Das Koordinatensystem der Erde (Breiten- und Längengrad)
Der erste Schritt bei der Übertragung der in der realen Welt enthaltenen Informationen auf ein „Stück Papier“ bestand darin, ein System zu entwickeln, mit dem alles auf der Welt eindeutig lokalisiert werden konnte.
Sehr frühe Karten (die in der Regel kleine lokale oder regionale Gebiete abbildeten) verwendeten ein Rasterverfahren, bei dem einfach die Entfernung und Richtung zwischen interessanten Punkten gemessen und dann auf das „Stück Papier“ aufgetragen wurde. Bei dieser Methode wurde davon ausgegangen, dass die Erde flach ist.
Nachdem man sich allgemein einig war, dass die Erde in Wirklichkeit rund ist, musste eine andere Methode entwickelt werden. Das System, das über viele Jahrhunderte hinweg entwickelt wurde, heißt Breiten- und Längengrad.
Die Bestimmung und Messung von Breiten- und Längengraden beinhaltet im Wesentlichen komplexe Mathematik (insbesondere Geometrie) und eine Reihe von internationalen Vereinbarungen ⁄ Konventionen zur Aufzeichnung von Orten auf der Erdoberfläche.
Breitengrad
Die erste Konvention, die entwickelt wurde, war der Breitengrad. Sie beruht auf langjährigen astronomischen Beobachtungen, wie sich die Sonne über die Oberfläche der Erde bewegt.
Aus diesen Beobachtungen entwickelte sich auch die Konvention, dass die Sonne:
- im Osten aufgeht und im Westen untergeht
- im europäischen Winter im Süden und im europäischen Sommer im Norden steht.
Man einigte sich darauf, eine Linie um den Erdmittelpunkt als Äquator zu bezeichnen. Dieser würde als null Grad (0°) der geographischen Breite nummeriert werden. Vom Äquator ausgehend wurde eine Reihe paralleler Linien festgelegt, wobei der nördlichste und der südlichste Punkt als Nordpol und Südpol bezeichnet wurden. Diese werden mit 90 Grad Nord und Süd (90°N und 90°S) nummeriert.
Es wurden auch vier signifikante Breitengradlinien vereinbart. Diese sind:
- 0° – Der Äquator
- 23,5°N und S – Die Tropen (im Norden Krebs und im Süden Steinbock genannt)
- Zwischen diesen beiden befindet sich die Sonne zu einer bestimmten Zeit des Jahres direkt über dem Kopf
- Jenseits davon befindet sich die Sonne nie direkt über dem Kopf
- 66.5°N und S – Die Polarkreise
- 90°N und S – Die Pole
- Jenseits der Pole und der Polarkreise sind im Sommer 24 Stunden Tageslicht (Mitternachtssonne) und im Winter 24 Stunden ohne Tageslicht möglich.
Da die Breitengrade wie Schnitte durch die Erde sind, haben sie unterschiedliche Längen. Zum Beispiel:
- der Äquator ist 40.075 Kilometer lang
- der Polarkreis ist 17.662 Kilometer lang
- der Südpol ist 0 Kilometer lang.
Aus offensichtlichen Gründen werden die Breitengrade Parallelen genannt.
Längengrad
Die Bestimmung des Längengrades war viel schwieriger, da er nicht auf Beobachtungen der Sonnenbewegung beruhen konnte. Sie wurde zum Teil durch die Entdeckung des magnetischen Nordens beeinflusst, aber letztendlich basiert die geografische Länge hauptsächlich auf abstrakten mathematischen/geometrischen Konzepten.
Die Konvention, auf die man sich schließlich einigte, war eine Reihe von strahlenförmigen Linien, die vertikal um die Erde verliefen. Sie verbanden sich an beiden Enden – d.h. am Nord- und am Südpol. Auf diese Weise entsteht eine Reihe von „Scheiben“, die den Scheiben einer Orange ähneln. Diese sind an den Enden spitz und in der Mitte am breitesten.
Man einigte sich darauf, dass eine Hauptlängenlinie festgelegt werden sollte, und dass diese den Längengrad 0° haben sollte.
Lange Zeit konnte man sich nicht darüber einigen, welche Längenlinie die Hauptlinie sein sollte. Aus offensichtlichen religiösen Gründen wurde in den frühen europäischen Karten oft Jerusalem als erster Längengrad verwendet. Andere frühe Kartographen, wie Ptolemäus, hatten Alexandria in Ägypten wegen seines Status als Zentrum der Gelehrsamkeit verwendet. Häufiger jedoch wählten viele Länder aus patriotischen Gründen eine ihrer Städte. Einige europäische Beispiele sind Kopenhagen, Madrid, Paris und Sankt Petersburg, während in den Vereinigten Staaten von Amerika Washington und Philadelphia gewählt wurden.
Schließlich wurde im Oktober 1884 auf der Internationalen Meridiankonferenz vereinbart, dass die durch das Königliche Observatorium in Greenwich im Vereinigten Königreich verlaufende Längengradlinie als primäre Standard-Längengradlinie angenommen werden sollte.
Im Osten und im Westen würden 180° Längengrad verlaufen. Diese würden sich auf der gegenüberliegenden Seite der Erde treffen und eine gemeinsame 180°-Längenlinie bilden (wobei 180°E und 180°W die gleiche Linie sind).
Längenlinien werden Meridiane genannt.
Zählt man die beiden zusammen
Kombiniert man Breiten- und Längengrade, erhält man ein System, mit dem man die Lage jedes beliebigen Merkmals auf der Erdoberfläche eindeutig bestimmen kann.
