Der Kompass und die ruhige Nadel

Im Französischen heißt der Kompass boussole … fast dasselbe Wort. Nun zu der Frage, wie die Menschen überhaupt darauf gekommen sind. Am Anfang stand ein Stein, der von sich aus magnetisch ist … ein Eisenerz. Man nennt ihn Magneteisenstein. Wer einen Splitter davon frei aufhängt, sieht etwas Merkwürdiges: Der Splitter dreht sich in die Nord-Süd-Richtung. Diese Beobachtung war in Europa seit der griechischen Antike bekannt. Und in China kannte man sie in der Zeit der Streitenden Reiche … also zwischen dem Jahr vierhundertfünfundsiebzig und dem Jahr zweihunderteinundzwanzig vor unserer Zeit. Von der Beobachtung bis zum Gerät war es dann noch ein weiter Weg. Ein Splitter, der sich dreht, ist ein Wunder. Ein Splitter, der sich zuverlässig dreht, ist ein Werkzeug.

Vom schwimmenden Südweiser zum trockenen Kompass

Die erste Bauform arbeitete mit Wasser. Man machte eine Nadel magnetisch, legte sie auf etwas Leichtes … und ließ sie in einer Schale mit Wasser schwimmen. Chinesische Seeleute kannten diesen nassen Kompass wohl schon um das Jahr eintausend. Seit dem elften Jahrhundert benutzten sie eine schwimmende Nadel … und sie gaben ihr einen Namen, der mich freut. Sie nannten sie den Südweiser. Denn auf dem chinesischen Kompass ist nicht der Norden die Hauptrichtung, sondern der Süden. Dieselbe Nadel … dieselbe Nord-Süd-Linie … nur das andere Ende ist wichtig. Es ist eine Frage der Verabredung, nicht der Physik. Im östlichen Mittelmeer erfuhren die Matrosen von dem nassen Kompass und verbesserten ihn.

Und dann taten sie etwas, das man gut verstehen kann. Sie schwiegen darüber. Wer wusste, wo Norden ist, hatte einen großen Vorsprung gegenüber allen anderen. Und dazu kam: So ein Gerät wirkte, als sei Zauberei im Spiel. Also hielt man das Wissen möglichst geheim. Trotzdem gibt es früh Beschreibungen. Ein englischer Gelehrter beschrieb im Jahr eintausendeinhundertsiebenundachtzig eine magnetisierte schwimmende Nadel, die unter Seeleuten in Gebrauch war. Und um das Jahr eintausendeinhundertneunzig erwähnte ein französischer Mönch die schwimmende Magnetnadel in einer Schrift. Vielleicht ist diese Schrift des Mönchs sogar noch etwas älter. Dann kam die Bauform, die wir heute noch benutzen. Sie braucht kein Wasser mehr. Die Nadel schwimmt nicht mehr, sondern sitzt drehbar auf einer feinen Spitze.

Zum ersten Mal beschrieben wurde sie im Jahr eintausendzweihundertneunundsechzig, in einem Brief über den Magneten. Der Verfasser war ein Gelehrter, der sich mit dem Magneteisenstein beschäftigte … und damit war der trockene Kompass da. Er war genauer, denn die Nadel treibt nicht mehr in der Schale umher, sondern bleibt an ihrem Platz. Und deshalb konnte man mit ihm besser navigieren. Im späten dreizehnten Jahrhundert kamen die Seefahrer des Mittelmeers als erste auf eine naheliegende Idee. Sie legten die Magnetnadel auf eine Scheibe, auf der alle Richtungen eingezeichnet sind. Windrose heißt diese Scheibe … oder Kompassrose. Ab da liest man die Himmelsrichtung nicht mehr aus der Nadel ab. Man liest sie unter der Nadel.

Am Hafen von Amalfi in Italien steht übrigens ein Denkmal für den angeblichen Erfinder des Kompasses … einen Seefahrer, dessen Existenz nicht gesichert ist. Die Legende um ihn beruht wahrscheinlich auf einem Übersetzungsfehler. Da steht also ein Standbild für einen Menschen, den es vielleicht nie gegeben hat. Ich finde, das darf ruhig stehen bleiben. Auf den deutschen Seeschiffen … damals waren das die hansischen Schiffe … wurde der Kompass erst im fünfzehnten Jahrhundert benutzt. Die englischen und die südeuropäischen Seefahrer waren ihnen darin deutlich voraus. Und nach China kam der trockene Kompass erst um das Jahr eintausendsechshundert … über Japan. Japan hatte ihn von Spaniern und Portugiesen übernommen. Der nasse Kompass war einst aus China nach Europa gekommen … und mehr als dreihundert Jahre später ging die trockene Bauform den Weg zurück.

