvika det. Med landkänning hade de fasta landmärken som berg och raviner, kuststräckor och städer att förhålla sig till, något statiskt och orörligt som navigatören kunde beräkna sin position utifrån. Därför var de allra flesta seglatser i äldre tid kustnära.
Vissa civilisationer fostrade emellertid skickliga sjömän som vågade sig ut på öppet hav till och med innan det fanns kompasser och sextanter att navigera med. Stilla havets polynesiska sjöfarare löste det till exempel genom att avläsa vågriktningar och strömförhållanden tusentals kilometer från land.
I Medelhavet visar kartor att man också inom den minoiska kulturen visste mycket om navigation. De använde sig på ett skickligt sätt av stjärnbilder när de seglade från Kreta till bland annat Egypten och Syrien. Längre norrut tillryggalade vikingarna hundratals kilometer över öppet hav med solen och månen som vägvisare.
Vem uppfann sextanten?
Sextanten utgjorde kulmen på den vinkelmätning i förhållande till horisonten som började med astrolabiet. Den bakomliggande principen uppfanns av en engelsk matematiker och instrumentmakare vid namn John Hadley, som presenterade sin så kallade oktant för första gången år 1731. På 1750-talet hade hans oktant vidareutvecklats till den sextant vi känner till i dag.
Det finurliga med sextanten är att sjömannen med hjälp av två speglar och en tub kan ”föra ner” pejlmärket, till exempel solen eller Polstjärnan, och lägga det i linje med horisonten i synfältet. Sedan låser sjömannen mätningen och läser av pejlmärkets vinkel till horisonten på instrumentets skala.
Hur mycket fartyget än gungar är vinkeln mellan pejlmärket och horisonten låst, vilket gör att observationer med sextanten är betydligt mer tillförlitliga än dem som görs med exempelvis ett astrolabium.
”Sextanten är en naturlig förlängning av navigatörens arm. Den har blivit en del av honom.” Brian Callison, författare
Varför heter det sextant?
Sextanten har fått sitt namn för att instrumentets limb utgör en sjättedel av en cirkel, det vill säga 60 grader. Instrumentets dubbla spegelsystem gör dock att den vinkel som instrumentet kan avläsa på himlen är det dubbla, 120 grader.
Hadleys oktant kunde bara mäta 90 grader, så sextantens större räckvidd innebar en påtaglig förbättring. Nu kunde sjöfararna använda fler av himlens pejlmärken och därmed öka precisionen i sina avläsningar. Först på 1970-talet, då satellitnavigationen på öppet hav fick sitt genombrott, fasades sextanten ut.
Så fungerar sextanten
1. Två bilder blir en
Navigatören siktar in sig på horisonten med tuben. Bilden består av två delar. Vänster sida kommer från den fasta horisontspegeln och höger sida från den rörliga alhidadspegeln.
2. Solen tvingas ner
Navigatören lossar nu alhidaden, som alhidadspegeln sitter på. Han skjuter den framåt tills han ser solen i den högra bilden. Dessförinnan har han fällt ner sextantens solfilter för att skydda ögonen.
3. Vinkel låses fast
Navigatören justerar instrumentet tills solens undersida befinner sig i linje med horisonten och låser därefter alhidaden. På sextantens gradindelade limb kan han nu avläsa solens vinkel över horisonten, i det här fallet 70 grader.
4. Mätningen kontrolleras
Navigatören kontrollmäter genom att svinga sextanten från sida till sida. Solen ska beskriva en båge vars lägsta punkt når horisonten. Efter kontrollen slår navigatören upp i sin solhöjdstabell för att fastslå sin position.
Vad var ett astrolabium?
Astrolabiet var en föregångare till sextanten. Forskarna kan spåra instrumentets ursprung till antikens greker, men det var framför allt araberna som på 800-talet utvecklade astrolabiet till ett avancerat multiredskap, som kunde användas för att bland annat ange tiden för bön, ta ut riktningen till Mekka och mäta land. Många av de finaste bevarade exemplaren bär arabiska skrifttecken och har använts i bland annat Córdoba och Kairo.
Den grundläggande tanken med astrolabiet är att mäta olika himlakroppars, till exempel solens eller stjärnornas, vinkel i förhållande till horisonten, ett koncept som går igen i många tidiga navigationsinstrument.
Arabiska astronomer utvecklade astrolabiet, ett finmekaniskt multiverktyg som användes för att mäta vinklar och göra positionsbestämningar innan sextanten uppfanns.
