Meer dan twee eeuwen geleden was het al mogelijk om je positie
op aarde zeer nauwkeurig te bepalen met behulp van satellieten.
De mens navigeert al duizenden
jaren over de aardbol met behulp van satellieten. Alleen waren dat tot in de
helft van de twintigste eeuw geen GPS-kunstmanen, maar sterren. We weten
ondertussen dat de zon en de sterren niet rond de aarde draaien (en dus geen
satellieten van de aarde zijn), maar sterrennavigatie is gebaseerd op een
precopernicaans wereldbeeld. Hoe ouderwets dat ook klinkt, het systeem werd in de loop van de geschiedenis zodanig geperfectioneerd dat het in de tweede helft van de achttiende eeuw bijna even accuraat werd als het huidige GPS-systeem. Bovendien was het veel robuuster. (Foto sextant: © Peter Ifland)
——————————————————————————————————–
——————————————————————————————————–
Satellietnavigatie rukt op. Door
GPS gestuurde navigatietoestellen zijn op een decennium tijd een onmisbaar
instrument geworden in auto’s, en de technologie is nu begonnen aan de
verovering van de mobiele telefoon. Satellieten sturen ook de navigatie van schepen,
treinen, vliegtuigen, ruimteschepen, onderzeeërs, tanks en (daar werd het systeem
oorspronkelijk voor ontworpen) bommen.
Hoe essentieel satellietnavigatie vandaag ook lijkt, het dertigtal satellieten van het door de Amerikanen gecontroleerde
GPS-netwerk werd pas tussen 1989 en 1994 de ruimte in geschoten. Ook Rusland
beschikt over een eigen navigatiesysteem (dat evenwel op apegapen ligt) en
China heeft uibreidingsplannen voor het nu relatief beperkte Beidou-systeem. Europa
tracht al jaren voldoende geld bij elkaar te schrapen voor een eigen systeem: Galileo.
Resolutie
Tot 2000 werd het GPS-signaal door
de Amerikaanse Defensie opzettelijk gedegradeerd tot een nauwkeurigheid van 100
meter. Sindsdien is het commerciële systeem accuraat tot op een afstand van 10
tot 30 meter (horizontaal) en 20 tot 60 meter (verticaal). De Amerikaanse
strijdkrachten hebben nog altijd een betere resolutie tot hun beschikking, nu
minder dan 3 meter. In combinatie met andere technieken kan de accuraatheid van
het systeem verhoogd worden tot minder dan 1 centimeter. Met de nauwkeurigheid
neemt ook het aantal mogelijke toepassingen toe.
——————————————————————————————————–
“Met behulp van de
sterren en een aantal instrumenten kon eeuwen geleden al een
nauwkeurige plaatsbepaling worden bereikt, maar dat vroeg wel vakmanschap en tijd.”
——————————————————————————————————–
Het GPS-systeem informeert
gebruikers in een oogwenk over hun driedimensionale positie op aarde:
lengtegraad (de positie ten opzichte van de nulmeridiaan in Greenwich),
breedtegraad (de positie ten opzichte van de evenaar) en de hoogte (de positie
ten opzichte van de zeespiegel). Botweg gezegd, kan de grootste idioot vandaag
zijn positie op aarde bepalen door een druk op een knop. Met behulp van de
sterren en een aantal instrumenten kon eeuwen geleden echter al een bijna even
nauwkeurige plaatsbepaling worden bereikt, maar dat vroeg wel vakmanschap en tijd.
De mens heeft niet gewacht op GPS
om de hele aarde te verkennen. Zeereizen worden al sinds een paar duizend jaar
voor het begin van onze tijdrekening ondernomen, en op land ging de mens al
veel vroeger aan het zwerven. Navigatie op land is relatief eenvoudig. Een
landschap telt meestal vele oriëntatiepunten, zoals bergketens of rivieren, die
mondeling of via primitieve kaarten kunnen worden overgeleverd. Maar op zee (of
in een uitgestrekte woestijn) zijn die referentiepunten er meestal niet.
Sterrennavigatie
De
eerste zeevaarders bleven dicht bij de kust of roeiden en zeilden van eiland
naar eiland. Gaandeweg leerden ze gebruik te maken van de verborgen sleutels in
meteorologische gegevens, zoals wolken, stromingen, wind en golven. Lang voor
de Europese zeevaarders staken de Polynesiërs op die manier al duizenden
kilometers oceaan over.
