2018-02 HistoRik over ... Tobias Mayer
Tobias Mayer (1723-1762)
Tobias Mayer mag heden ten dage misschien geen bekende persoon meer zijn, maar in de periode van Paul Godin en James Cook, en zeker in verband met navigatie en vooral met de grote moeilijkheid voor het bepalen van de lengtegraad was hij wel degelijk een belangrijk iemand.
Een echte autodidact
Tobias Mayer staat bekend als astronoom, cartograaf, geograaf, wiskundige en natuurkundige. Al die disciplines heeft hij geleerd door zelfstudie.
Tobias werd geboren in 1723 in het plaatsje Marbach nabij Stuttgart. Kort nadien vond zijn vader werk in het nabije Esslingen, en een jaar later verhuisde het hele gezin. In Esslingen ging hij naar de Latijnse school van 1729 tot 1741, dus tot zijn 18 jaar.
Zijn vader stierf in 1731, en hij kwam terecht in het weeshuis. Zijn moeder kon gaan werken in het plaatselijke hospitaal en waarschijnlijk in die periode heeft Tobias leren architectuurtekenen, want op zijn veertiende maakt hij een tekening van het hospitaal. In 1737 kwam ook zijn moeder te overlijden.
In 1739 schreef Tobias een eerste boek met als onderwerp de architectuur van forten, en hij maakte ook zijn eerste geografische kaart: een plan van de stad Esslingen.
Twee jaar later, in 1741, schreef hij zijn eerste boek over wiskunde, voornamelijk over meetkunde en geometrie. En zo waren meteen ook de grondslagen voor zijn latere werk al gelegd.
Van 1744 tot 1746 kon hij aan het werk bij een uitgever in Augsburg, en in 1745 vervaardigde hij een mathematische atlas.
In 1746 werd hem gevraagd om te gaan werken bij een cartografisch bureau in Nürenberg. Daar zou hij vijf jaar aan de slag blijven.
Het bepalen van de lengtegraad
Hij ontdekte dat er in de kaarten van Duitsland grote verschillen zaten, en vooral op het gebied van de lengtegraad. En daarom begon hij te zoeken naar een methode om de plaatselijke lengtegraad beter te kunnen bepalen.
De breedtegraad kon redelijk gemakkelijk bepaald worden door de hoogte van de Zon te meten om 12 uur zonnetijd. 's Nachts komt de hoogte van de Poolster boven de noordelijke horizon overeen met de breedtegraad waar men zich bevindt. Het leek dus logisch om ook voor het bepalen van de lengtegraad een oplossing te vinden in de sterrenkunde.
Maankaart van Tobias Mayer
Tobias Mayer had het lumineus idee om gebruik te maken van de Maan. En daarom deed hij in 1747 en 1748 metingen van de posities van de Maan wanneer die door de zuidelijke meridiaan passeerde, m.a.w. van de meridiaantransits van de Maan. Hij mat daarbij de diameter van de Maan in het apogeum en in het perigeum en gaf ook een naam aan 89 merkpunten op het oppervlak van de Maan. Hij stelde coördinaten in kaart en ontdekte ook dat er onregelmatigheden zijn in de libratie van de Maan.
Vermits we de Maan van overal op Aarde hetzelfde zien en de Maan zich naar het oosten verplaatst a rato van 33 boogminuten per uur, moest het mogelijk zijn om die informatie te gebruiken om de lengtegraad te bepalen vanwaar men observeert.
En zo stelde Mayer tabellen op met de positie van de Maan t.o.v. de Zon en de sterren bij meridiaantransit. Hij ontwierp ook de repetitiecirkel voor het meten van hoeken, te vergelijken met een sextant voorzien van een volledige cirkel. Een verfijning hiervan zou later nog gebruikt worden door Méchain en Delambre voor de meridiaan van Parijs, en dat leidde uiteindelijk tot het vastleggen van onze afstandsmaat: de meter.
De tabellen werden opgemaakt voor een welbepaalde meridiaan op Aarde en de plaatselijke tijd. Met behulp van de tabel voor tijdsverheffing kon dit omgezet worden in de juiste zonnetijd.
Een voorbeeld met de Zon: de tabel vermeldt dat de Zon op 45 graden staat van de Maan bij een meridiaantransit op een gegeven tijdstip. De zeevaarder moet dan de tijd meten tussen het tijdstip wanneer die 45 graden gemeten worden en het tijdstip wanneer ter plaatse de Maan effectief door de meridiaan gaat. Is er een verschil van een uur, dan komt dat neer op een verschil in lengtegraad van 15 graden t.o.v. de plaats waarvoor de tabellen werden opgesteld.
Een voorbeeld met een ster: volgens de tabellen bevind Aldebaran zich op 1 graad van de Maan bij een meridiaantransit. De zeevaarder moet dan de tijd meten tussen het tijdstip wanneer die 1graad bereikt wordt en het tijdstip van de meridiaantransit ter plaatse. Met het verschil in tijd kan vervolgens de lengtegraad bepaald worden.
Tijdsmetingen werden in die tijd verricht met zandlopers in alle maten en tijden. Andere nautische instrumenten waren de octant, kwadrant, zonnewijzer, kompas, astrolabium en een loglijn voor het meten van de snelheid.
Repetiecirkel
Uiteraard diende de hele meting zo nauwkeurig mogelijk te gebeuren om de positie exact te kunnen bepalen. Zelfs als men een nauwkeurigheid kon bereiken van 5 boogseconden kwam dat nog neer op 0,5° lengtegraad of zo'n 50 km op de evenaar. En aan land kon dat tamelijk nauwkeurig gebeuren met vaste kijkers en slingeruurwerken, maar op zee werd alles veel moeilijker.
Rond die tijd had John Harrison, een Engelse uurwerkmaker, een zeewaardige klok ontworpen die kon ingesteld worden op de plaats van vertrek en waarop de plaatselijke tijd berekend kon worden door een zonnetje te schieten op de plaatselijke meridiaan. Het verschil in lengtegraad kon dan rechtstreeks van de klok afgelezen worden.
De astronomen waren niet blij dat een uurwerkmaker hun de les kwam spellen. Zij vonden dat zoiets weggelegd was voor de zuivere sterrenkunde. De Astronomer Royal Nevil Maskelyne verzette zich dus hardnekkig tegen het gebruik van klokken en bleef daarom nog verder tabellen uitgeven, gebaseerd op het werk van Tobias Mayer.
Göttingen
In 1750 trouwde Tobias in Nürnberg en in 1751 werd hij tot professor benoemd aan de universiteit van Göttingen. En in 1754 werd hij ook nog directeur van de nieuw opgerichte sterrenwacht in Göttingen.
Op 39-jarige leeftijd stierf hij aan tyfus.
Krater T. Mayer op de Maan in de nabijheid van de plaatselijke Karpaten is naar hem vernoemd.
Het gebruik van maantabellen bij het bepalen van de lengtegraad zou nog tientallen jaren doorgaan door de onvoorwaardelijke steun van de Royal Astronomer. Maar uiteindelijk zouden de steeds nauwkeuriger uurwerken het winnen. Dat verhaal zal voor een volgende keer zijn.
Tekst: Rik Blondeel, maart 2018