Erläuterung einiger Fachausdrücke – Hemisphären
Die Schaffung des Konzepts der Breiten- und Längengrade führte zur Schaffung des Konzepts der Hemisphären der Erde. Diese sind:
Erklärung einiger Fachausdrücke – Nordpol
Es gibt zwei Nordpole:
Der erste ist der geographische (oder wahre) Nordpol:
- Es ist der Punkt auf der Erde, der als der nördlichste Punkt berechnet wird, der am weitesten vom Äquator entfernt ist
- Er ist definiert als 90°N
- Er befindet sich in der Mitte des Arktischen Ozeans
Der zweite ist der magnetische Nordpol
- Es ist der Punkt, auf den ein Magnetkompass zeigt.
- Er befindet sich derzeit in kanadischen Hoheitsgewässern, westlich von Grönland. Er bewegt sich langsam in nordwestlicher Richtung über den Arktischen Ozean. Man schätzt, dass er sich mit einer Geschwindigkeit von etwa 40 Kilometern pro Jahr bewegt, und im letzten Jahrhundert hat sich der Magnetpol um beachtliche 1100 Kilometer bewegt.
- Diese magnetische Anziehungskraft und Bewegung ist ein Ergebnis der magnetischen Kräfte im Inneren der Erde.
Die GisGeography-Website bietet eine gute Erklärung, wie das Magnetfeld der Erde funktioniert, und Informationen über den magnetischen Nordpol: http://gisgeography.com/magnetic-north-vs-geographic-true-pole/ .
Schließlich gibt es auch zwei Südpole – den geografischen und den magnetischen. Der magnetische Südpol ist magnetisch, aber er ist sehr schwach und schwer zu erkennen, selbst wenn man sich in seiner Nähe befindet, weshalb Magnetkompasse nur selten zum magnetischen Südpol zeigen. Lesen Sie mehr über die Südpole auf der Website der Australian Antarctic Division http://www.antarctica.gov.au/about-antarctica/fact-files/geography/poles-and-directions
Erklärung einiger Fachausdrücke – Großkreise
Eine kreisförmige Linie, die an ihrem dicksten Punkt um die Erde verläuft, wird Großkreis genannt. Dieser Kreis muss über dem Erdmittelpunkt zentriert sein. Man beachte das Folgende:
- Alle Längengrade „verlaufen durch beide Pole“ und sind daher jeweils die Hälfte eines Großkreises
- Für Breitengrade ist nur der Äquator ein Großkreis
- Andere Großkreise können in jedem beliebigen Winkel über der Erde liegen – die einzige Einschränkung ist, dass sie den Erdmittelpunkt als Mittelpunkt haben müssen
Warum die Aufregung um Großkreise? Die Antwort ist, dass für zwei beliebige Punkte auf der Erdoberfläche die kürzeste Entfernung zwischen diesen Punkten immer auf einem Großkreis liegt. Wenn man sich eine Karte ansieht, ist ein Großkreis normalerweise keine gerade Linie. Das liegt an den Verzerrungen, die entstehen, wenn die Erdoberfläche auf ein „flaches Stück Papier“ projiziert wird.
Erläuterung einiger Fachausdrücke – Zeitzonen
Bis in die 1890er Jahre war die Zeitmessung eine lokale Angelegenheit. Die meisten Menschen richteten ihren Tag nach dem Lauf der Sonne – Sonnenaufgang, Mittag und Sonnenuntergang. Nur die Reichen konnten sich Uhren leisten, und vielerorts waren die Rathausuhren oder die Kirchenglocken die einzige Quelle für eine offizielle/konstante Zeitmessung.
In den späten 1800er Jahren entstand mit der Entwicklung der Langstrecken-Eisenbahnen ein Problem – sie mussten nach einem Fahrplan fahren, und uneinheitliche Zeiten verursachten erhebliche Probleme. 1878 schlug der Kanadier Sir Sanford Fleming ein System weltweiter Zeitzonen vor, das auf den Längengraden basierte. Mit Hilfe von 15° breiten Längengraden konnte er die Erde in 24 Zeitzonen einteilen (eine für jede Stunde des Tages).
Der 0°-Längengrad (Meridian von Greenwich) wurde als Anfangspunkt des Systems gewählt und der 180°-Längengrad als Endpunkt. Im Osten wurde die Zeit immer später am Tag und im Westen immer früher am Tag. Dies führte zur Entstehung eines interessanten Phänomens an der 180°-Längenlinie – der internationalen Datumsgrenze.
Bis Mitte des 19. Jahrhunderts war dies ein international vereinbartes System, obwohl einige Länder, um die Zeitabweichungen zu minimieren, sich dafür entschieden, eine bestimmte Zeit für ihr ganzes Land zu wählen – unabhängig davon, wo die Längslinien verlaufen.
Auf dieser Karte ist Folgendes zu beachten:
- Wie die Zeitzonen der einzelnen Länder mit ihren internationalen oder staatlichen Grenzen übereinstimmen – z. B:
- China, das fünf Zeitzonen durchquert, hat sich dafür entschieden, nur eine Zeit zu verwenden
- Australien und die Vereinigten Staaten von Amerika durchqueren mehrere Zeitzonen und haben sich dafür entschieden, diese Zeiten zu verwenden – aber diese sind an die Staats-/Gebietsgrenzen angepasst
- Frankreich und Spanien, die sich in derselben Zeitzone wie das Vereinigte Königreich befinden, haben sich dafür entschieden, die benachbarte Zeitzone zu verwenden – genau wie die anderen Länder in Kontinentaleuropa
- Die internationale Datumsgrenze folgt nicht vollständig der 180°-Längenlinie – sie verläuft vielmehr im Zickzack um die Grenzen verschiedener Länder.