Geographische Länge

Längenkreise

Ansicht einer Kugel.
Der Äquator (blau) teilt die Kugel in zwei Hälften und kreuzt die Längenkreise (gelb) unter 90°. Alle durchgezogenen Linien dieses Bildes sind Großkreise. Die gestrichelten Linien sind die Breitenkreise.

Der historische Nullmeridian am Flamsteed House in Greenwich (auf dem Boden und am Gebäude markiert)

Die geographische Länge (früher Längengrad), λ, international mit long. (longitudo = lon.; englisch, französisch etc. longitude ‚Länge‘) abgekürzt, beschreibt eine der beiden Koordinaten eines Ortes auf der Erdoberfläche, und zwar seine Position östlich oder westlich einer definierten (willkürlich festgelegten) Nord-Süd-Linie, des Nullmeridians. Sie wurde früher als Längengrad bezeichnet. Die geographische Länge ist ein Winkel, der ausgehend vom Nullmeridian (0°) bis 180° in östlicher und 180° in westlicher Richtung gemessen wird. Der Scheitel dieses Winkels ist der Mittelpunkt der gedachten Erdkugel, die Schenkel gehen vom Mittelpunkt aus durch den Nullmeridian bzw. den Meridian, auf dem der Ort liegt, dessen geographische Länge angegeben werden soll. Statt des Vorzeichens (traditionell +Ost, −West) ist auch E bzw. W zulässig (die Abkürzung "O" wird wegen der Verwechslungsgefahren vermieden, siehe unten).

• Orte mit derselben Länge liegen auf einem Meridian. Ein Meridian verläuft von Pol zu Pol und ist die Hälfte eines Längenkreises. Auf der Erdkugel ist ein Längenkreis (bestehend aus zwei einander gegenüberliegenden Meridianen) ein Großkreis.
• Zur Bestimmung eines Punktes auf der Erdoberfläche – zur Angabe seiner geographischen Lage – wird zusätzlich die Angabe seiner geographischen Breite (früher: seines „Breitengrades“) als zweite Koordinate benötigt.

Orts- und Zeitfestlegung

Nullmeridian

Da es für die Meridiane (halbe Längenkreise) keine natürliche Nullmarke gibt, wie der Äquator sie für die Breitenmessung darstellt, muss ein Nullmeridian definiert werden. Dafür wurden die verschiedensten Werte herangezogen. Erst 1884 wurde dafür weltweit einheitlich derjenige Meridian festgelegt, auf dem sich die Mittelachse eines bestimmten Teleskops des Observatorium von Greenwich (London) befindet (siehe Historisches).

Die geographische Länge wird als Winkelabstand in Grad, (Bogen-) Minuten und Sekunden vom Nullmeridian nach Ost (E) oder West (W) angegeben. Die Abkürzung E für Ost (von engl. east) wird beispielsweise von der für Nautik und Flugnavigation maßgeblichen DIN 13312 empfohlen, um Fehler durch Verwechslung von O mit 0 und mit der französischen Abkürzung für West ("ouest") von vornherein auszuschließen.

Der größte mögliche Zahlenwert ist also 180 Grad, wobei 180°E = 180°W. Annähernd entlang dieses Längengrades, allerdings mit erheblichen Abweichungen, verläuft im Pazifik die von den betroffenen Ländern festgelegte Datumsgrenze.

Abstand der Meridiane

Der Abstand zwischen zwei Längenkreisen ist am Äquator am größten. Dort ist die Abweitung von einem Grad 111,32 km groß. Diese Distanz beträgt in etwa 60 Seemeilen, da die Seemeile ursprünglich einer Bogenminute entsprach.

An den Polen hingegen fallen alle Längengrade in einem Punkt zusammen. Der Abstand a zwischen zwei Längenkreisen lässt sich für einen Breitengrad φ und den Erdradius r näherungsweise mit folgender Formel berechnen:

$a={\frac {2\pi \cdot r\cdot \cos {\varphi }}{360}}$

Mit r = 6.371 km erhält man $a\approx 111,2km\cdot \cos {\varphi }$

In Deutschland liegt dieser Wert zwischen 63,8 km (Flensburg, Sylt) und 75,5 km (Oberstdorf).

Schreibweisen der Zahlenwerte

Die Beschränkung der Längenangabe auf ganzzahlig viele Grad wäre also für Positionsangaben fast überall (ausgenommen in unmittelbarer Polnähe) zu ungenau (dies ist der Grund dafür, dass der Begriff Längengrad veraltet ist). Genauere Angaben der geographischen Länge können folgendermaßen gestaltet werden:

