Gliederung dieser Studie
- Einführung und Seite 1: Instrumente aus der Zeit vor der Schrift.
- Seite 2: Instrumente zur Beobachtung von Schatten.
- Seite 3: Instrumente zur Beobachtung der Gestirne. (Diese Seite)
- Seite 4: Instrumente mit Durchfluss oder Verbrennung.
- Seite 5: Uhren und moderne Instrumente.
Instrumente zur Beobachtung der Gestirne
Das Nocturlabium
Wir haben auf der vorherigen Seite gesehen, dass sich die Zeit - genauer gesagt die Stunden des Tages - mit Sonnenuhren oder vergleichbaren Hilfsmitteln messen lässt. Das Problem des Tages ist damit also gelöst. Aber wie misst man nachts die Stunden, wenn man die Gestirne beobachtet?
Natürlich ist die Sonne untergegangen, und der Mond hilft uns nicht immer weiter, da er regelmäßig gar nicht sichtbar ist - Neumond - oder nur teilweise. Sein Licht reicht zudem oft nicht aus, um deutliche Schatten zu werfen.
Was bleibt uns nachts am Himmel außer den Sternen? Das Problem ist, dass sie sich infolge der Bewegungen der Erde zwar scheinbar verlagern, aber nicht um die Erde kreisen. Zum Glück tun sie das scheinbar um einen festen Punkt - und sogar um einen an einem gut sichtbaren Stern orientierten Punkt: den Polarstern.
Aufgrund der Erdbewegungen scheint es, als drehten sich die Sterne um einen festen Punkt.
Dieser feste Punkt ist der Polarstern. Jeder Stern vollendet in 24 Stunden einen scheinbaren Umlauf um den Polarstern.
Ein fester Punkt und eine regelmäßige Sternbewegung: Mehr brauchte es offenbar nicht, um sich ein Messinstrument vorzustellen und zu bauen, das bis heute einige Rätsel aufgibt - das Nocturlabium.
Rätselhaft ist es, weil man zwar weiß, dass es das ganze Mittelalter hindurch verwendet wurde, von der genauen Zeit seiner Entstehung - Anfang des 9. Jahrhunderts? - aber weit entfernt ist, ebenso wie vom Namen seines Erfinders.
Rätselhaft ist es auch, weil längst nicht alle Feinheiten seiner Verwendung geklärt sind.
Es besteht aus zwei oder drei kreisförmigen Scheiben. Die größte besitzt einen Griff, an dem man das Instrument senkrecht halten kann. Auf ihr liest man die Namen der Monate und manchmal auch die Tierkreiszeichen. Die kleinere Scheibe hat 24 Zähne, die den Stunden entsprechen. Einer dieser Zähne ist länger; er steht für Mitternacht.
Man stellte die Mitternachtsmarke dem Tag des Beobachtungsdatums gegenüber und richtete das Instrument, mit ausgestrecktem Arm gehalten, durch das zentrale Loch auf den Polarstern aus. Dann brauchte man nur noch die Alhidade - den langen „Arm“, der auf den Fotos herausragt - so zu verschieben, dass sie scheinbar einen als Referenz gewählten Stern berührte. Anschließend konnte man die Stunde auf der mittleren Scheibe an der Stelle ablesen, an der sich die Alhidade befand.
Welcher Referenzstern war das? Selbstverständlich ein Stern, der die ganze Nacht und das ganze Jahr hindurch sichtbar ist. Er musste angesichts der begrenzten Länge der Alhidade in der Nähe des Polarsterns liegen. Von dort aus meinen einige, es handle sich um einen Stern des Kleinen Wagens. Andere denken an die beiden „Wächter“ des Großen Wagens.
Welcher Referenzstern war es also, auf den die Alhidade gerichtet wurde? Ein Stern des Kleinen Wagens (? auf der obigen Abbildung) oder die Wächter des Großen Wagens?
