NAVIGATIE IN HET ANTIEKE MIDDELLANDSE ZEEGEBIED EN DAARBUITEN

Met deze activiteit leren de leerlingen dat

• astronavigatie al vele eeuwen geleden is ontwikkeld,

• er naast het gebruiken van de Poolster nog andere manieren zijn om de hoofdstreken te vinden uit de stand van de sterren,

• zeevaarders in de oudheid met succes konden navigeren op open water aan de hand van sterren en sterrenbeelden.

De leerlingen zullen het volgende kunnen:

• methoden beschrijven om de hoofdstreken te bepalen uit het waarnemen van de hemel,

• belangrijke sterrenbeelden benoemen,

• de aard van circumpolaire sterren en sterrenbeelden uitleggen,

• een Excel-spreadsheet gebruiken voor berekeningen,

• het belang van verbeterde navigatietechnieken voor vroege beschavingen beschrijven.

Aan de hand van de vragen in de beschrijving van de activiteit dient de leerkracht de leerlingen te begeleiden bij het herkennen van de stand en schijnbare beweging van de hemellichamen als aanwijzers voor de hoofdstreken.

Alvorens aan activiteit 1 te werken, dienen de leerlingen de geleverde kaart goed te bekijken. Een bezoek aan een planetarium kan helpen om de sterrenbeelden te onthouden. Laat de leerlingen sterrenbeelden noemen die ze al kennen.

Vraag de leerlingen (zie de vragen en antwoorden in de beschrijving van de activiteit) waar de Poolster te zien is vanaf de noordpool en de evenaar. Vraag ze daarna hoe deze stand verandert als je tussen deze locaties reist. Zodra dat concept begrepen is, worden de draaiing en de schijnbare beweging van de sterren geïntroduceerd. Toon ze de afbeelding van de sterrensporen en vraag ze hoe die ontstaan. Vraag ze welke van de sterren of sterrenbeelden boven de horizon blijven voor de verschillende bovengenoemde locaties op aarde. Dat zijn circumpolaire sterren en sterrenbeelden.

Leg het gebruik van de voor activiteit 2 benodigde Excel-spreadsheet uit. Laat de leerlingen hun resultaten vergelijken voor verschillende breedtegraden.

Bespreek met de leerlingen de mogelijke redenen voor zeevaart in de oudheid.

De derde optionele activiteit dient als een afronding en kan worden gebruikt om te evalueren wat de leerlingen hebben begrepen.

De lijst bevat de benodigdheden voor één leerling. De leerkracht kan besluiten dat ze in groepen van twee werken.

• werkbladen

• passer

• potlood

• liniaal

• rekenmachine

• geodriehoek

• computer met MS Excel geïnstalleerd

• Excel-spreadsheet: AncientMediterranean_BrightStars_EUSPACE-AWE_Navigation.xlsx

Hoofdstreken

Figuur 1: Schijnbare dagelijkse beweging van de zon op het noordelijk halfrond bij equinox. De zon bereikt in het zuiden haar hoogste stand boven de horizon. Op het zuidelijk halfrond culmineert de zon naar het noorden (bron: Tauʻolunga, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Equinox-50.jpg, „Equinox-50“, horizontaal coördinatenstelsel en annotaties toegevoegd door Markus Nielbock, https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/legalcode).

De hoofdstreken worden gedefinieerd door astronomische processen zoals dagelijkse en jaarlijkse schijnbare bewegingen van de zon en de schijnbare bewegingen van de sterren. In de oudheid en prehistorie had de hemel zeker een andere betekenis dan nu. Dit komt tot uiting in de vele mythen over de hemel in heel de wereld. We kunnen dus aannemen dat de processen aan de hemel nauwlettend worden bekeken en bijgehouden. Door dit te doen waren de onderliggende cycli en zichtbare verschijnselen makkelijk waar te nemen.