Die kennis werd aangevuld door primitieve
navigatietechnieken gebaseerd op de beweging van de zon en andere sterren. Scheepsvaarders
noteerden de informatie over natuurelementen en sterrenhemel in scheepsjournalen,
zodat hun opvolgers in de loop van de geschiedenis over steeds meer
navigatie-informatie beschikten.
——————————————————————————————————–
“Het lezen van de sterren bleef tot halverwege de twintigste eeuw de basis van navigatie op zee en in de lucht.”
——————————————————————————————————–
Navigatie met behulp van de
sterren wordt vermeld in de werken van Homerus en Herodotus, in de
Bijbel en in
de Noorse sagen. Daarmee is het een van de meest succesvolle
technologieën die
de mens ooit heeft voortgebracht. Het systeem werd sinds het begin van
de
Europese ontdekkingsreizen steeds verder geperfectioneerd en het bleef
tot
halverwege de twintigste eeuw de basis van de navigatie op zee en in de
lucht. In mindere mate werd het ook op land ingezet. Pas na de Tweede
Wereldoorlog werd het verdrongen
door radionavigatie en later satellietnavigatie.
Poolshoogte nemen
Om je
positie op aarde te bepalen, moet je zowel de lengtegraad (oost-west) als de
breedtegraad (noord-zuid) zien te achterhalen. De breedtegraad (de afstand tot
de evenaar of de polen) is het eenvoudigst te bepalen: door de hoek van
de zon ten opzichte van de horizon te meten. Je kan daar ook andere sterren
voor gebruiken, zoals de poolster op het noordelijk halfrond (vandaar de
uitdrukking “poolshoogte nemen”). De positie kan vervolgens worden berekend of
in een almanak opgezocht.
Er werden doorheen de geschiedenis
verschillende instrumenten ontworpen voor het “schieten” van sterren,
instrumenten
die steeds accurater en praktischer werden: het astrolabium (vanaf de
vierde eeuw) het kwadrant (vanaf de dertiende eeuw) de jacobsstaf
(zeventiende
eeuw), het octant en de sextant (beide in de achttiende eeuw).
Sextant
Het sextant is
(afhankelijk van de kwaliteit van het instrument en de ervaring van de
waarnemer) nauwkeurig tot op 100 tot 200 meter en wordt ook vandaag nog
verkocht. Het instrument is daarmee even accuraat als het commerciële
GPS-netwerk in 2000. Er werden ook sextants ontwikkeld voor gebruik op land, onder
water (duikboten) en in de lucht (luchtballonnen en later vliegtuigen en zelfs
de eerste ruimtevlucht). Het sextant beschikte voor al deze toepassingen over
een artificiële horizon.
——————————————————————————————————–
“Om de lengtegraad te achterhalen moet je weten hoe laat het is op de plaats waar je vertrok.”
——————————————————————————————————–
Het bepalen van de lengtegraad (oost
of west ten opzichte van de nulmerdiaan) was eeuwenlang een veel moeilijker
klus. Om die te achterhalen moet je immers weten hoe laat het is op je plaats
waar je vertrok (omdat de aarde om zijn as draait). Vandaag is dat eenvoudig.
Je stelt je klok in op de nulmeridiaan in Greenwich en vergelijkt die tijd met
de plaatselijke tijd.
De zon draait in 24 uur rond de aarde (in werkelijkheid
is het zoals vermeld andersom), wat betekent dat ze zich elk uur 15 graden verplaatst (360 graden
gedeeld door 24 uur). Als het op je schip drie uur later is dan in Greenwich,
dan ben je dus 45 graden ten westen van de nulmeridiaan.
Het probleem was dat er pas
nauwkeurige scheepsklokken kwamen in de tweede helft van de achttiende eeuw.
Kompas
De
tijd bepalen op het schip was geen probleem: dat kon nauwkeurig met een sextant
of een ander instrument gemeten worden. Maar de zeevaarders konden voor de
komst van de betrouwbare scheepschronometers onmogelijk weten hoe laat het was
op de plaats van vertrek. Daarom maakten ze gebruik van een gegist bestek. Met
behulp van een kompas (dat in de westerse wereld sinds de dertiende eeuw
in gebruik was) en een scheepslog tekenden ze hun vermoedelijke koers uit
vanuit hun vertrekpunt.
——————————————————————————————————–
“De snelheid van het schip werd bepaald door een voorwerp overboord te gooien.”
——————————————————————————————————–
Het kompas gaf de richting aan,
met de scheepslog kon de snelheid van de boot berekend worden. Dat gebeurde
door een voorwerp over de boeg van het schip te gooien en te noteren hoe lang
het duurt eer dat voorwerp (meestal aan houten balk aan een touw) de
achtersteven passeert. Met de informatie van het kompas en de scheepslog werd
dan de vermoedelijke koers uitgetekend op een kaart. Deze methode werd ook
toegepast voor het bepalen van de breedtegraad als de sterrenhemel verstopt
zat achter een dik wolkendek – het belangrijkste nadeel van sterrennavigatie.