Um das Jahr eintausendvierhundert bekam der Kompass ein Zuhause. Europäische Seefahrer bauten Nadel und Windrose in ein festes Gehäuse ein. So konnte das Gerät fest auf dem Schiff bleiben, an einem bestimmten Platz. Dann kam ein Vorschlag von einem Mann, den du aus ganz anderen Zusammenhängen kennst. Leonardo da Vinci schlug vor, dieses Gehäuse beweglich aufzuhängen. Diese Art von Aufhängung heißt kardanisch. Sie lässt den Kasten in der Mitte frei hängen. Das Schiff darf sich dann bewegen, wie es will … und der Kasten bleibt trotzdem waagerecht. Ab dem Jahr eintausendfünfhundertvierunddreißig wurde die Idee verwirklicht. Im Laufe des sechzehnten Jahrhunderts setzte sie sich in ganz Europa durch. Die Nadel sucht sich ihre Richtung. Und dann bleibt sie stehen.

Warum die Nadel nicht genau nach Norden zeigt

Nun kommt der Punkt, an dem der Kompass ein wenig komplizierter wird … und viel interessanter. Er zeigt nämlich nicht genau nach Norden. Anfang des fünfzehnten Jahrhunderts bemerkte man das in Europa. Die Nadel weicht von der Richtung zum geografischen Nordpol ab … also von dem Norden, um den sich die Erde dreht. An manchen Orten weicht sie nach Westen ab, an anderen nach Osten. Und wie stark sie abweicht, ist von Ort zu Ort verschieden. Diese Abweichung hat zwei Namen. Man nennt sie Ortsmissweisung … kurz Missweisung … oder Deklination. Wer sie zuerst erkannt hat, ist nicht sicher. Sicher ist nur, wer zuerst darüber geschrieben hat: Georg von Peuerbach, ein Astronom, der sich nach seiner kleinen Heimatstadt in Österreich nannte.

Von ihm stammt auch der älteste erhaltene Kompass, in dem die Missweisung eingezeichnet ist. Jemand hat also auf ein Instrument geschrieben, um wie viel es sich irrt. Und dieses Instrument gibt es noch. Später wurde die Missweisung vermessen … richtig vermessen. Ein englischer Seefahrer nahm in allen Gebieten, die er bereiste, genaue Messungen davon vor. Aus seinen Zahlen entstand die Grundlage für die erste Karte, die die Missweisung rund um den ganzen Globus zeigte. Eine Karte, auf der nicht Länder eingetragen sind … sondern Fehler. Schon um das Jahr eintausendfünfhundertzweiundvierzig wusste man auch, dass es eine Linie ohne jede Missweisung gibt. Auf dieser Linie zeigt der Kompass genau nach Norden. Sie heißt Agone.

Und ein weiterer Engländer entdeckte etwas, das alle diese Karten in Bewegung bringt. Die Missweisung bleibt nicht gleich. Sie ändert sich im Laufe der Zeit. Eine Karte der Missweisung ist also immer eine Karte von heute. Warum das so ist, kann man in wenigen Sätzen sagen. Die Erde hat nicht nur zwei geografische Pole, sondern auch zwei magnetische. Und die Linie zwischen den beiden magnetischen ist gegen die Erdachse geneigt … um etwa elf Komma fünf Grad. Anders gesagt: Die magnetischen Pole liegen nicht dort, wo die geografischen liegen. Sie sind derzeit etwa zweitausend Kilometer von ihnen entfernt. Und sie bleiben nicht liegen. Sie verändern ihre Lage im Laufe der Zeit.

