Immer Ärger mit dem Nordpfeil
Auf Zeichnungen archäologischer Befunde (z. B. von Hausgrundmauern, Tempelgrundrissen) findet man üblicherweise einen Pfeil, der die Himmelsrichtung Nord angibt. Meistens bildet der Pfeil mit der Richtung des Befundes einen schiefen Winkel, der manchmal groß und deutlich erkennbar, manchmal nur beim genauen Hinschauen zu erkennen ist. Abbildung 1 zeigt als Beispiel den Fall einer geringen Abweichung der Tempelquerachse von der Nordrichtung.
Eine stichprobenweise Auswertung von 17 Grundrissen griechischer Tempel in den Monographien von Gruben und Lübke-Semrau ergab: Meist zeigt der Cella-Eingang mehr oder minder genau nach Osten (90° ± 15°), jedoch nehmen die Abweichungen z. T. beträchtliche Werte an (die Auswertung ergab Werte von Ost = 90° +20° und –80°).
Alles klar, kann man denken, die Tempel stehen eben etwas schief in Bezug auf die Himmelsrichtung in der Landschaft. Die Gründe für diese intentionellen Abweichungen liegen oft in der Topographie des Standortes, auch in einer gewünschten Ausrichtung auf ein anderes Bauwerk oder eine Landmarke. Wenn man aber weiter darüber nachdenkt, wird die Sache komplizierter.
Wie wurde die Nordrichtung bestimmt? Vom Ausgräber sicherlich mit dem Magnetkompass, aber wie, wenn überhaupt, vom antiken Baumeister? Wie funktioniert der Magnetkompass? Wie genau arbeitet er? Wie und wann wurde er erfunden? Im Folgenden soll diesen Fragen nachgegangen werden.
Die Antwort auf die Frage, wie der Magnetkompass funktioniert, weiß jeder: die Magnetnadel richtet sich im Magnetfeld der Erde aus, der Nordpol der Nadel weist nach Magnetisch Nord – wo jedoch der magnetische Südpol der Erde liegt. Vom magnetischen Nordpol der Erde würde der Nordpol der Nadel abgestoßen werden, er würde nach Magnetisch Süden zeigen. Das überraschende Ergebnis dieser Überlegung ist also: Der magnetische Südpol der Erde liegt im Norden, wir nennen ihn nur deswegen den magnetischen Nordpol, weil die Nordspitze der Magnetnadel im Kompass auf ihn zeigt. Dies ist eine reine Frage der Übereinkunft, die jedoch keine weiteren Probleme zur Folge hat.
Ein Problem liegt jedoch darin, dass der magnetische Nordpol nicht mit dem geographischen Nordpol (der Stelle, an der die gedachte Erdachse die Erdoberfläche durchstößt) zusammenfällt. Diese horizontale Abweichung, von den Seeleuten Missweisung, physikalisch Deklination genannt, ist leider nicht konstant, sondern abhängig vom Ort auf der Erdoberfläche, sie ändert sich darüber hinaus im Laufe der Zeit. Hinzu kommen lokale magnetische Störungen in der Umgebung der Messstelle (z. B. Eisenerzlagerstätten, Hochspannungsleitungen, Mobiltelefone), die zu einer anderen Art der Abweichung, der Deviation, führen.
Die Inklination, die vertikale Missweisung, soll an dieser Stelle außer Betracht bleiben. Es genügt hier zu sagen, dass eine um die horizontale Achse drehbare Magnetnadel am magnetischen Pol genau senkrecht nach unten zeigt, am Äquator etwa tangential zur Erdoberfläche. Sie wird auf der Nordhalbkugel dadurch einigermaßen korrigiert, dass die den Südpol tragende Seite der Magnetnadel etwas schwerer ausgebildet wird als die Nordseite der Nadel.
Wie schon angedeutet, wandert der magnetische Nordpol in historischen Zeiträumen auf einer äußerst unregelmäßigen Bahn, was die Verwendung der Deklination zur Datierung mit Hilfe des remanenten („dauerhaft eingeprägten") Magnetismus von Ziegeln, magnetisierten Bodenproben z. B. von Feuerstellen u. ä. ermöglicht.
Der Ausgräber der heutigen Zeit muss die Anzeige seines Magnetkompasses korrigieren. Die zu diesem Zweck auf der Kompassrose angebrachte Markierung ist jedoch unzuverlässig, oft falsch und daher unbrauchbar. Abbildung 2 zeigt einen Kompass, dessen Missweisungsmarkierung bei etwa 354° für Württemberg im Jahr 2009 falsch ist.
