Zeitmessung in der Antike – als die Stunden noch flexibel waren
In der Antike hatte eine Stunde keine 60 Minuten, sondern orientierte sich an der Sonnenscheindauer. Das machte die Zeitmessung komplex. Wir haben uns angeschaut, wie Babylonier, Ägypter, Griechen und Römer damit umgegangen sind und welche Technik hinter der Entwicklung von Sonnen- und Wasseruhren steckt.
Der Turm der Winde in Athen, erstmals erwähnt im Jahr 37 v. Chr., fungierte sowohl als Uhrenpavillon als auch als Wetterstation. An den acht Seiten des Turms waren Sonnenuhren angebracht, und vermutlich befand sich eine weitere am südlichen runden Anbau. Im Inneren des Turms befanden sich eine Wasseruhr sowie andere Vorrichtungen, die durch Wasserkraft betrieben wurden.
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Während heute die Stunde eine festgelegte und unveränderliche Zeiteinheit darstellt, waren die Stunden in der Antike flexibel und an den Lauf der Sonne angepasst. Dies bedeutete, dass eine Stunde im Sommer länger war als eine im Winter, und sich auch die Länge des Tages im Verlauf des Jahres ständig änderte. Diese flexible Zeiteinteilung stellte die antiken Gelehrten vor enorme technische Herausforderungen, die zur Entwicklung unterschiedlichster Uhrentypen führten. Sonnenuhren und Wasseruhren gab es in den verschiedensten Ausführungen. Insbesondere für den Bau von Wasseruhren brauchte es eine tiefe Kenntnis von Mechanik und Hydraulik.
Inhaltsverzeichnis
Die Zeitmessung bei den Babyloniern
Die Babylonier waren die ersten, die ein strukturiertes System zur Zeitmessung entwickelten. Sie teilten den Tag in zwölf Teile, was bedeutete, dass die Stundenlänge je nach Tages- und Jahreszeit variierte. Diese temporalen Stunden, wie sie genannt wurden, bildeten die Grundlage für die Zeitmessung in vielen späteren Kulturen.
Herodot, der griechische Historiker, gibt uns einen wichtigen Hinweis auf die Ursprünge der Sonnenuhren und des Zeigers, als er schreibt: „Die Sonnenuhr und der Zeiger sowie die zwölf Teile des Tages haben die Hellenen von den Babyloniern gelernt.“ Diese einfache Form der Zeitmessung war eine der ersten, die versucht hat, den Lauf der Sonne für die Bestimmung der Tageszeit zu nutzen.
Die babylonische Zeitmessung im Detail
Die Babylonier entwickelten drei verschiedene Methoden zur Zeitmessung:
- Temporale Stunden: Diese Methode teilte den Tag von Sonnenaufgang bis Sonnenuntergang in zwölf Stunden, die je nach Jahreszeit variieren konnten. Dies war die gebräuchlichste Form der Zeitmessung, obwohl sie nicht besonders genau war, da die Stunden täglich schwankten.
- Astronomische Einheiten: Hierbei wurde der Zeitraum zwischen Sonnenaufgang und Sonnenaufgang des nächsten Tages in zwölf gleiche Teile untergliedert, was eine etwas genauere Zeitmessung ermöglichte. Diese Einheiten wurden in „bēru“ unterteilt, wobei ein bēru 120 Minuten entsprach. Jeder bēru wurde weiter in kleinere Einheiten unterteilt, was eine feinere Zeiteinteilung ermöglichte.
- Gewichtsbasierte Zeiteinteilung: Diese Methode basierte auf einem Gewichtssystem, bei dem eine Mine (etwa 500 Gramm) als Zeiteinheit verwendet wurde. Diese Methode hatte möglicherweise einen Zusammenhang mit der Verwendung von Wasseruhren, da der Fluss des Wassers als indirekte Zeitmessung diente.
Die ägyptische Zeitmessung
Ägypten war eine weitere Hochkultur, die die Zeitmessung maßgeblich vorantrieb. Die ersten erhaltenen Sonnenuhren stammen aus Ägypten und wurden in der Regierungszeit von Thutmosis III. (1501–1450 v. Chr.) entwickelt. Diese frühen Sonnenuhren, auch Linealsonnenuhren genannt, waren einfach konstruiert, aber dennoch effektiv.
