Het bepalen van de breedtegraad

Met de bestaande, oude navigatiemiddelen bleef het gissen naar de plaats waar een schip zich nu eigenlijk bevond op de wereldbol. Het bijhouden van vaarrichting en afstand was erg onderhevig aan fouten, niet alleen omdat de metingen ver van precies waren, maar ook omdat men moeilijk rekening kon houden met de bewegende watermassa (getij en stroming) en de wind het schip ook in zijn geheel in een bepaalde richting kon duwen (het verlijeren). Men spreekt dan ook van een ‘gegist bestek’. De enige manier om te weten te komen waar een schip zich nu precies bevindt, is door de positie te bepalen aan de hand van de breedte- en lengtegraad. Noorder- of zuiderbreedte bepalen was relatief simpel en komt in dit artikel aan bod. Ooster- of westerlengte bepalen was heel wat moeilijker en wordt in een volgend, apart artikel besproken.

De 14de-eeuwse kruisstaf, ook bekend als Jacobstaf of voorstaf, bestaat uit een gekalibreerde staf waarlangs een dwarsbalkje kan schuiven. Dit balkje heeft twee gaatjes aan de uiteinden. Wanneer de navigator langs de staf kijkt moet door het ene gaatje de horizon te zien zijn en door het andere het midden van de zon, zodoende kan hij de hoek meten tussen de zon en de horizon. Als deze hoek gemeten is wanneer de zon op zijn hoogst staat, dan kan hieruit de breedtegraad van de positie afgeleid worden. De breedtegraad vertelt hoe noordelijk of zuidelijk je je bevindt ten opzichte van de evenaar.

Uiteraard bevindt de zon zich niet altijd recht boven de evenaar, er moet rekening gehouden worden met de declinatie van de zon, de hoek tussen de evenaar van de aarde en de stralen van de zon. Deze hoek wordt veroorzaakt omdat de as waar de aarde om draait ‘scheef’ staat ten opzichte van de zon. Omstreeks 21 juni staat de zon loodrecht boven de Kreeftskeerkring, op ongeveer 23°26' noorderbreedte. Op het noordelijk halfrond zijn dan de dagen het langst. Bij het passeren van de evenaar, omstreeks 21 maart of 21 september wisselen de seizoenen van zomer naar winter of omgekeerd. Vervolgens staat op ongeveer 22 december de zon loodrecht boven de Steenbokskeerkring, op ongeveer 23°26’ zuiderbreedte. Dan zijn de dagen het langst op het zuidelijk halfrond. Als de zon zich ten noorden van de evenaar bevindt dan moet de declinatie bij de standaard 90° opgeteld worden. Als de zon ten zuiden van de evenaar is moet deze worden afgetrokken. De declinatie van de zon verandert niet zo snel en wordt daarom vaak per dag gegeven.

Rond 1515 begonnen zeelui de kruisstaf te gebruiken in combinatie met de poolster. Deze ster staat namelijk heel dicht bij het ware noorden en heeft een zo goed als verwaarloosbare declinatie. Metingen met de poolster zijn in principe preciezer, maar kunnen alleen op het noordelijk halfrond gemaakt worden. Op het zuidelijk halfrond kan gebruikt worden van het Zuiderkruis, een sterrenbeeld dat het zuiden aanwijst.

Een nadeel van de Jacobstaf was dat de waarnemer zijn ogen beschadigde door rechtstreeks naar de zon te kijken. De Engelse kapitein John Davis introduceerde in 1595 het Davis kwadrant, waarbij de waarnemer met de rug naar de zon toe stond.

Vanaf 1770 wilde men instrumenten die grotere hemelhoeken konden meten om de maan, de planeten of de sterren waar te nemen. Dit leidde uiteindelijk tot de sextant.

Bij een sextant zijn horizon en zon samen zichtbaar in de kijker. Het beeld wordt dan zo geregeld dat de onderrand van de zon samenvalt met de horizon. De aflezing op het instrument geeft de gemeten hoek tussen de richting van de onderrand van de zon en en de richting van de horizon. Deze hoek is een maat om de breedtegraad van de waarnemer te bepalen. Er dient onder meer nog rekening gehouden met de halve middellijn van de zon omdat de gegevens in de zeevaartkundige tabellen bepaald zijn ten opzichte van het middelpunt van het hemellichaam. Ook dient er rekening gehouden met de datum omdat de zon enkel op 21/3 en rond 22/9 loodrecht boven de evenaar staat.