Voor elke positie op aarde, behalve aan de evenaar, culmineert de zon altijd in dezelfde richting (figuur 1). Het gebied tussen de keerkringen 23,5° ten noorden en zuiden van de evenaar is bijzonder, omdat de zon het hele jaar door om 12 uur ‘s middags lokale tijd zenitstand kan bereiken. ‘s Nachts draaien de sterren rond de hemelpolen. Archeologische aanwijzingen uit de prehistorie, zoals begraafplaatsen en de oriëntatie van gebouwen, duiden erop dat de hoofdstreken duizenden jaren geleden algemeen bekend waren bij vele culturen (bijv. McKim Malville & Putnam, 1993; Rudgeley, 2000; Schmidt-Kaler & Schlosser, 1984). Het is dus duidelijk dat ze werden toegepast bij vroege navigatie. Het magnetisch kompas was in Europa tot de dertiende eeuw n. Chr. onbekend (Lane, 1963).

Breedtegraad en lengtegraad

Figuur 2: Illustratie van de definitie van breedte en lengte op aarde (bron: Peter Mercator, djexplo, CC0).

Elke locatie op een oppervlak wordt door twee coördinaten beschreven. Het oppervlak van een bol is een gekromd oppervlak, dus het is niet zinvol om coördinaten zoals omhoog en omlaag te gebruiken aangezien het oppervlak van een bol geen begin of eind heeft. In plaats daarvan kunnen we poolcoördinaten van een bol gebruiken, die hun oorsprong hebben in het middelpunt van de bol, waarbij de straal vast is (figuur 2). Er blijven twee hoekcoördinaten over. Toegepast op de aarde heten ze de breedtegraad en lengtegraad. De omwenteling ervan levert de symmetrieas op. De noordpool is gedefinieerd als het punt waar de theoretische omwentelingsas het oppervlak van de bol raakt en de omwenteling gaat tegen de klok in, gezien van boven de noordpool. Het tegenoverliggende punt is de zuidpool. De evenaar is gedefinieerd als de grote cirkel halverwege de twee polen.

De breedtegraden zijn cirkels evenwijdig aan de evenaar. Ze worden geteld van 0° aan de evenaar tot ±90° aan de polen. De lengtegraden zijn grote cirkels die de twee polen van de aarde verbinden. Voor een gegeven positie op aarde wordt de lengtegraad die door het zenit, het punt direct daarboven, loopt de meridiaan genoemd. Dit is de lijn die de zon om 12 uur ‘s middags lijkt te passeren. De oorsprong van deze coördinaat is de nulmeridiaan die loopt door Greenwich, waar zich de koninklijke sterrenwacht van Engeland bevindt. Vanaf daar worden de lengtegraden geteld van 0° tot ±180°.

Voorbeeld: Heidelberg in Duitsland bevindt zich op 49,4° noord en 8,7° oost.

Poolshoogte

Figuur 3: Sporen van sterren aan de hemel na een sluitertijd van ongeveer 2 uur (bron: Ralph Arvesen, Live Oak star trails, https://www.flickr.com/photos/rarvesen/9494908143, https://creativecommons.org/licenses/by/2.0/legalcode).

Als we het aardse coördinatenstelsel van de breedte- en lengtegraden op de hemel projecteren, krijgen we het equatoriale coördinatenstelsel van de sterrenhemel. De evenaar van de aarde wordt de hemelevenaar en de geografische polen worden geëxtrapoleerd om de hemelpolen te krijgen. Als we een foto met lange sluitertijd van de noordelijke hemel maken, zien we sporen van de sterren die allemaal rond een gemeenschappelijk punt draaien: de noordelijke hemelpool (figuur 3).

Figuur 4: Configuratie van de twee sterrenbeelden Grote Beer (Ursa Major) en Kleine Beer (Ursa Minor) aan de noordelijke hemel. Polaris, de Poolster, die zich dicht bij de ware noordelijke hemelpool bevindt, is de helderste ster in de Kleine Beer (bron: Bonč, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ursa_Major_-_Ursa_Minor_-_Polaris.jpg, “Ursa Major – Ursa Minor – Polaris”, gebaseerd op https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ursa_Major_and_Ursa_Minor_Constellations.jpg, kleuren omgekeerd door Markus Nielbock, https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/legalcode).