Die Linealsonnenuhr bestand aus einem flachen Stück Holz oder Stein, das in zwölf Abschnitte unterteilt war. Ein kleiner Stab, der Gnomon genannt wurde, war am Rand des Lineals befestigt und warf einen Schatten auf die Markierungen. Die Uhr konnte am Vormittag und Nachmittag verwendet werden, wobei der Sonnenstand durch die Markierungen angezeigt wurde. Diese einfache Methode war für den täglichen Gebrauch ausreichend, besonders da die Ägypter auf Sonnenlicht angewiesen waren, um die Tageszeit zu bestimmen.
Neben der Sonnenuhr war die Wasseruhr eine der bedeutendsten Erfindungen der Ägypter. Die Klepshydra bestand aus einem zylindrischen Gefäß, das mit Wasser gefüllt war. Ein kleines Loch am Boden des Gefäßes ließ das Wasser langsam austreten. Durch Markierungen an der Innenseite des Gefäßes konnte die Zeit gemessen werden, während das Wasser abfloss.
Zeitmessung in Griechenland
Die Griechen übernahmen und verfeinerten viele der ägyptischen Techniken. Sie entwickelten sowohl Sonnenuhren als auch Wasseruhren weiter und integrierten diese in ihren Alltag, in staatliche Institutionen und in die Wissenschaft.
Die Griechen benutzten verschiedene Formen von Sonnenuhren. Die einfachste Methode war die Verwendung des eigenen Körperschattens als Gnomon. Durch das Messen des Schattens konnte man die verstrichene Zeit grob bestimmen. Diese Methode war vor allem im Alltag beliebt, wo es nicht so sehr auf Genauigkeit ankam. Stationäre Sonnenuhren, die auf öffentlichen Plätzen aufgestellt wurden, waren ebenfalls weit verbreitet.
Die griechischen Sonnenuhren teilten den Tag in 12 Zeitstunden ein, was bedeutete, dass die Stundenlänge je nach Jahreszeit variierte. Im Sommer waren die Stunden länger, im Winter kürzer. Für genauere Messungen verwendeten die Astronomen die Äquinoktialzeit, bei der die Tageslänge gleichmäßig in 24 Stunden unterteilt wurde. Diese Art der Zeitmessung erforderte jedoch genaue Instrumente, die für den täglichen Gebrauch oft zu kompliziert waren.
Wasseruhren verwendeten die Griechen zum Beispiel bei Gerichtsverhandlungen. Aristoteles berichtet, dass Wasseruhren zum Einsatz kamen, um die Redezeit von Ankläger und Verteidiger zu messen. So wurde sichergestellt, dass beide Parteien eine gerechte Redezeit erhielten. Die Menge des Wassers in der Uhr entsprach der erlaubten Redezeit. Auch im Militär spielten Wasseruhren eine Rolle. Sie dienten der nächtlichen Wachablösung.
Zeitmessung bei den Römern
Die Römer übernahmen viele der griechischen Innovationen in der Zeitmessung und verbreiteten sie im gesamten Römischen Reich. Besonders Sonnenuhren wurden in Rom und den römischen Provinzen häufig aufgestellt, um die Bevölkerung über die Tageszeit zu informieren.
Eine der bekanntesten Sonnenuhren wurde während des ersten Punischen Krieges (263 v. Chr.) von der sizilianischen Stadt Catania nach Rom gebracht. Interessanterweise wurde die Uhr jedoch nicht an den römischen Breitengrad angepasst, was dazu führte, dass sie über fast 100 Jahre falsche Zeiten anzeigte, bevor dies bemerkt wurde.