Vinkeln kan nämligen användas för att fastslå navigatörens position på jorden. För att bestämma breddgraden, det vill säga hur långt norr eller söder om ekvatorn han befann sig, kunde navigatören exempelvis mäta vinkeln mellan solen och horisonten. I områdena kring ekvatorn är vinkeln alltid hög mitt på dagen, eftersom jordens mitt till skillnad från polerna alltid är vänd direkt mot solen.
Endast där, i ekvatoriala områden, kan solen stå i den maximala 90-gradersvinkeln i förhållande till horisonten vid middagstid. Ju längre norrut eller söderut om ekvatorn man rör sig, desto lägre blir den maximala vinkel sjöfararen kan mäta vid middagstid.
I södra Sverige når solen till exempel sin maximala höjd, 58 grader, i juni. Om man passerar polcirklarna är vinkeln noll när solen inte visar sig under vintermånaderna.
I teorin borde det alltså vara en smal sak att hitta sin breddgrad. Om man mäter solens vinkel ovanför horisonten vid middagstid vet man hur långt ifrån ekvatorn man befinner sig. I praktiken var det dock allt annat än enkelt, för det första för att jorden inte roterar lodrätt runt sin axel. Den lutar 23,5 grader, vilket navigatören behöver ta höjd för med hjälp av tämligen komplicerade beräkningar.
Sedan behövde han ha tillgång till tabeller som visade solens position i förhållande till ekvatorn vid den aktuella tidpunkten på den aktuella platsen. Därutöver behövde han få astrolabiet i linje med horisonten. Den uppgiften är överkomlig på land, men närmast omöjlig på ett gungande fartygsdäck, vilket gjorde mätningarna oprecisa.
Vem uppfann kompassen?
Sjöfartshistorikerna har inte kunnat enas om var och när den första magnetiska nålen i en egentlig kompass svängde norrut, men redan för 2 000 år sedan nämner kinesiska källor en uppfinning med den poetiska benämningen ”den sydpekande fisken”.
Benämningen avsåg en anordning där en liten fisk av trä sänktes ner i ett kärl med vatten. I fisken fanns en bit magnetit, ett magnetiskt mineral som orienterar sig längs jordens nord-sydliga axel.
Uppfinningen tycks främst ha använts i samband med spådomar samt för att hitta rätt fengshui inför uppförandet av nya byggnader, men kanske redan så tidigt som på 800-talet använde sig kinesiska sjömän av kompassen som navigationsinstrument. Från Kina kom den till de arabiska länderna och Europa, men i vilken ordning råder det oenighet om bland historikerna.
De tidiga kinesiska kompasserna fanns i många varianter. Gemensamt för dem var ett stycke magnetit, som orienterade sig i nord-sydlig riktning. Här är en skedformad variant som har placerats på en bronsskiva med ingraverade stjärnkonstellationer.
I slutet av 1100-talet har emellertid kompassen garanterat nått Europa. Då beskriver den engelske munken och naturforskaren Alexander Neckam att sjömän kan navigera med hjälp av en magnetiserad nål som anger riktningen mot världens fyra hörn.
På 1300-talet hade kompassen kapslats in i glas och försetts med gradindelningar, sannolikt av florentinska köpmän. Samtidigt fick den en så kallad kompassros, där världens hörn är tydligt angivna, så att sjömannen med ett snabbt ögonkast kunde navigera rätt.
När delades världen in i längd- och breddgrader?
Idén att lägga ett osynligt ”nät” över planeten kan spåras tillbaka till antiken och astronomen Hipparchos från Nikaia (cirka 190–cirka 125 före Kristus). De närmare detaljerna har tyvärr gått förlorade, men då som nu var Hipparchos idé att ett antal parallellcirklar delar in planeten längs den nord-sydliga axeln. På motsvarande vis delar en annan uppsättning parallellcirklar in planeten i öst-västlig riktning.
I båda fallen behövs en referenspunkt, en så kallad nollmeridian, från vilken graderna beräknas. Breddgradens naturliga nollmeridian är ekvatorn, som alltså utgör breddgrad noll.
Längdgradens nollmeridian har inte på samma sätt någon naturlig hemvist, så den får helt enkelt bestämmas av kartografen. Hipparchos ansåg att längdgrad noll gick genom hans födelseö Rhodos.
Det var dock först på 1500-talet som systemet utvecklades och användes i praktiken. En av de första som systematiskt använde sig av längd- och breddgrader var den flamländske geografen Gerhard de Kremer, i eftervärlden känd som Gerardus Mercator. Han lär inte ha haft någon större reslust, utan använde sig av de över tusen böckerna i sitt bibliotek när han producerade sina mycket efterfrågade kartor och atlaser.
