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Global Positioning System (GPS)

aus 978-3-14-100267-6 auf Seite 171 Abb. 4
Diercke Karte Global Positioning System (GPS)

 
Global Positioning System (GPS)

Gradnetz und Orientierung

Die Erdrotation (170.1 Abbildung links)
Die Erde dreht sich im Laufe eines Tages einmal um ihre eigene Achse, welche zwischen dem Nord- und dem Südpol verläuft. Die Rotationsachse um die sich die Erde dreht, ist im Verhältnis zu der Ebene, in der die Erde um die Sonne wandert, um 23,5° geneigt. Die Erdneigung verursacht, dass die Nord- und die Südhalbkugel der Erde im Jahresverlauf unterschiedlich stark von der Sonne beschienen werden. Durch die unterschiedliche Erwärmung entstehen die Jahreszeiten.

Das Gradnetz der Erde (170.1)
Der Greenwich-Meridian ist eine gedachte Linie, die mitten durch London, von einem Pol zum anderen, verläuft. Er teilt die Erde in eine östliche und in eine westliche Hälfte, also in die westliche beziehungsweise östliche Hemisphäre (Hemisphäre ist in der Geographie ein anderer Begriff für Halbkugel). Der Greenwich-Meridian wird auch Nullmeridian genannt, da von ihm aus die Längengrade in östlicher und westlicher Richtung gezählt werden. Die Längengrade kreuzen sich im Nord- und im Südpol. Es gibt insgesamt 180 Längengrade (bzw. Meridiane oder Längenhalbkreise). Die Längengrade sind Teil des geographischen Koordinatensystems, mit dessen Hilfe die Lage von Orten auf der Erde beschrieben werden kann. Neben den Längengraden wird die Erde zudem durch Breitengrade eingeteilt. Ähnlich wie der Greenwich-Meridian, teilt der Äquator die Erde in eine südliche und eine nördliche Hemisphäre. Vom Äquator aus werden die Breitengrade gezählt, genau so wie vom Greenwich-Meridian aus die Längengrade gezählt werden. Der Äquator selbst entspricht dem nullten Breitengrad. Der Nord- und der Südpol ist der jeweils neunzigste Breitengrad. Man spricht dann vom neunzigsten Grad nördlicher oder südlicher Breite. Bei der Beschreibung des Längengrads spricht man von westlicher oder östlicher Länge. Der Abstand zwischen zwei Breitenkreisen beträgt immer 111 km. Der Äquator ist mit 40 000 km der längste Breitenkreis. Möchte man die Lage eines Ortes wie zum Beispiel von Luanda genau bestimmen, gibt man den Längen- und den Breitengrad an, auf dem der Ort liegt. Luanda liegt ungefähr auf zehn Grad südlicher Breite und 15 Grad östlicher Länge. Durch das Gradnetz der Erde ist jeder Punkt auf der Erdoberfläche festlegbar.

Orientierung im Gelände in Mitteleuropa (170.2)
Die Sonne wandert jeden Tag von Osten (Sonnenaufgang), über den Süden (Mittag) bis nach Westen (Sonnenuntergang). Im Winter verläuft die Sonnenbahn jedoch niedriger als im Sommer. Im Sommer erreicht die Sonne während der Mittagszeit ihren höchsten Stand. Sie steht im Zenit, das heißt, die Sonne steht senkrecht über der Erdoberfläche. Da der Stand der Sonne auch von der Uhrzeit abhängt, lassen sich durch den Stundenzeiger auf der Armbanduhr die Himmelsrichtungen bestimmen. Richtet man den Stundenzeiger auf die Sonne, befindet sich Süden genau zwischen dem Stundenzeiger und der zwölf Uhr-Markierung auf der Armbanduhr. Während der Sommerzeit muss die Uhr allerdings wieder auf die Winterzeit zurückgestellt werden, da sonst die Berechnung der Himmelsrichtung nicht mehr stimmt.

Orientierung mit dem Kompass und Magnetfeld (170.3)
Die Erde wirkt wie ein riesiger Stabmagnet. Die Kompassnadel zeigt durch die magnetische Kraft der Erde immer in Richtung der Pole. Kompasse sind, um die Himmelsrichtungen leicht zu bestimmen, mit einer Kompassrose ausgestattet. Die Kompassrose funktioniert ähnlich wie das Ziffernblatt einer Armbanduhr. Je nachdem in welche Richtung die Kompassnadel zeigt, kann mithilfe der Kompassrose die Himmelsrichtung vom Kompass abgelesen werden. Die Kompassrose berücksichtigt auch, dass der magnetische Nordpol am geographischen Südpol liegt und umgekehrt. Das elektromagnetische Feld der Erde wird durch die unterschiedlichen Drehgeschwindigkeiten der Erdkerne verursacht. Der innere, feste Kern und der äußere, flüssige Kern erzeugen durch ihre Bewegung und der elektrischen Leitfähigkeit der eisenhaltigen Erdkerne ein magnetisches Feld. Die magnetischen Feldlinien zeigen, wie das magnetische Kraftfeld die Erde umgibt. Vom äußeren Kern gehen zudem so genannte Konvektions- oder Wärmeströmungen aus. Durch die Konvektionsströmungen wird die Wärme des heißen Erdkerns an die äußere Erdschicht, den Erdmantel, abgegeben. Allerdings ist die magnetische Erdachse leicht versetzt zu der Rotationsachse der Erde. Die Neigung der zwei Erdachsen zueinander beträgt etwa zwölf Grad, wodurch die magnetischen Pole nicht genau über den geographischen Polen liegen.

Global positioning system (GPS) (171.4)
Mithilfe eines GPS und den in sechs Erdumlaufbahnen kreisenden Satelliten, kann ein GPS-Empfänger seine Position auf der Erdoberfläche bestimmen. Um die Position eines GPS-Empfängers zu errechnen, werden mindestens drei Satelliten benötigt. Zur Berechnung der Position senden die Satelliten ein Signal an den Empfänger, welches angibt, wo sich der Satellit zu diesem Zeitpunkt in seiner Umlaufbahn um die Erde, dem so genannten Orbit, befindet. Aus der Zeit, die zwischen dem Empfang und der Aussendung der Daten vom Satelliten liegt, kann die Entfernung des GPS-Empfängers zum Satelliten errechnet werden. Aus den Signalen von drei unterschiedlichen Satelliten, kann der GPS-Empfänger dann seine eigene Position bestimmen und sie Position als Längen- und Breitengrad angeben. Um überall auf der Erde den Empfang von Satellitendaten zu ermöglichen, kreisen 24 Satelliten in etwa 20 000 km Höhe um die Erde. Diese werden von 31 Kontrollstationen auf der Erde gesteuert und gewartet, sodass sich die Satelliten unfallfrei auf ihren Umlaufbahnen um die Erde bewegen können.
M. Schneider



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