Plinius der Ältere berichtet in „Naturalis Historia“: „Obwohl ihre Striche nicht mit den Stunden übereinstimmten, richtete man sich doch neunundneunzig Jahre lang nach ihr, bis Q. Marcius Philippus eine genauer eingerichtete neben sie setzte.“
| Jahr | Meilenstein |
| 3500 v. Chr. | Erste Obelisken in Ägypten zur Zeitbestimmung und zur Feststellung der Sonnenwenden errichtet. |
| 1600 v. Chr. | Erste Wasseruhren (Klepsydren) in Ägypten zur Nachtzeitmessung verwendet. |
| 1500 v. Chr. | Älteste Schattenuhren in Ägypten zur groben Bestimmung der Tageszeit entwickelt. |
| 1450 v. Chr. | Entwicklung der Linealsonnenuhr unter Pharao Thutmosis III. |
| 1400 v. Chr. | Fortschritte bei der Vertikalsonnenuhr, die genauere Tageszeitmessungen ermöglichen. |
| 1200 v. Chr. | Verfeinerung der Sonnenuhren in Ägypten durch die Einführung von temporalen Stunden (stundengenauer Schattenwurf). |
| 1100 v. Chr. | Merkhet-Instrument in Ägypten zur Bestimmung von Sternpositionen für die Nachtzeit entwickelt. |
| 700 v. Chr. | Frühe Ausführungen der Wasseruhren bei den Chaldäern (Mesopotamien), die multifunktional waren. |
| 600 v. Chr. | Merkhet-Weiterentwicklung in Ägypten zur exakten Zeitbestimmung durch Sternbeobachtung. |
| 425 v. Chr. | Einführung der Klepsydra bei den Griechen, verwendet in Gerichtsverhandlungen zur Begrenzung der Redezeit. |
| 400 v. Chr. | Griechen entwickeln mechanische Wasseruhren mit gleichmäßigem Wasserfluss durch konische Behälter. |
| 325 v. Chr. | Platon entwickelt den ersten Wasserwecker auf Basis eines Wassergefäßes mit Bleikugeln. |
| 263 v. Chr. | Installation der ersten Sonnenuhr in Rom (Forum Romanum), nach dem Sieg über Karthago. |
| 50 v. Chr. | Errichtung des Turms der Winde in Athen mit Wasseruhren und Sonnenuhren für präzise Zeitmessung. |
| 150 n. Chr. | Römer entwickeln mechanische Elemente zur Verbesserung von Wasseruhren, u. a. Zahnräder für genauere Zeitmessung. |
| 500 n. Chr. | Entwicklung des Antikythera-Mechanismus zur Berechnung von Sonnen- und Mondbewegungen. |
Die Technik hinter den antiken Sonnenuhren
Das Grundprinzip aller Sonnenuhren besteht darin, dass ein Stab, der sogenannte Gnomon, das Sonnenlicht blockiert und einen Schatten wirft. Die Länge und Richtung dieses Schattens ändern sich im Laufe des Tages und des Jahres, abhängig von der Position der Sonne am Himmel. Der Verlauf des Schattens wird auf einem Ziffernblatt mit Stundenmarkierungen verfolgt, das je nach Konstruktion horizontal, vertikal oder gekrümmt sein kann.
Das präzise Messen der Zeit mittels einer Sonnenuhr erfordert die Berücksichtigung mehrerer Faktoren:
- Neigung der Erdachse: Der Gnomon muss so ausgerichtet sein, dass er parallel zur Erdachse steht. Nur so kann die Uhr die Zeit korrekt über das gesamte Jahr hinweg anzeigen.
- Geografische Breite: Die Sonnenuhr muss an den Breitengrad ihres Standorts angepasst werden, da sich der Sonnenstand mit der geografischen Lage ändert.
- Datumslinien: Manche Sonnenuhren zeigen nicht nur die Zeit an, sondern auch die Jahreszeit, indem sie den Sonnenstand an den Tag- und Nachtgleichen und den Sonnenwenden markieren.
Verschiedene Typen von Sonnenuhren, wobei die Skaphe der wohl älteste Typ ist. Ihr Zifferblatt befindet sich in einer halben Hohlkugel.
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Typen von Sonnenuhren
Im Laufe der Zeit entwickelten antike Kulturen eine Vielzahl von Sonnenuhren, die sich in ihrer Funktionsweise, Form und Anwendungsbereich unterschieden. Drei Grundtypen stellen wir Ihnen hier kurz vor:
Horizontalsonnenuhren
Horizontalsonnenuhren sind eine der einfachsten Formen, bei denen der Gnomon senkrecht auf einer horizontalen Fläche steht. Die Stundenlinien sind auf der horizontalen Fläche eingezeichnet und verlaufen vom Gnomon aus in einem kreisförmigen Muster. Diese Linien werden so angeordnet, dass sie den Schatten des Gnomons zu bestimmten Zeiten des Tages markieren.
- Technische Herausforderung: Der Gnomon muss in einem genauen Winkel zur Erdachse aufgestellt werden, was von der geografischen Breite des Standorts abhängt. Eine Fehlstellung des Gnomons führt zu falschen Zeitangaben.
