Navigationssysteme

WAHRSCHEINLICH weiß jeder, wie schwer es sein kann, den Weg durch eine fremde Stadt zu finden. Doch was ist mit einem Seefahrer, der einen endlosen Ozean überqueren muss? Wie findet er ohne Orientierungspunkte den Weg? Solange er weder seine Position kennt noch weiß, in welcher Richtung sein Ziel liegt, nützt ihm ein Kompass allein auch nicht viel. Erst nach der Erfindung des Sextanten und des Schiffschronometers in den 1730er-Jahren war es Seeleuten möglich, ihre genaue Position zu bestimmen und den Kurs auf einer Seekarte einzutragen. Allerdings erforderte jede einzelne Standortbestimmung stundenlange Berechnungen.

Wer heute mit dem Fahrzeug unterwegs ist, kann sich in vielen Ländern von einem relativ preiswerten GPS-Gerät leiten lassen, das mit einem satellitengestützten Navigationssystem verbunden ist. Man tippt einfach ein, wohin man möchte; das Gerät zeigt dann auf einem Bildschirm an, wo man sich befindet, und führt einen an das gewünschte Ziel. Doch wie funktioniert das Ganze?

Für die Satellitennavigation werden die Signale von ungefähr 30 verschiedenen Satelliten ausgewertet, die ständig ihre exakte Position und auf wenige Milliardstelsekunden genau die Zeit angeben. Sobald das GPS-Gerät mit einigen Satelliten Verbindung bekommt, misst es, wie lange das Signal vom Satelliten bis zum Empfänger benötigt. Anhand dieser Information kann es dann die aktuelle Position bestimmen. Der Laie kann nur erahnen, wie kompliziert die daran beteiligten Rechenvorgänge sind! In Sekundenschnelle berechnet das Gerät die Entfernung zu drei Satelliten, die nicht nur Tausende von Kilometern entfernt sind, sondern sich auch noch jede Sekunde viele Kilometer weit in unterschiedliche Richtungen bewegen.

Die Professoren Bradford Parkinson und Ivan Getting entwickelten das GPS bereits Anfang der 1960er-Jahre. Ursprünglich für militärische Zwecke gedacht, ist es seit 1996 für jedermann voll verfügbar. Ein GPS-Empfänger ist ein Wunderwerk der Computertechnik. War das aber wirklich das erste Navigationssystem?

[Bildnachweis auf Seite 8]

Globe: Based on NASA photo

Die Natur hat das Patent

„Sogar der Storch am Himmel — er kennt seine bestimmten Zeiten“ (Jeremia 8:7).

JEREMIA erwähnte diesen Storch, einen Zugvogel, bereits vor mehr als 2 500 Jahren. Noch heute staunen wir über Tiere, die sehr weite Strecken ziehen oder wandern. Lachse beispielsweise schwimmen Tausende von Kilometern im Meer und kehren dann in den Fluss zurück, wo sie geboren wurden. Auch Lederschildkröten legen unglaubliche Strecken zurück. Eine schwamm nach der Eiablage in Indonesien nachweislich eine Strecke von 20 000 Kilometern bis zur Küste von Oregon (USA). Viele kehren in das gleiche Gebiet in Indonesien zurück, um dort erneut Eier abzulegen.

Einige Tiere finden auch dann nach Hause zurück, wenn man sie irgendwo aussetzt. Diese Fähigkeit ist sogar noch erstaunlicher als das Orientierungsvermögen etwa von Zugvögeln. Dazu ein Beispiel: 18 Albatrosse von einer kleinen Insel mitten im Pazifik wurden mit dem Flugzeug Tausende Kilometer weit fortgebracht und dann freigelassen — einige im äußersten Westen des Ozeans, andere im äußersten Osten. Nach wenigen Wochen waren die meisten Vögel wieder zu Hause.

Forscher haben Tauben unter Betäubung oder in rotierenden Fässern rund 150 Kilometer weit an unbekannte Orte transportiert. Doch nach ein paar Runden in der Luft hatten sie ihre Position berechnet und flogen schnurstracks nach Hause. Angeblich finden Tauben sogar dann zu ihrem Schlag zurück, wenn ihre Sicht durch mattierte Kontaktlinsen behindert wird. Man glaubt daher, dass sie ihre Position und die Flugroute berechnen, indem sie erfassen, aus welcher Himmelsrichtung die jeweilige Navigationsinformation kommt.

Monarchfalter aus riesigen Gebieten in Nordamerika ziehen über 1 500 Kilometer weit in ein Waldstück in Mexiko. Sie finden den Weg, obwohl sie vorher noch nie in Mexiko waren — und landen oft genau auf den Bäumen, wo ihre Urgroßeltern im Vorjahr ihr Ruhequartier bezogen hatten. Wie sie das schaffen, stellt die Forscher immer noch vor ein Rätsel.

Von Menschen erdachte Navigationssysteme sind oft ausschließlich auf Satelliten angewiesen; viele Tiere dagegen bedienen sich offenbar verschiedener Navigationsmethoden: Sie orientieren sich an Landmarken und an der Sonne, am Erdmagnetfeld, an verschiedenen Gerüchen oder sogar an Geräuschen. Der Biologieprofessor James L. Gould schreibt: „Tiere, bei denen genaue Navigation über Leben und Tod entscheidet, haben in der Regel mehrere Möglichkeiten zu navigieren. . . . Normalerweise verfügen sie über Alternativen — Back-up-Systeme, zwischen denen sie hin und her schalten, je nachdem, welches die zuverlässigste Information liefert.“ Das ausgeklügelte Navigationssystem der Tiere verblüfft die Forscher immer wieder.