Denn tief im Inneren der Erde liegt ein Kern aus Metall, und der ist in Bewegung. Auf diesen Strömungen beruht der Erdmagnetismus … und die Strömungen sind veränderlich. Tief unten im Inneren bewegt sich also etwas … und oben auf dem Tisch zittert deshalb eine Nadel ein wenig anders als vor hundert Jahren. Dazu kommt der Ort selbst. Mancherorts beeinflusst das Gestein den Verlauf der Feldlinien … also der Bahnen, an denen sich die Nadel ausrichtet. Eisenhaltiges Gestein zum Beispiel. Deshalb ist die Abweichung an jedem Ort der Erde eine andere. Und jetzt kommt eine Frage, die seit Jahrhunderten für Verwirrung sorgt. Liegt im Norden der Erde eigentlich der magnetische Nordpol … oder der magnetische Südpol.

Ein Blick in die Geschichte hilft. Als man die magnetische Eigenschaft der Nadel entdeckte, gab man ihren Enden Namen. Das Ende, das nach Norden zeigte, nannte man naheliegenderweise den Nordpol der Nadel. Erst viel später verstand man, warum sie sich überhaupt dreht. Bei Magneten ziehen sich immer die gegensätzlichen Pole an. Da war die Benennung aber schon festgelegt. Wenn also die nordweisende Spitze der Nadel ihr magnetischer Nordpol ist … dann muss das, was sie anzieht, ein magnetischer Südpol sein. Der Magnetpol oben im Norden der Erde ist demnach ein magnetischer Südpol. Das ist physikalisch richtig … und im Alltag ohne Bedeutung. Im allgemeinen Sprachgebrauch heißt die Richtung dorthin einfach magnetisch Nord.

Und um die Verwirrung ganz zu umgehen, sagt man in neuerer Zeit auch: der arktische Magnetpol … und der antarktische. Die erste Eigenheit des Feldes war die Missweisung. Es gibt noch eine zweite … und sie hat einen Kompassbauer einmal sehr geärgert. Ein englischer Kompassbauer bemerkte, dass eine sorgfältig ausbalancierte Nadel sich neigte, sobald er sie magnetisiert hatte. Sie lag nicht mehr waagerecht. Ein Ende hing nach unten. Er half sich, indem er das hochliegende Ende mit einem Gewicht beschwerte. Und dann erkannte er die Ursache und schrieb eine Abhandlung darüber. Die Ursache heißt Inklination. Das ist die Neigung der magnetischen Feldlinien gegen die Waagerechte. Die Feldlinien laufen nämlich nicht flach über den Boden. Sie tauchen schräg in die Erde hinein.

Inklination und der Aufbau der kleinen Dose

In Mitteleuropa beträgt diese Neigung etwa sechsundsechzig Komma fünf Grad. Das ist steil. Ein rechter Winkel hat neunzig Grad … die Feldlinien tauchen hier also schon weit nach unten. Man kann das Feld in zwei Richtungen zerlegen: in einen Teil, der nach unten zieht, und einen, der nach Norden zieht. Der nach unten ziehende ist hier rund doppelt so stark. Für die Nordrichtung ist nur der waagerechte Anteil wichtig. Die Neigung spielt aber eine Rolle, wenn man einen Kompass baut. Bei einfachen Kompassen beschwert man die Südhälfte der Nadel … also die Hälfte, die nach Süden zeigt … mit einem kleinen Gewicht. Dieses Gewicht hat einen hübschen Namen. Man nennt es den Reiter.

Er sitzt auf der Nadel und hält sie waagerecht … damit sich das nördliche Ende nicht nach unten neigt. Ein solcher Kompass funktioniert dann aber nur auf der Halbkugel, für die er gebaut wurde. Auf der Südhalbkugel ist die Neigung des Feldes umgekehrt. Dort kippt die Nadel nach der anderen Seite und berührt schlimmstenfalls den Boden des Gehäuses. Darum teilen viele Hersteller günstigerer Modelle die Welt in waagerechte Streifen ein … in bis zu fünf solche Zonen. Für jede Zone gibt es eine eigene Variante, deren Nadel dort ausbalanciert ist. Bei höherwertigen Modellen hängt die Nadel so, dass sie sich auch nach oben und unten frei neigen darf … dann ist ein und derselbe Kompass weltweit brauchbar.