(map: Atlas Coelestis)
Stroming, wind en kleine
onnauwkeurigheden in de metingen konden over langere afstand echter grote
afwijkingen opleveren, waardoor nog altijd veel schepen met man en muis
vergingen. Wel kon de positie gecorrigeerd worden bij het passeren van een
referentiepunt, zoals een eiland, dat vervolgens als nieuw startpunt voor de
uitgetekende koers wordt genomen. Een alternatief voor het bepalen van de
lengtegraad was de berekening via maantabellen, een methode die voor de komst van
de scheepschronometers door astronomen werd uitgedacht. Die metingen vroegen
echter meerdere uren tijd, waardoor de informatie altijd gedateerd was.
——————————————————————————————————–
“Als de Chinezen
op een dag het GPS-systeem uit de hemel schieten, raken alle schepen, vliegtuigen, auto’s, onderzeeërs, rugzaktoeristen en
precisiebommen hun weg kwijt.”
——————————————————————————————————–
De uitvinding van de
scheepschronometer rond 1760 was de ‘missing link’ in het navigatiesysteem. Nu
ook de lengtegraad nauwkeurig kon worden bepaald, konden er ook zeer
nauwkeurige zeekaarten gemaakt worden, die dan weer meer houvast gaven bij
bewolkt weer. Daarbij werd een netwerk van vuurtorens, boeien en lichtschepen
uitgebouwd, die de scheepvaart waarschuwden voor gevaarlijke
zandbanken of rotspartijen.
Vuurtorens
De eerste vuurtorens werden al meer dan 2000 jaar geleden gebouwd, maar door
het vervangen van open vuren door lampen op het einde van de achttiende eeuw
werden ze efficiënter en makkelijker te bedienen. Schepen maakten ook gebruik
van gongs, bellen en explosieven om
elkaar te waarschuwen in mist – in de helft van de negentiende eeuw werden die
technieken vervangen door de misthoorn.
Aan het eind van de negentiende eeuw was mariene navigatie geëvolueerd
tot een betrouwbaar systeem, steunend op de kennis van astronomen, wiskundigen,
cartografen en instrumentenbouwers. Dat hele systeem werd vervolgens met de
komst van radionavigatie en kort daarop satellietnavigatie in sneltreintempo
ontmanteld. Vuurtorens en
lichtschepen zijn bijna allemaal uit dienst genomen, en alleen oude koppige
scheepsvaarders of liefhebbers gebruiken nog een sextant.
——————————————————————————————————–
,,Het systeem kon onmogelijk vernietigd worden, omdat het niet centraal werd gecontroleerd. Niemand kan de sterrenhemel uitschakelen.”
——————————————————————————————————–
Het is nochtans belangrijk dat de kennis niet verloren gaat. GPS heeft
navigatie nog een stuk nauwkeuriger en vooral sneller en handiger gemaakt, waardoor er veel nieuwe toepassingen zijn ontstaan.
Maar het niet te onderschatten nadeel is dat we een navigatienetwerk
afbouwden dat onmogelijk
vernietigd kon worden, omdat het niet centraal werd gecontroleerd.
Terwijl we nu vertrouwen op een infrastructuur van een dertigtal
satellieten in de ruimte waarvan het beheer in handen is van een aantal
specialisten.
Als de Chinezen
op een dag het GPS-systeem uit de hemel schieten (en dat zouden ze kunnen), of als er iets mis gaat, raken alle schepen, vliegtuigen, auto’s, onderzeeërs, rugzaktoeristen en
precisiebommen hun weg kwijt. Op het gebied van navigatie worden we dan
terug gekatapulteerd, niet naar de 18e eeuw, maar naar de oudheid.
© Kris De Decker
——————————————————————————————————–
Meer hightech uit vervlogen tijden :
E-mail in de 18e eeuw : het internet is meer dan 200 jaar oud
De heruitvinding van het wiel : de geschiedenis van het monowiel
Vin de vent : de Fransen transporteren wijn met 19e eeuwse zeilboten
Drijf je laptop aan met spierkracht : de revival van de hendel
Unplugged computergames : de terugkeer van het bordspel
Supercomputers in de 19e eeuw : de legendarische machines van Charles Babbage
——————————————————————————————————–
www.lowtechmagazine.be 