Die Einschränkung „sofern die Korrektur stimmt" kennzeichnet das Problem: sie stimmt nämlich nicht, hat einmal für einen unbekannten Ort zu einer unbekannten Zeit gestimmt und ist somit in allen anderen Fällen unbrauchbar! Die Missweisung ist auf dem oben abgebildeten Kompass mit etwa –6°, also 6° nach Westen oder - anders ausgedrückt - mit 354 ° ausgewiesen. Dies soll offenbar ein Mittelwert sein, mit dem bei der praktischen Arbeit gerechnet werden kann. Der Wert ist jedoch zu ungenau, so liegt die Deklination zur Zeit in Württemberg bei 0 bis +1°. Wenn man also die Anzeige des oben abgebildeten Kompass unter Anwendung der auf ihm angegebenen Deklination korrigiert, begeht man in Württemberg einen Fehler von 6 bis 7°! Für eine wissenschaftliche Arbeit ist dies nicht akzeptabel, man muss vielmehr mit der jeweils gültigen Korrektur arbeiten, die z. B. auf den Topographischen Karten der Landesvermessungsämter angegeben ist.
Es muss hinzugefügt werden, dass die Missweisung in anderen Gegenden und zu anderen Zeiten weitaus größere Werte als heute in Württemberg aufweist. So betrug sie in Deutschland um 1920 10 bis 5° West, also 350-355°. Sie verändert sich bei uns in der Gegenwart in Richtung Ost. Im Norden des nordamerikanischen Kontinents beträgt sie bis zu etwa 45° West. Die Deklination geht sicherlich auf große Eisenerzlagerstätten zurück. Die Ursachen für den Erdmagnetismus überhaupt und die Wanderung der Pole sind noch nicht befriedigend geklärt.
Auf den Zeichnungen wird üblicherweise leider nicht angegeben, ob und wie die Nordrichtung korrigiert wurde. Es ist weiterhin zu bedenken, dass jede rechnerische Korrektur eines Messwertes die Gefahr des Verrechnens in sich birgt. So ergab sich für das in Abbildung 1 angeführte Beispiel bei der Auswertung einer anderen Publikation eine entgegengesetzte Abweichung der Tempelausrichtung – statt 88° eine von 93°. Der Grund dafür ist nicht ohne weiteres zu erkennen, wahrscheinlich er liegt im zeitlichen Abstand der Publikationen. Man kann der Ansicht sein, dass eine Abweichung in dieser Größe praktisch bedeutungslos ist. Das mag für viele Fälle zutreffen, bei archäoastronomischen Auswertungen z. B. kann man sie nicht einfach akzeptieren.
Es ist leider manchmal zu beklagen, dass der Nordpfeil auf Zeichnungen nicht korrekt angebracht ist. Er ist oft zu klein, manchmal weist er auch in die falsche Richtung. So erging es einmal dem Autor: er fand sich bei der Begehung eines Ausgrabungsgeländes anhand einer Publikation nicht zurecht, die Beschreibungen stimmten nicht mit den Befunden überein. Nach kurzem Zweifel merkte er schließlich, dass der Nordpfeil auf der Zeichnung nach Osten wies. Es ist also Vorsicht angebracht!
Wie bestimmte nun aber der antike Baumeister die Himmelsrichtung, wenn er dies wollte? Seine Methode geht von der einfachen Tatsache aus, dass die Sonne bei ihrem täglichen Höchststand genau im geographischen Süden steht. Er muss die Schattenlänge eines senkrecht in die Erde gesteckten Stabes beobachten, und zwar ein Längenpaar markieren, das etwa 1-2 Stunden vor und nach dem Höchststand (Mittag) gleich lang ist. Verbindet er die so bestimmten Schattenendpunkte miteinander, hat er die exakte Ost-West-Richtung; senkrecht dazu verläuft die Nord-Süd-Richtung.
Der Schatten weist dabei immer in den Norden. Bereits Vitruv (ca. 55 v. Chr. bis 14 n. Chr.) beschreibt Ende des 1. Jahrhunderts v. Chr. diese Methode genau.
Wer erfand wann den Magnetkompass?