Und es gibt Kompasse, bei denen die Nadel kardanisch hängt … vor allem die Kugelkompasse. Die brauchen gar keinen Ausgleich. Ihre Nadel steht unter Umständen ziemlich schief … aber das behindert sie beim Drehen nicht. Jetzt schauen wir uns die kleine Dose auf dem Tisch genauer an. Sie besteht aus überraschend wenigen Teilen. Da ist eine drehbare Nadel aus ferromagnetischem Material … also aus einem Stoff, der magnetisch werden kann. Und da ist ein Gehäuse, in dem diese Nadel möglichst reibungsarm gelagert ist. Für diese Lagerung nimmt man etwas Kostbares. Man nimmt abriebfeste Edelsteine. Rubin zum Beispiel … oder Saphir. In manchem Kompass steckt also ein kleiner Edelstein, damit eine Nadel leicht laufen kann.

Am Rand des Gehäuses sitzt in der Regel ein Ring mit Gradzahlen. Beim Schiffskompass ist es umgekehrt: Dort liegt die ganze Scheibe mit den Zahlen auf der Nadel … und am Gehäuse ist nur eine feine Marke angebracht. Sie heißt Steuerstrich, und sie zeigt dorthin, wohin der Bug des Schiffes zeigt. An ihr liest man ab, wohin man fährt. Die meisten Kompassgehäuse … die kleine Dose um die Nadel … sind heute mit einer Flüssigkeit gefüllt. Das hat einen einfachen Zweck. Die Flüssigkeit dämpft die Bewegung der Nadel. Dadurch zittert die Nadel bei Erschütterungen weniger … und man kann besser ablesen. Und trotzdem findet sie ihre Richtung noch schnell. Beides zusammen ist der Trick.

Die Flüssigkeit ist meist ein leichtes Öl oder ein Lösungsmittel. Sie muss zwei Dinge können. Die Nadel darf in ihr nicht rosten … und die Flüssigkeit darf bei Kälte nicht dick werden. Sie soll auch bei Frost noch dünn genug sein, damit die Nadel leicht läuft. Die Nadel sucht sich ihre Richtung. Und dann bleibt sie stehen. Für die Arbeit mit der Karte nimmt man heute meist eine bestimmte Bauform. Sie heißt Plattenkompass … oder auch Kartenkompass. Bei ihr sitzt das Gehäuse mit der Nadel in einer durchsichtigen Platte aus Acrylglas. Diese Platte erleichtert die Arbeit mit der Karte, weil man sie einfach darauflegen kann. Auf dem Kompass sind Nord-Süd-Linien eingezeichnet.

Plattenkompass, Marschkompass und die Deviation

Und auf einer topografischen Karte … einer Karte, die das Gelände zeigt … liegt ein Gitternetz aus geraden Linien. Man dreht die Platte, bis die Linien auf dem Kompass parallel zu den Linien auf der Karte liegen. Dann muss man die Karte selbst nicht mehr einnorden … also nicht mehr passend zum Gelände hinlegen. Ein durchsichtiges Stück Kunststoff … und die Arbeit wird leichter. Und für das Peilen in der Landschaft gibt es eine zweite Bauform. Man nennt sie Marschkompass. An ihrem Gehäuse ist eine Peilvorrichtung angebracht … eine Kerbe hinten und ein kleiner Stift vorn, über die man auf das Ziel schaut. Kimme und Korn nennt man das. Damit kann man einen Punkt in der Landschaft anvisieren und den Kompass darauf ausrichten.

Oberhalb der Dose mit der Nadel sitzt ein Spiegel, der sich schräg stellen lässt. Er ist dafür da, dass man beides gleichzeitig sehen kann … den Punkt in der Ferne und die Nadel im Gehäuse. Und der Ring mit den Gradzahlen lässt sich drehen. Auf ihm kann man die Nordmarkierung mit der Nadel zur Deckung bringen … also so drehen, dass beides übereinanderliegt. Mit diesem Gerät kann man zwei Dinge tun … und sie sind einander genau entgegengesetzt. Das erste: Man will wissen, in welcher Richtung etwas liegt, das man sieht … ein Turm, ein Berggipfel. Dazu peilt man es an. Dann dreht man den Ring, bis seine Nordmarkierung genau über der Nadel liegt … und liest an der Peilrichtung die Gradzahl ab.