- Präzision: Horizontalsonnenuhren konnten sehr präzise sein, besonders in Gegenden mit vielen Sonnenstunden. Da sie auf einer flachen Oberfläche lagen, waren sie einfach zu konstruieren, aber erforderten genaue Ausrichtung.
Vertikalsonnenuhren
Vertikalsonnenuhren bestehen aus einer vertikal angebrachten Platte, auf der die Stundenlinien eingraviert sind. Der Gnomon steht im rechten Winkel zur Platte und wirft einen Schatten, der sich im Verlauf des Tages entlang der eingravierten Linien bewegt.
- Technische Herausforderung: Die Anbringung der Uhr an vertikalen Flächen wie Hauswänden oder Tempelmauern musste genau berechnet werden. Es war wichtig, den richtigen Winkel und die richtige Neigung zu finden, um die Uhr an den Sonnenstand anzupassen.
- Halbkreisförmige Ausführung: Viele Vertikalsonnenuhren hatten eine halbkreisförmige Schlusslinie, die den Rand des Ziffernblatts markierte. Der Gnomon war oft mittig platziert, und die Stundenlinien liefen in regelmäßigen Abständen bis zum Rand.
Hohlsonnenuhren
Hohlsonnenuhren stellen eine der raffiniertesten Formen der Sonnenuhr dar. Sie bestehen aus einer nach innen gewölbten Oberfläche, in der der Gnomon entweder zentral oder am Rand angebracht ist. Der Schatten des Gnomons fällt auf die gewölbte Innenseite, wo sich die Stundenlinien befinden.
- Technische Herausforderung: Die Konstruktion einer Hohlsonnenuhr war äußerst kompliziert, da die Stundenlinien nicht mehr gerade, sondern gekrümmt sein mussten. Die genaue Berechnung der Krümmung erforderte ein tiefes Verständnis der Geometrie.
- Vorteile: Der Vorteil dieser Form lag in der besseren Sichtbarkeit des Schattens. Da die Innenfläche gewölbt war, konnte der Schatten auch bei niedrigem Sonnenstand gut verfolgt werden.
Die Technik hinter den antiken Wasseruhren
Wasseruhren, auch als Klepshydrai bekannt, waren in der Antike neben den Sonnenuhren eines der fortschrittlichsten Mittel zur Zeitmessung. Anders als Sonnenuhren, die auf den Lauf der Sonne angewiesen waren, konnten Wasseruhren auch bei Nacht und an bewölkten Tagen eingesetzt werden. Sie boten daher eine wesentlich flexiblere und konstantere Möglichkeit, Zeit zu messen.
Diese Uhren basierten auf dem Prinzip des gleichmäßigen Wasserflusses und nutzten physikalische und mechanische Techniken, um die Zeit präzise zu messen. Im Laufe der Jahrhunderte wurden Wasseruhren stetig weiterentwickelt. Wir schauen uns diese Entwicklung einmal etwas genauer an.
Das Grundprinzip der Wasseruhr
Das Grundprinzip der Wasseruhr ist relativ einfach: Wasser tropft aus einem Behälter, dessen Volumen bekannt ist, durch eine kleine Öffnung ab. Die ablaufende Zeit wird durch den sinkenden Wasserspiegel gemessen, der an Markierungen oder Skalen am Inneren des Behälters abgelesen werden kann. Der konstante Wasserfluss sollte idealerweise eine gleichmäßige Zeitmessung ermöglichen, doch in der Praxis war dies aufgrund physikalischer Einschränkungen nicht immer der Fall.
Physikalische Herausforderungen:
- Hydrostatischer Druck: Der Wasserdruck im Behälter nimmt ab, je mehr Wasser austritt, da der Wasserstand im Behälter sinkt. Dies führt dazu, dass das Wasser am Anfang schneller fließt als am Ende, was die Genauigkeit der Zeitmessung beeinträchtigt.
- Verschmutzung und Ablagerungen: Die Größe der Öffnung, durch die das Wasser abfließt, ist entscheidend für die Genauigkeit der Uhr. Im Laufe der Zeit konnten sich jedoch Ablagerungen, etwa Kalk, in der Öffnung ansammeln, wodurch der Wasserfluss verändert und die Zeitmessung ungenau wurde.
Zwei Varianten einer antiken Wasseruhr: Links mit 24-stündigem Zifferblatt, rechts zeigt eine Figur die Zeit an. Solche Wasseruhren waren besonders in der Spätantike gebräuchlich.