Es muss leider gesagt werden, dass diese Frage noch immer weitgehend ungeklärt ist und sehr kontrovers diskutiert wird. Hier können nur einige Aspekte wiedergegeben werden. Die Erfindung wird u. a. – mit ziemlicher Sicherheit zu Unrecht – einem Flavio Gioia aus Amalfi zugeschrieben, der jedoch historisch nicht greifbar ist und anscheinend gar nicht gelebt hat. Vermutlich wurde dem Magnetkompass in Amalfi um 1300 lediglich die heute noch übliche Form des Dosenkompasses gegeben, die eigentlichen Entdecker der magnetischen Nadel und ihrer Ausrichtung im Magnetfeld der Erde dürften Chinesen gewesen sein. Aus China ist die Erfindung des magnetisches Löffels im 1. nachchristlichen Jahrhundert bekannt, nach anderen Quellen wurde ein Kompass in China bereits im 4.-3. Jahrhundert v. Chr. beschrieben.
Die in Abbildung 5 gezeigte chinesische Silbermünze 5 Yuan aus dem Jahr 1992 lässt weitere Einzelheiten erkennen. Der Löffel ruht in einer kleinen Mulde, was einerseits sein Ausgleiten verhindert, zum anderen aber nach Füllung der Mulde mit Wasser oder Öl die Reibung vermindert. Die Münze zeigt weiterhin als bedeutsame Erfindung den Kompasswagen. Die Figur auf ihm weist immer in die einmal eingestellte Richtung, gleichgültig, welche und wie viele Kurven der Wagen fährt. Erreicht wird dies durch ein spezielles Getriebe (ähnlich einem Differentialgetriebe), auf dem die Figur ruht. Weiterhin ist oben am Rand eine Magnetnadel zu erkennen. Alle drei Geräte weisen nach Süden. Die Reiter, offensichtlich Soldaten, und die Darstellung der Chinesischen Mauer auf der Rückseite der Münze weisen auf die militärische Bedeutung der dargestellten Erfindungen.
Die Erfindung des Löffelkompasses dürfte auf die zufällige Beobachtung zurückzuführen sein, dass ein aus dem schön schwarzen Mineral Magnetit geschnitzter Löffel sich in der Suppentasse immer in einer bestimmten Richtung orientiert. Die Flüssigkeit wird diesen Vorgang durch Verringerung der Reibung begünstigt haben.
Aus dem Jahr 1040 ist aus China die Beschreibung eines magnetisches Fisches aus permanent magnetisierten Eisen bekannt, der sich auf Wasser schwimmend immer mit dem Kopf nach Süden ausrichtet. Seine Herstellung und Magnetisierung werden genau beschrieben. Zwischen 1000 und 1250 entstand in China ein Buch, das erst 1325 gedruckt wurde und eine auf einer Nadelspitze ruhende Schildkröte beschreibt, deren aus einer Magnetitnadel bestehender Schwanz nach Süden wies. Die Verwendung des Magnetkompasses für die Navigation auf See wird in China erstmals um 1111-1117 erwähnt. Allerdings stand wohl zunächst die mystisch anmutende Eigenschaft der Südweisung des Kompasses im Vordergrund; sie fand Anwendung beim Weissagen und beim Praktizieren des Fengshui. Ein um 1088 in China verfasstes Buch beschreibt sogar schon die Missweisung des Magnetkompasses.
Insgesamt gesehen ergibt sich also, dass der Magnetkompass eine chinesische Erfindung ist, die im 13. Jahrhundert auf (noch) unbekanntem Weg nach Europa gelangte. Sogar sein Nachteil, die Missweisung, war den Chinesen bekannt.
Es gibt vage Hinweise darauf, dass bereits Plinius d. Ä. (23/24 bis 79 n. Chr.) das Prinzip des Magnetkompasses kannte. In seinem Werk „Naturalis Historia" beschreibt er sehr eingehend die magnetischen Eigenschaften des Eisens und seiner Erze sowie magnetische Berge im Norden und Süden. Dies könnte ein Hinweis sein, dass Plinius um die nord- oder südweisende Eigenschaft des Magneten wusste. Man kann weiterhin annehmen, dass er wegen der militärischen Bedeutung dieses Wissens (er war Kommandant der römischen Flotte von Kap Misenum) zur Geheimhaltung von Einzelheiten verpflichtet war.
Literatur
Aczel A. D., Der Kompass, (Reinbek bei Hamburg 2005) 85-98.
Gruben, G., Die Tempel der Griechen4 (München 1986) passim.
Lübke W., M. Semrau, Die Kunst des Altertums14 (Esslingen 1908) 171.
Plinius Secundus d. Ä., Über Glas und Metalle, übersetzt und kommentiert von der Projektgruppe PLINIUS, R. C. A. Rottländer (Hrsg.), (St. Katharinen 2000) 329-30.
Vitruvius Pollio M., De architectura libri decem I, 6. Übers. von F. Reber (Wiesbaden 2004) 40; 43-44 .