Das ist die Himmelsrichtung, in der dieser Punkt liegt. Das zweite: Man weiß, in welche Richtung man gehen will, und sucht sie im Gelände. Diese Richtung ermittelt man aus der Karte … oder man bekommt sie vorgegeben. Man nennt sie die Marschzahl. Also die Richtung als Gradzahl. Sie wird auf dem Ring eingestellt. Dann hält man den Kompass am ausgestreckten Arm und dreht sich langsam um die eigene Achse … so lange, bis die Nadel mit der eingestellten Richtung zur Deckung kommt. Jetzt zeigt die Peilvorrichtung dorthin, wo es hingehen soll. Und dann kommt der Teil, der mir am besten gefällt. Man sucht sich in dieser Richtung einen Punkt, den man sehen kann … und geht einfach auf ihn zu.

Man muss dabei nicht mehr auf das Gerät schauen. Nur noch auf diesen einen Punkt. Nun ist da noch eine Störung, die nicht von der Erde kommt, sondern von dem, was um den Kompass herum liegt. Magnetische Gegenstände in der Nähe ziehen die Nadel zu sich. Auch fließender Strom erzeugt ein Magnetfeld … Wechselstrom wie Gleichstrom. Diese Ablenkung hat einen eigenen Namen. Sie heißt Deviation. Ein besonderes Problem ist sie in Fahrzeugen, weil dort viel Eisen und viel Strom auf engem Raum ist. Man gleicht sie mit Magneten aus. Man setzt kleine Magnete so in das Gehäuse, dass sie die Störung genau aufheben. Manche stecken fest in vorgesehenen Schlitzen, andere lassen sich mit einer Schraube langsam drehen, bis die Anzeige stimmt.

Und um das richtig zu machen, tut man etwas, das ich mir gern vorstelle. Man dreht das Schiff nach und nach in jede Himmelsrichtung … und berichtigt bei jeder die Anzeige. Ein Schiff, das sich langsam einmal ganz herumdreht, nur damit ein Instrument sich beruhigt. Ganz genau wird es dabei nie. Und dafür gibt es einen Zettel. Die Fehler, die nach dem Ausgleich noch bleiben, sollten unter fünf Grad liegen. Sie werden in eine Tabelle eingetragen. Man nennt sie Deviationstabelle. Bei Schiffen steht darin für jede Fahrtrichtung die passende Korrektur … alle zehn Grad ein Eintrag. Kurs nennt man diese Fahrtrichtung. Damit rechnet man die Richtung, die man auf der Karte abgegriffen hat, in die Zahl um, die man am Kompass halten muss.

Wiederholt wird dieser Ausgleich nach einem Aufenthalt in der Werft … oder wenn das Schiff eine ganze Ladung Stahl an Bord hat, denn so viel Eisen verzieht das Feld … oder wenn es lange in derselben Richtung gelegen hat. Denn auch das Liegen prägt sich in das Eisen ein. In der Luftfahrt gilt Ähnliches. Nach Veränderungen am Flugzeug oder in festgelegten Zeitabständen wird die Ablenkung überprüft. Im Flugzeug gibt es noch eine Eigenheit, die mit der Trägheit zu tun hat. Die drehbare Scheibe im Kompass hat Gewicht. Und was Gewicht hat, bleibt beim Beschleunigen ein Stück zurück und hängt sich in der Kurve schief. Darum zeigt ein mechanischer Magnetkompass beim Beschleunigen und in Kurven falsche Werte an.

Beim Steigen und beim Sinken übrigens nicht … obwohl das viele annehmen. Eine Kurve muss man auf nördlichen Kursen deshalb früher beenden, als der Kompass anzeigt … und auf südlichen später. Es gibt aber Kompasse ohne diesen Fehler. Gebaut werden sie von einer Schweizer und von einer deutschen Firma … entwickelt für Segelflugzeuge, für den Flug in den Wolken. Nun gibt es noch eine ganz andere Art von Kompass … und du hast wahrscheinlich einen dabei. Auch sie nutzt das Erdmagnetfeld. Nur hat sie keine Nadel mehr, sondern einen Sensor. Man nennt sie den elektronischen Kompass. Bei ihm ist das mit dem Ausgleich einfacher. Dort braucht es keine Magnete zum Ausgleich und keine Tabelle.