• in der Winkeleinheit Grad in Dezimalschreibweise (z. B. 66,34°) auch ist die Angabe ob westlich oder östlich des nullten Längengrades möglich (z. B. 66,34° Ost bzw. 66,34° E). In der Geoinformatik wird die Angabe °E meist durch eine positive und die Angabe °W durch eine negative Zahl ausgedrückt.
• sexagesimal in Minuten und Sekunden (im gleichen Beispiel 66° 20′ 24″). 66° 20′ 24″ ist eine Kurzschreibweise für folgende Summe dreier Winkel 66° + 20′ + 24″. Diese Pluszeichen werden weggelassen. Die Summanden werden dabei so gewählt, dass die Zahlenwerte vor Minute und Sekunde kleiner als 60 sind.- Eine Sekunde geographischer Länge entspricht am Äquator einer Strecke von rund 31 Metern, in Mitteleuropa (auf 50° N geographischer Breite) etwa 20 Metern.
• In der Nautik wird bei der Angabe geographischer Koordinaten heutzutage die Winkeleinheit Sekunde vermieden, so dass aus obigem Beispiel wird: 66° 20′ 24″ = 66° 20,4′. Noch genauere Positionsangaben, wie sie z. B. in der Satellitennavigation erzielt werden, schlagen sich in weiteren Nachkommastellen nieder.
• Vor allem in der Seefahrt werden die Längengrade 3-stellig vor dem Komma geschrieben. Dadurch wird die Unterscheidung zu den Breitengraden deutlicher hervorgehoben. Beispiel: 010,43° E
• Wegen der Erdrotation, 360° in 24 Stunden, kann die geographische Länge auch als Zeit ausgedrückt werden. Der Ortsstundenwinkel wird in der Astronavigation genutzt.

Beispiele

• Berlin: 13° 19′ Ost
• Hamburg: 10° 00′ Ost
• München: 11° 35′ Ost
• Tokio: 139° 42′ Ost
• San Francisco: 122° 25′ West
• Position des Satelliten Astra 1 über dem Äquator: 19° 12' Ost

Zeit

Aufgrund der Erdrotation ist die Ortszeit auf verschiedenen Längengraden unterschiedlich. Der Unterschied zwischen den Ortszeiten an zwei Orten beträgt eine Stunde pro 15° Längenunterschied.

Bei 0° ist die Mittlere Ortszeit (MOZ) gleich der UTC. Durch Einteilung der Erde in Zeitzonen wurden Gebiete mit einheitlicher Zonenzeit festgelegt, in denen die Abweichung zwischen Zonenzeit und Mittlerer Ortszeit nicht zu groß ist. Diese Zeitzonen umfassen idealerweise einen Bereich von je 7,5° westlich und östlich des Bezugsmeridians, ihre genaue Begrenzung wird jedoch auch durch politische Grenzen bestimmt.

Historisches

Der griechische Astronom und Mathematiker Hipparchos (ca. 190–120 v. Chr.) teilte die Erde in ost-westlicher Richtung erstmals in 360 Grad.

In der europäischen Seefahrt war das Bezugssystem der Längengrade lange Zeit uneinheitlich. Vom 2. Jh. n. Chr. bis ins 19. Jh. war der Ferro-Meridian dominant, der von Claudius Ptolemäus festgelegt wurde und sich auf die westlichste kanarische Insel El Hierro (17° 40′ W) bezieht.

Je nach Nation bezogen sich Koordinatennetze auf Nullmeridiane in London, Paris oder St. Petersburg. Erst auf der Internationalen Meridiankonferenz, Washington 1884, wurde Greenwich bei London weltweit festgelegt, unter anderem, weil britische Seekarten weltweit verwendet wurden.

Ermittlung der geographischen Länge

Während die geographische Breite durch Messung von Vertikalwinkeln der Sonne oder des Polarsterns relativ einfach bestimmbar ist, gestaltete sich die Bestimmung der aktuellen geographischen Länge mit ähnlicher Genauigkeit über lange Zeit extrem schwierig. Dieses für die Seenavigation bedeutsame Längenproblem wurde erst Ende des 18. Jahrhunderts gelöst. Dazu sind sehr genau gehende Uhren notwendig, die auch bei stärkstem Seegang verlässlich funktionieren, ohne durch Wettereinflüsse wie Hitze und Luftfeuchtigkeit beeinträchtigt zu werden. Die erste Uhr, die diese Voraussetzungen erfüllte, war die „H4“, die im März 1762 vom Tischler John Harrison erfunden wurde. Das hierfür von der Längenkommission des britischen Parlaments ausgelobte Preisgeld von 20.000 Pfund erhielt Harrison erst nach einem Erlass des Königs Georg III. im Jahr 1773. Um die erforderliche Genauigkeit zu erreichen, hatte er seine Uhr unter Verwendung von nahezu reibungsfreien Kugellagern und mit gegen Temperaturschwankungen resistenten Bimetallen hergestellt.

Abhängigkeit vom Referenzellipsoid

Die Länge variiert im Sekundenbereich, wenn ein anderes Referenzellipsoid oder ein abweichendes geodätisches Datum verwendet wird. Wird kein global bestanpassendes Ellipsoid verwendet, spricht man auch von der geodätischen Länge.

Literatur

• Dava Sobel: Längengrad. Taschenbuch ISBN 3-442-72318-3 (Illustrierte Ausgabe ISBN 3-8270-0364-4)

Weblinks

 Commons: Geographische Längen – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

• Arte – Mission X: Entscheidung Längengrad