Für die zweite Hypothese spricht eine Zeichnung von Apianus aus dem Jahr 1539, die die Benutzung des Instruments zeigt. Nichts hindert uns freilich daran anzunehmen, dass diese Referenz je nach Nocturlabium wechseln konnte.
Zum Abschluss noch eine Bemerkung zum Nocturlabium: Die gemessene Zeit war die Sternzeit - siehe Seite Astronomie -, also eine Zeit, die kürzer ist als die mittlere Sonnenzeit.
Das Astrolab
Das zweite Zielinstrument, das wir nun untersuchen, ist sehr viel bekannter als das Nocturlabium, und zwar wegen seines großen Erfolgs in Griechenland und vor allem in den muslimischen Ländern.
Seine Möglichkeiten sind so vielfältig, dass es sowohl zur Messung der Zeit am Tag als auch in der Nacht verwendet werden kann. Es ist also in der Lage, sowohl die Funktionen einer Sonnenuhr als auch die eines Nocturlabiums zu erfüllen. Ob es tatsächlich als Instrument zur unmittelbaren Stundenmessung genutzt wurde, ist noch einmal eine andere Frage.
Und da wir gerade von Geschichte sprechen, wollen wir versuchen, das Astrolab von seinem Ursprung bis zu seinem voraussehbaren Verschwinden mit dem Aufkommen anderer Instrumente zu verfolgen.
Bevor wir jedoch in diese Geschichte einsteigen, lohnt sich zunächst ein rascher Blick auf das Instrument selbst, um zu sehen, wie es überhaupt aussieht.
Hergestellt wurden diese Stücke von Jean Fusoris (1365-1436), zunächst Instrumentenbauer für wissenschaftliche Geräte, dann 1404 Kanoniker in Reims und 1411 in Paris. Er verfasste mehrere Traktate über dieses Instrument.
Kleine Geschichte des Astrolabs
Wie wir noch sehen werden, wenn wir das Instrument genauer untersuchen, beruht sein Prinzip auf der stereographischen Projektion.
Wieder einmal - siehe die vorige Seite - müssen wir deshalb den Namen Hipparchos nennen, dem dieses Prinzip zuzuschreiben ist. Trotz allem, was man hier und da lesen kann, hat er das Astrolab jedoch nicht erfunden.
Erst bei Claudius Ptolemaios (2. Jahrhundert n. Chr.) begegnet uns ein horoskopisches Instrument, das astralobon organon, ein entfernter Verwandter des Astrolabs, was das Grundprinzip betrifft, aber ohne direkten Bezug zum planisphärischen Astrolab.
Das Wort Astrolab stammt vom griechischen astrolabos und bedeutet „Sterngreifer“. Wer diesen Begriff geprägt hat, bleibt unbekannt. Der älteste erhaltene Traktat über das Astrolab stammt von Johannes Philoponos (zwischen 475 und 480 - nach 565), einem christlichen Grammatiker und Philosophen aus Alexandria in Ägypten.
Von Griechenland aus gelangte es im 8. Jahrhundert in die muslimischen Länder, wo es einen enormen Erfolg hatte - gewiss wegen seiner Fähigkeit, die ungleichen Stunden und damit die Gebetszeiten zu bestimmen und, mit einigen Anpassungen, die Richtung nach Mekka anzugeben. Erinnern wir uns daran, dass eine ungleiche Stunde dem zwölften Teil der Tagesdauer entspricht, also, vereinfacht gesagt, dem zwölften Teil jener hellen Tageszeit, in der die Sonne scheint, und dass diese Dauer sich im Lauf des Jahres ändert.
Nach Westeuropa gelangte das Astrolab über Spanien dank eines gewissen Gerbert, der kurz vor 999 aus Übersetzungen arabischer Abhandlungen - in denen das Astrolab walzagora oder „Planisphäre des Ptolemäus“ genannt wird - ein Buch über das Astrolab verfasste. Nebenbei bemerkt: Dieser Gerbert wurde 999 als Silvester II. Papst.