Der elektronische Kompass und die Satellitennavigation

Der Fehlerausgleich geschieht in der Elektronik. Stattdessen muss das Fahrzeug ein oder mehrere Male langsam gedreht werden, während das Gerät mitrechnet und sich seine eigene Abweichung merkt. Kalibrieren nennt man das. Es ist derselbe Gedanke wie beim Schiff, das sich einmal herumdreht. Und vielleicht hast du das sogar schon getan, ohne es zu wissen. Wenn ein Gerät verlangt, dass man es einmal langsam im Kreis dreht … dann kalibriert es seinen Kompass. Von diesen Sensoren will ich dir noch kurz erzählen. Darin sitzt ein kleines Plättchen, das spürt, wie stark ein Magnetfeld ist und woher es kommt. Hall-Sensor heißt die häufigste Bauart … es gibt auch andere Techniken. Neben dem Magnetfeld-Sensor steckt oft noch ein zweites Bauteil darin, das feststellt, wie das Gerät gerade zur Erdoberfläche liegt.

Sehr genau wird es mit einem besonderen Messgerät, das Fluxgate-Magnetometer heißt. Damit kann man das Erdmagnetfeld auf ein Hunderttausendstel seines Wertes genau bestimmen … nach Stärke und nach Richtung. Ein Hunderttausendstel … das ist, als würde man auf einem Kilometer noch einen Zentimeter merken. Der Nachteil aller elektronischen Kompasse ist immer derselbe. Sie brauchen Strom. Und darum darf man sich bei manchen Aufgaben nicht allein auf sie verlassen. Zur Ausrüstung gehört dann zusätzlich ein klassischer Magnetkompass … einer, der ohne alles funktioniert. Weil die Bauteile klein und billig sind, stecken sie inzwischen fast überall … in Mobiltelefonen und in Handgeräten für die Satellitennavigation. Und das führt zu einer Frage: Braucht man den alten Kompass eigentlich noch.

Wer beruflich damit umgeht, hat es einfach. Vermesser und Seeleute nutzen den Magnetkompass nach wie vor in erster Linie. Im Freizeitbereich ist es anders. Dort haben die Satellitengeräte die Arbeit mit Karte und Kompass fast vollständig verdrängt. Der Kompass kommt nur noch mit als Gerät für den Notfall … oder auf langen Touren durch die Wildnis. Eben weil er keine Energie braucht. Es gibt noch einen Unterschied, der ganz grundsätzlich ist. Ein Gerät, das nur mit Satelliten arbeitet, kann im Stillstand überhaupt keine Richtung bestimmen. Es zeigt nur in der Bewegung an, wohin die Bewegung geht. Auf Schiffen und in Flugzeugen kommt noch etwas dazu, das schön zu verstehen ist.

Der Kompass zeigt, wohin die Nase des Fahrzeugs zeigt. Das nennt man die Vorausrichtung. Das Satellitengerät zeigt, wohin sich das Fahrzeug wirklich über den Grund bewegt. Das nennt man den Kurs über Grund. Diese beiden sind meistens nicht dasselbe. Strömung oder Wind schieben ein Fahrzeug zur Seite. Die Nase zeigt dann in eine andere Richtung als der Weg. Ein geübter Navigator behält beide Werte im Auge … denn aus dem Unterschied ergibt sich, wie viel man vorhalten muss. Vorhalten heißt: die Nase ein Stück neben das Ziel richten, damit der Weg trotz Strömung stimmt. Der Kompass war nicht nur auf dem Wasser wichtig. Er war auch unter der Erde wichtig.

Unter Tage und unter Wasser

Im Bergbau haben ihn die Markscheider benutzt … das sind die Vermesser des Bergbaus. Sie brauchten ihn, um die Richtung zu bestimmen, in die ein Stollen vorgetrieben wird … und um zu verhindern, dass zwei Gruben versehentlich zueinander durchbrechen. In einer norditalienischen Bergstadt sind Kompasse dafür schon im dreizehnten und vierzehnten Jahrhundert belegt. Im Tiroler Bergbau war der Kompass in der zweiten Hälfte des fünfzehnten Jahrhunderts selbstverständlich. Und im Jahr eintausendfünfhundertfünf erschien ein Bergbüchlein über den Einsatz des Kompasses unter Tage … geschrieben von einem deutschen Gelehrten, der über den Bergbau forschte. Eine Schwierigkeit gibt es dabei allerdings, und sie liegt in der Natur der Sache. Große Massen, die sich stark magnetisieren lassen … Eisenerze zum Beispiel … verzerren das Erdmagnetfeld.