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Typen von Wasseruhren in der Antike
Es gab verschiedene Arten von Wasseruhren, die sich in ihrer Konstruktion und Funktionsweise unterschieden. Jede dieser Uhren wurde entwickelt, um spezifische Probleme bei der Zeitmessung zu lösen und die Genauigkeit zu erhöhen.
Einfache ägyptische Klepshydra
Die älteste bekannte Form der Wasseruhr stammt aus Ägypten und wurde um das Jahr 1500 v. Chr. verwendet. Diese einfache Klepshydra bestand aus einem zylindrischen Behälter mit einem kleinen Loch am Boden. Das Wasser floss langsam und kontinuierlich aus dem Behälter, und die Zeit wurde anhand von Markierungen an der Innenseite des Behälters gemessen.
Technische Details:
- Zylindrische Form: Die einfache Form ermöglichte eine einfache Herstellung und Handhabung. Die Markierungen an der Innenseite des Gefäßes zeigten den Wasserstand und damit die abgelaufene Zeit an.
- Probleme mit dem Druck: Das Problem des abnehmenden Wasserdrucks wurde bei dieser frühen Version der Klepshydra noch nicht gelöst, was zu ungenauen Zeitmessungen führte, insbesondere gegen Ende des Wasserflusses.
Konische Klepshydra: Die erste Verbesserung
Die Ägypter erkannten bald das Problem des abnehmenden Wasserdrucks und entwickelten die konische Klepshydra. Diese Uhren hatten eine nach unten hin sich verjüngende Form, also die Form eines Kegelstumpfs. Dadurch wurde der Wasserfluss gleichmäßiger, da der Wasserdruck gegen Ende des Wasserflusses langsamer abnahm.
Technische Innovationen:
- Kegelform: Der sich verjüngende Boden führte dazu, dass der Wasserstand langsamer sank, was den Unterschied zwischen vollem und fast leerem Behälter verringern sollte. Dadurch wurde die Ungenauigkeit der Zeitmessung, die durch den abnehmenden Wasserdruck verursacht wurde, teilweise ausgeglichen.
- Innere Skalen: Wie bei der einfachen Klepshydra waren auch bei diesem Modell Markierungen an der Innenseite angebracht, um die abgelaufene Zeit anzuzeigen.
Die Wasseruhr des Ktesibios
Der griechische Gelehrte Ktesibios aus Alexandria, der im 3. Jahrhundert v. Chr. lebte, entwickelte eine der raffiniertesten Wasseruhren der Antike. Er erkannte die Probleme der früheren Wasseruhren und löste sie durch die Integration von mechanischen Komponenten.
Technische Details:
- Konstanter Wasserdruck: Ktesibios fügte ein zweites Abflussloch im oberen Teil des Behälters hinzu, wodurch der Wasserstand konstant auf einem bestimmten Niveau gehalten wurde. Dadurch konnte der Wasserdruck auf einem gleichbleibenden Niveau gehalten werden, was die Genauigkeit der Zeitmessung erheblich verbesserte.
- Schwimmer und Zahnräder: Ktesibios integrierte einen Schwimmer, der durch das abfließende Wasser nach unten gedrückt wurde. Dieser Schwimmer war mit Zahnrädern verbunden, die einen Zeiger bewegten. Der Zeiger zeigte die Zeit auf einer Skala an, was eine präzisere und kontinuierlich ablesbare Zeitmessung ermöglichte.
- Verstellbare Skalen: Eine weitere Innovation von Ktesibios war die Einführung einer drehbaren Skala. Diese Skala konnte an die Länge der Tagesstunden angepasst werden, die im Sommer und Winter unterschiedlich lang waren. Dadurch konnte die Uhr sowohl im Sommer als auch im Winter genauere Stunden anzeigen.
Wissenschaftliche Bedeutung der Wasseruhren
Die Wasseruhren der Antike waren nicht nur praktische Zeitmesser, sondern auch wissenschaftliche Instrumente. Sie wurden in der Astronomie verwendet, um den Verlauf der Himmelskörper zu beobachten und zu messen. Viele antike Astronomen, wie Ptolemäus, nutzten Wasseruhren, um die Zeitspanne zwischen bestimmten astronomischen Ereignissen, wie Sonnenfinsternissen oder Planetenbewegungen, genau zu bestimmen.
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