Sowohl im Osten als auch im Westen erreicht das Astrolab im 16. und 17. Jahrhundert einen Höhepunkt an Perfektion und Verbreitung. Ein universelles Astrolab - wir werden später sehen, dass das „klassische“ Astrolab eben nicht universell ist - wurde im 16. Jahrhundert von Gemma Frisius (1508-1555) gebaut, aber schon viel früher von al-Zarqalluh aus Toledo im 11. Jahrhundert beschrieben. Nach einer Zwischenstation in Form der astrolabischen Uhr geriet es im Westen im 18. Jahrhundert zurück, weil mechanische Uhren hinreichend präzise geworden waren. In der muslimischen Welt hingegen blühte es fast bis ins 20. Jahrhundert weiter, etwa in der Moschee von Fès, um nur dieses Beispiel zu nennen.
Beschreibung des Astrolabs
Noch einmal tausend Entschuldigungen an all jene, die auf dieser Seite vielleicht eine Bauanleitung für das Instrument erwarten. Darum geht es uns nicht. Wir wollen lediglich prüfen, ob es sich tatsächlich um ein Zeitmessinstrument handelt. Die knappe Beschreibung dient daher einzig dazu, seine Funktionsweise im Rahmen unserer Studie verständlich zu machen.
Da wir sie gleich zweimal brauchen werden, sollten wir zunächst klären, was eine stereographische Projektion ist.
Stellen wir uns in der oberen Abbildung eine Kugel vor, die auf ihrem Äquator von einer Ebene P geschnitten wird. Bei der stereographischen Projektion wird der Punkt A auf der Kugel als Punkt a wiedergegeben, und zwar an der Schnittstelle zwischen der Geraden SA und der Ebene P.
Auf der unteren Abbildung, die einen senkrechten Schnitt durch unsere Kugel auf Höhe der Pole N und S sowie senkrecht zum Äquator zeigt, erkennt man, dass jeder Punkt des Kreises - sagen wir: des Meridians - eine stereographische Projektion haben kann, außer dem Punkt S. Natürlich benutze ich die Wörter Pole, Meridian und Äquator völlig zufällig und ohne Hintergedanken ... na ja, fast.
Einfach, diese stereographische Projektion, oder? Es ist immer leicht, wenn andere sie erfunden haben und man nicht selbst über Winkelmessungen sprechen muss.
Die stereographische Projektion hat einen doppelten Vorteil: Sie bewahrt die Winkel - zwei Kurven, die auf S einen Winkel bilden, haben auf P denselben Winkel - und sie sorgt dafür, dass ein Kreis auf S als Kreis auf P erscheint.
- Mangels Kenntnis der Schraubenmutter gibt es eine Achse und einen Stift, die das gesamte Instrument zusammenhalten.
- Die Alhidade, ein Zielsystem, meist mit zwei Visierplättchen.
- Die Mutter (umm in arabischen Astrolabien), der ausgehöhlte Teil, dessen Rand den Limbus bildet und dessen Hohlraum mehrere Tympana aufnehmen kann. Das Instrument wird an einem Ring aufgehängt, dem Thron Gottes oder kursi auf Arabisch.
- Verschiedene auswechselbare Tympana.
- Die Spinne (ankabut auf Arabisch).
- Ein Indexlineal (Ostensor), das nicht auf allen Astrolabien vorhanden sein muss.
Nachdem die Teile vorgestellt sind, sehen wir uns nun genauer an, woraus sie bestehen, bevor wir betrachten, wie das Instrument bei der Zeitmessung verwendet wurde.