Besonders am Rand solcher Massen. Wer Eisen sucht, dem zeigt der Kompass also gerade dort ungenau an, wo er fündig wird. Unter Wasser ist der Kompass fast alles, was man hat. Ein Taucher kann ab einer gewissen Tiefe die Sonne nicht mehr sehen … und die Sterne schon lange nicht. Auch die Signale der Navigationssatelliten kommen nicht mehr an. Wasser schluckt sowohl das Licht als auch diese Funkwellen. Das Erdmagnetfeld dagegen durchdringt das Wasser ohne Weiteres. Darum ist der Kompass unter Wasser oft die einzige Möglichkeit, eine Richtung zu bestimmen. Man verbindet ihn dann mit zwei weiteren Angaben: mit der Zeit und mit der Geschwindigkeit. Richtung … Dauer … Tempo. Daraus ergibt sich der Weg.

Der Kreiselkompass und die Drehung der Erde

Auf größeren Schiffen nimmt man für die Richtung meist eine andere Art von Kompass. Einen, der das Erdmagnetfeld überhaupt nicht braucht. Von diesem Kompass will ich dir zum Schluss erzählen. Er heißt Kreiselkompass. Und er findet den Norden auf einem ganz anderen Weg: über die Drehung der Erde. In seinem Inneren sitzt ein Kreisel, der sich sehr schnell dreht. Ein solcher Kreisel behält seine Achse gern dort, wo sie ist … das kennst du von jedem Spielzeugkreisel, der aufrecht bleibt, solange er läuft. Nun ist dieser Kreisel aber so aufgehängt, dass seine Achse waagerecht bleiben muss. Und weil sich die Erde unter ihm wegdreht, kippt seine Achse ständig ein wenig gegen diese Aufhängung.

Daraus entsteht ein Drehmoment … also eine Kraft, die an der Achse dreht. Und nun das Merkwürdige an Kreiseln: Einer solchen Kraft weicht ein Kreisel nicht einfach nach. Er wandert quer dazu aus. Man nennt diese Ausweichbewegung Präzession. Sie schiebt seine Achse Stück für Stück zur Nord-Süd-Linie hin … und dort hört das Drehen auf. Darum nennt man einen solchen Kreisel meridiansuchend. Er sucht den Meridian … also die Nord-Süd-Linie. Der Kreiselkompass hat einen Vorteil, der alle Sorgen mit dem Magnetfeld auf einmal erledigt. Er zeigt nicht die magnetische Nordrichtung, sondern die wahre. Also die Richtung zum geografischen Nordpol … die, die auf der Karte steht. Bei ihm muss man keine Missweisung berücksichtigen, denn er hat mit dem Erdmagnetfeld nichts zu tun.

Dafür braucht er Zeit. Er muss sich einschwingen … und das dauert zwei bis vier Stunden. Zwei bis vier Stunden, bis ein Instrument weiß, wo Norden ist. Danach weiß es das sehr genau. Bei einem modernen Kreiselkompass liegt der Fehler unter einem halben Grad. Und er hat eine kleine Schwäche, die man ihm nachsehen muss. Fährt er nach Norden oder nach Süden, kommt seine eigene Fahrt zur Drehung der Erde hinzu … und er richtet sich ein wenig daneben aus. Das nennt man den Fahrtfehler. Bei zwanzig Kilometern in der Stunde beträgt er nur ein halbes Grad … bei hundertfünfzig Kilometern in der Stunde schon fünf Grad. Darum sitzt er vor allem auf langsam fahrenden Schiffen.

Und in der Nähe der Pole versagt er. Dort zeigt die Achse der Erde fast senkrecht aus dem Boden … und dann bleibt keine waagerechte Drehung mehr, an der sich der Kreisel ausrichten könnte. Erfunden wurde er über einen Umweg, wie so oft. Im Jahr eintausendachthunderteinundfünfzig arbeitete ein französischer Physiker mit einem Gerät, das man Gyroskop nennt. Ein Gyroskop ist ein Kreisel in einer beweglichen Aufhängung … gebaut worden war es einige Jahrzehnte früher. Und dabei entdeckte er, dass so ein Kreisel sich parallel zum Meridian stellen will, wenn man seine Achse in die Waagerechte zwingt. Er nannte ihn Meridiankreisel. Um das Jahr neunzehnhundert suchten dann mehrere Erfinder nach Wegen, einen Kreisel dauerhaft schnell drehen zu lassen.