År 1569 presenterade han en världskarta där han hade projicerat den runda jorden på en platt världskarta på ett sätt så att ekvatorn och nollmeridianen visas som raka linjer på kartan.
Denna så kallade Mercators projektion används än i dag. Den förvränger visserligen proportionerna ju längre bort från ekvatorn man kommer, men projiceringen gör det möjligt för navigatören att staka ut sin kurs i räta linjer.
Den berömde kartografen Gerardus Mercator var en av de första som försåg sina kartor med parallella längd- och breddgrader.
På 1600-talet förbättrades systemet ytterligare av andra vetenskapsmän, däribland den franske matematikern och kartografen Jean Picard. Med ett oändligt tålamod triangulerade han sig fram till en förbluffande exakt återgivning av jordens form som inte – vilket man hittills trott – var klotrund, utan något tillplattad och utbuktande på mitten, en så kallad ellipsoid.
Efter Picards mätningar kunde ekvatorn anges med större precision. Nollmeridianen bytte dock plats på kartorna beroende på kartografens humör och tidens geopolitiska maktförhållanden. Först år 1884 beslutade man att den skulle gå genom Greenwichobservatoriet i London, vilket den gör än i dag.
Det finurliga med sextanten är att sjömannen med hjälp av två speglar och en tub kan dra ner pejlmärket till horisonten.
Vad använde sjöfararna timglas till?
För en landkrabba bjuder livet till sjöss på en förvirrande mängd okända namn och regler. Fartygets hastighet anges till exempel i knop och livets gång ombord delas inte in i timmar, utan i ”glas”. Den senare benämningen är en lämning från den tid då timglaset dikterade rytmen ombord. Dygnet delades in – och gör det fortfarande – i sju vakter, som i sin tur delas in i glas, som vart och ett motsvarar en halvtimme.
Även ordet ”knop” kommer från segelfartygens tid. För att beräkna fartygets hastighet kastade besättningen en bräda fäst i en så kallad logglina i vattnet från fartyget. På logglinan hade man gjort knutar – knopar – på bestämda avstånd. Genom att räkna antalet knutar som passerade en viss punkt på fartyget under en viss tidsrymd kunde sjöfararna beräkna hastigheten genom vattnet.
En knop motsvarar i dag att man tillryggalägger en sjömil i timmen (1 852 meter i timmen).
Hur beräknade sjömännen längdgraden?
Fyra år efter det att John Hadley presenterat principen bakom sextanten kunde hans namne och landsman, snickaren John Harrison, presentera ännu en revolution inom navigation till sjöss: den första prototypen för ett exakt ur, som fick beteckningen H1.
Före Harrisons kronometer, som den kallades, var uren inte tillräckligt robusta för att klara de obarmhärtiga förhållandena ombord. Hårda slag när fartyget plöjde sig fram genom vågorna, fuktig, tropisk hetta och isande polarluft, ständiga temperaturväxlingar samt förändringar av det atmosfäriska trycket – allt detta var förödande för urens känsliga mekaniska delar.
Harrisons nya kronometrar – den sista och bästa gick under benämningen H4 – var dock solida och höll tiden. Därmed gick navigatörens äldsta och mest brinnande önskan i uppfyllelse: att med hög precision kunna bestämma längdgraden.
Först när en fingerfärdig tidigare snickare presenterade H4, fartygstrafikens första exakta ur, kunde sjömännen bestämma längdgraden med hög precision.
Breddgraden kunde som tidigare beskrivits fastställas genom observationer med sextanten, men längdgraden kunde inte fastslås utan att man kände till tidsskillnaden mellan fartygets position och nollmeridianen, det vill säga hur långt väster eller öster om nollmeridianen fartyget befann sig.
Det beror på att jorden kretsar runt sin egen axel; ett varv på 360 grader tar 24 timmar. Därför anges längdgraderna på de flesta kartor och jordglober med ett intervall på 15 grader, vilket motsvarar en timme.
Med Harrisons ur ombord kunde navigatören jämföra den lokala tiden (som slogs fast genom att mäta solhöjden med en sextant) med den tid som det medhavda uret visade, vilket var Greenwichtid. Om klockan ombord var exempelvis tolv och det medtagna uret visade att klockan var tio i Greenwich, så hade man ”förlorat” två timmar.
Det innebar att fartyget befann sig 30 (2 x 15) grader öster om Greenwich. Om breddgraden samtidigt visade exempelvis 40 grader söder om ekvatorn hade navigatören hittat sin position. I det här fallet hade fartyget rundat den afrikanska Godahoppsudden, varefter kaptenen kanske satte ut en ny kompasskurs mot nordost för att nå Indiens rikedomar.