Die Mutter
Ehre, wem Ehre gebührt. Die Mutter kann als Sockel des Instruments gelten. Es handelt sich um eine Metall- oder Holzplatte von etwa zehn Zentimetern oder mehr, leicht ausgehöhlt, damit sie verschiedene Tympana aufnehmen kann, die der Beobachter je nach Ort auswechseln muss. Darauf kommen wir zurück. Selbstverständlich wird immer nur ein Tympan - das richtige - verwendet. Je nach Astrolabtyp, westlich oder arabisch, ist der Rand der Mutter, also der Limbus, in Grad und/oder Stunden eingeteilt. Diese Stunden sind 24 an der Zahl. Auf der rechten Seite verlaufen sie von oben nach unten für die Nachmittagsstunden und - im französischen Original steht erneut „rechts“, gemeint ist offensichtlich die Gegenseite - von oben nach unten für die Morgenstunden.
Da das Instrument senkrecht benutzt werden soll, um die Höhe eines Gestirns - Stern oder Sonne - zu messen, ist es mit einem Ring, dem Thron, versehen, an dem man es aufhängen kann.
Rückseite: Diese Seite diente als Gedächtnishilfe und konnte verschiedene Umrechnungen enthalten - Schattenquadrat für Vermessungen, gleiche und ungleiche Stunden und anderes. Wir beschränken uns hier auf die Zeitmessung, aber ein arabischer Autor hat 1761 Probleme aufgezählt, die sich mit dem Instrument lösen lassen. Wie dem auch sei: Die Rückseite besaß außen mindestens zwei zwingende und unverzichtbare Skalen, nämlich einerseits eine Gradeinteilung, mit der man mithilfe der Alhidade die Höhe eines Gestirns bestimmen konnte, und andererseits einen Tierkreiskalender, der für jeden Tag des Jahres die Stellung der Sonne im Zodiac angibt.
Die Alhidade
Auf ein Gestirn ausgerichtet, erlaubt die Alhidade, einen Stern durch ihre beiden Visierplättchen anzupeilen. Im Fall der Sonne wird die Stellung so gewählt, dass das Licht durch beide Visierplättchen fällt - eine einzige Stellung ist dann möglich.
Das Tympan
Es ist nichts anderes als ein Himmelsgitter, mit dem wir ein Gestirn nach seiner genauen Position am Himmel einordnen und daraus - in unserem Fall - die genaue Uhrzeit bestimmen können.
Aus welchen Elementen besteht dieses Gitter?
A) Zunächst aus einer stereographischen Projektion der Erde mit ihren klassischen Breitenkreisen: Wendekreis des Krebses, Äquator, Wendekreis des Steinbocks.
A-1) Erdkugel: Breitenkreise
A-2) Erdkugel: Linien der ungleichen Stunden
Es sind nicht alle Linien eingezeichnet. Insgesamt gibt es 11, die diesen Teil des Tympans in 12 Sektoren teilen. Diese Linien markieren ungleiche Stunden, weil sie den hellen Teil des Tages in 12 Stunden unterteilen, deren Länge im Jahreslauf wechselt.
B) Danach folgt eine stereographische Projektion der lokalen Sphäre - siehe Teil 2 dieser Studie -, so wie sie ein Beobachter an einer bestimmten geographischen Breite sieht. Weil diese Projektion genau von der Breite abhängt, verstehen wir nun, warum man beim Wandern entlang eines Meridians das Tympan wechseln muss. Die Tympana tragen die Gravur jener Breite, für die sie berechnet sind.
B-1) Lokale Sphäre: Höhenkreise oder Almukantarate
Alle diese Almukantarate sind in Grad graviert. Es gibt eine Linie alle 2, 3 oder 5 Grad. Da die Almukantarate im oberen Teil des senkrecht gehaltenen Astrolabs liegen, erkennt man, dass die Himmelsrichtungen vertauscht erscheinen: Süden oben, Norden unten, Osten links und Westen rechts. Alle Almukantarate sind Kreise, wie es die stereographische Projektion verlangt, doch manche sind aufgrund der begrenzten Größe des Tympans abgeschnitten.
B-2) Lokale Sphäre: Linien gleichen Azimuts
Fassen wir all diese Linien auf einer einzigen Zeichnung von Mutter und Tympan zusammen.