Im Jahr neunzehnhundertvier bekam ein deutscher Erfinder ein Patent auf das technische Prinzip eines Kreiselkompasses. Und wie er darauf kam, ist eine schöne Geschichte. Er hatte Medizin und Kunstgeschichte studiert … nicht Technik. Durch die Bekanntschaft mit einem österreichischen Polarforscher kam er auf den Gedanken, den Nordpol unter dem Eis zu erreichen. Dafür brauchte es ein Unterseeboot, und Boote aus Eisen machen einen Magnetkompass unbrauchbar. Also musste ein Kompass her, der ohne Magnetismus arbeitet. Die ersten Versuche machte er auf einem Dampfer in der Ostsee. An dieser Erfindung hängt noch eine Begegnung, die ich dir erzählen will. Um ein Patent gab es später eine Auseinandersetzung … und dafür wurde ein Gutachter geholt.

Dieser Gutachter kam von einem Patentamt und hieß Albert Einstein. Zuerst sprach er sich gegen den Erfinder aus. Er meinte, dieser habe sich zu wenig mit den älteren Arbeiten zum Kreisel befasst. Dann lernte er ihn kennen … und änderte seine Meinung. Aus den beiden wurde eine Freundschaft. Sie tauschten von da an Ideen zum Kreiselkompass aus. Und diese Ideen führten zu einer Reihe von Verbesserungen. Am Ende stand eine Bauform, die man sich gut vorstellen kann: eine schwimmende Kugel mit zwei Kreiseln darin, vollständig versiegelt. Ein Kompass, der in einer Kugel schwimmt … und in dessen Patent Einsteins Anteil ausdrücklich genannt ist. Und nun komm mit zurück an den Tisch.

Zurück am Tisch: Grad, Neugrad und Strich

Die Lampe leuchtet noch. Das Holz ist warm. Die kleine Dose liegt da, mit ihrem Glas und ihrer Nadel. Unter der Nadel steht die Scheibe mit den Richtungen, von der ich dir vorhin erzählt habe. Sie ist in gleich große Abschnitte geteilt … meist in dreihundertsechzig. Das sind die Grad. Es gibt auch andere Teilungen. Manche Skalen teilen den Kreis in vierhundert Teile, das nennt man Neugrad. Andere in sechstausendvierhundert, das nennt man Strich. Und es gab eine ältere Teilung in nautische Striche, die man heute nur noch selten benutzt. Wie fein man auch teilt … die Nadel darüber tut immer dasselbe. Sie dreht sich auf einer feinen Spitze, in einem Lager aus Edelstein.

Sie steht in einem leichten Öl, das jede Bewegung beruhigt. Und sie richtet sich nach Feldlinien, die schräg in die Erde eintauchen … erzeugt von Strömungen tief im Kern. Von dort unten bis hier oben auf den Tisch … und niemand muss etwas dafür tun. Du kannst die Dose drehen, so oft du willst. Du kannst den Tisch verschieben. Die Nadel wird immer wieder hin und her schwingen … und dann wieder ruhig werden. Die Nadel sucht sich ihre Richtung. Und dann bleibt sie stehen. Sie zittert ein wenig … sie wird langsamer … sie kommt an. Immer dieselbe Richtung. Immer dasselbe Ende voran. Es gibt etwas, das ständig da ist. Auch jetzt. Auch hier im Zimmer.

Ein Feld, das man nicht sieht und nicht hört … und das trotzdem zuverlässig genug ist, um jemanden nach Hause zu bringen. Die Nadel steht still. Das Glas ist kühl. Das Holz ist warm. Die Lampe brennt noch einen Moment … und dann kann sie ausgehen. Du musst nichts mehr suchen. Die Richtung ist schon gefunden. Und du darfst jetzt schlafen. Gute Nacht. Schlaf gut. Bis morgen Abend.