Wie man unten sieht, wurde dieses Tympan für eine Breite von 48°50' berechnet. Ich überlasse Ihnen die Vermutung, welcher Stadt das entspricht. In Rot erscheinen die lokalen Daten, die übrigen sind in Blau gehalten. Hier ist der Limbus in Stunden eingeteilt.
Die Spinne
Schauen wir genauer hin, wie sie aussieht.
Zwei Arten von Spinnen. Die Spinne ist gegenüber Mutter und Tympan beweglich und dreht sich um die zentrale Achse.
Auch die Spinne stellt wiederum zwei stereographische Projektionen dar. Ja, schon wieder.
- Zunächst eine stereographische Projektion des Himmelsgewölbes mit der Lage bekannter Sterne. Da zur Zeit der Astrolabien noch keine transparenten Materialien zur Verfügung standen, musste man eine andere Lösung finden. Diese Lösung ist das durchbrochene Metallgitter, bei dem jede Spitze der Position eines Gestirns entspricht. Da sich diese Position im Lauf des Jahres ändert, kann die Spinne um die Mittelachse gedreht werden, um die Sterne auf die vom Tympan gelieferten Koordinaten zu bringen.
- Hinzu kommt eine stereographische Projektion der Ekliptik, also der Sonnenbahn. Das ist jener gegenüber der Mittelachse exzentrische Kreis, auf dem die Sonnenstellungen im Tierkreis eingraviert sind.
Oben an der Spinne findet sich ein kleiner Vorsprung - auf den Fotos gut zu erkennen -, der auf dem Limbus die Lage des Frühlingspunkts anzeigt, also jener Stelle der Ekliptik, an der sich die Sonne am Tag der Frühlings-Tagundnachtgleiche befindet.
Astrolab und Zeitmessung
Wir haben gesehen, dass das Astrolab in sehr vielen Situationen eingesetzt werden kann. Für unser Thema sehen wir uns rasch an, wie es zur Zeitmessung, genauer: zur Stundenbestimmung, benutzt werden kann.
In Teil II dieser Studie haben wir gesehen, dass sowohl Azimut als auch Höhe sich ständig verändern und dabei von der geographischen Breite des Ortes, von der Deklination der Sonne - also vom Datum - und von der Uhrzeit abhängen. Wir haben also drei Parameter: Höhe, Tag, Uhrzeit. Wenn wir zwei davon kennen, können wir den dritten bestimmen. Darauf beruht die Stundenberechnung mit dem Astrolab.
Nehmen wir ein Beispiel: Wir wollen an einem bestimmten Tag zu einem bestimmten Zeitpunkt die Uhrzeit kennen.
Mit Hilfe der Alhidade bestimmen wir die Höhe der Sonne zu diesem Zeitpunkt. Den Tag kennen wir entweder über eine Datum-Zodiak-Umrechnungstabelle oder direkt. Wir markieren diesen Tag auf dem Ekliptikkreis der Spinne und bringen ihn, indem wir die Spinne drehen, auf den Almukantarat, der der in der ersten Etappe ermittelten Sonnenhöhe entspricht. Nun richten wir den Ostensor auf den Tag aus und lesen die Stunde unmittelbar auf dem Limbus ab. Einfach, oder?
Ohne Ostensor - bei arabischen Astrolabien - musste man eine Zwischenstufe einlegen und zunächst vom Index der Spinne aus messen.
Für die Nachtstunden war das Prinzip dasselbe, nur dass man statt der Sonne einen bekannten Stern auf der Spinne des Astrolabs verwendete.
Ist das Astrolab also ein Zeitmessinstrument? Ganz sicher. Und sogar noch mehr als das ... Vermessungsgerät, Kompass, Anzeiger der Gebetszeiten, Richtungsweiser nach Mekka und vieles andere mehr. Aber das ist eine andere Geschichte.