In het noordelijk halfrond is er een matig heldere ster dicht bij de hemelpool, de Poolster of Polaris. Het is de helderste ster in het sterrenbeeld Kleine Beer of Ursa Minor (figuur 4). In ons tijdperk wijkt de Poolster minder dan een graad af. Maar 1000 jaar geleden was hij 8° verwijderd van de pool. Nu kunnen we hem dus gebruiken als benadering voor de positie van de noordelijke hemelpool. Aan de zuidelijke hemelpool is er niet zo’n ster die met het blote oog kan worden gezien. Er moeten andere methoden worden gebruikt om de pool te vinden.

Als we exact op de geografische noordpool zouden staan, zou de Poolster altijd recht boven ons hoofd staan. We kunnen zeggen dat de hoogte ervan (bijna) 90° is. Deze informatie introduceert het horizontale coördinatenstelsel (figuur 5). Het is de natuurlijke referentie die we dagelijks gebruiken. Wij, de waarnemers, zijn de oorsprong van dat coördinatenstelsel gelegen in een plat vlak, waarvan de horizon de rand is. De hemel wordt voorgesteld als een halfrond daarboven. De hoek tussen een object aan de hemel en de horizon is de hoogte. De richting in het vlak wordt gegeven als een hoek tussen 0° en 360°, het azimut, die doorgaans met de klok mee vanaf het noorden wordt geteld. In navigatietermen heet dit ook de peiling. De meridiaan is de lijn die de noord- en zuidpool verbindt en door het zenit loopt.

Figuur 5: Illustratie van het horizontale coördinatenstelsel. De waarnemer is de oorsprong van de coördinaten die als azimut en hoogte zijn aangewezen (bron: TWCarlson, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Azimuth-Altitude_schematic.svg, „Azimuth-Altitude schematic“, https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/legalcode).

Voor elke andere positie op aarde staat de hemelpool of de Poolster op een hoogte van minder dan 90°. Aan de evenaar zou hij maar net de horizon raken, d.w.z. op een hoogte van 0°. De correlatie tussen de breedtegraad (noordpool = 90°, evenaar = 0°) en de hoogte van de Poolster is geen toeval. Figuur 6 combineert alle drie genoemde coördinatenstelsels. Voor een gegeven waarnemer en op elke breedtegraad op aarde raakt het lokale horizontale coördinatenstelsel het aardse bolvormige polaire coördinatenstelsel op één raakpunt. De schets laat ook zien dat de hoogte van de noordelijke hemelpool, ook de poolhoogte genoemd, exact gelijk is aan de noordelijke breedtegraad van de waarnemer op aarde.

Figuur 6: Als de drie coördinatenstelsels (aards bolvormig, hemel equatoriaal, lokaal horizontaal) worden gecombineerd, wordt het duidelijk dat de breedtegraad van de waarnemer exact de hoogte is van de hemelpool, ook wel poolshoogte genoemd (bron: M. Nielbock, eigen werk).

Hieruit kunnen we concluderen dat als we de hoogte van de Poolster meten, we onze breedtegraad op aarde met redelijke precisie kunnen bepalen.

Circumpolaire sterren en sterrenbeelden

In de oude geschiedenis, d.w.z. in de bronstijd, kon de Poolster niet worden gebruikt om het noorden te vinden. Vanwege de precessie van de aardas lag hij in 3500 v. Chr. ongeveer 30° van de noordelijke hemelpool. In plaats daarvan was de ster Thuban (α Draconis) geschikter omdat hij er maar 4° vanaf lag. Deze was echter aanzienlijk minder helder dan de Poolster en wellicht niet altijd met het blote oog zichtbaar.

Figuur 7: Sterrenkaarten van het noordelijk hemelpoolgebied voor de jaren 2750 v. Chr. en 2016 n. Chr. (eigen werk, gemaakt met XEphem versie 3.7.6 geproduceerd door Elwood C. Downey en gedistribueerd door het Clear Sky Institute Inc., Solon, Iowa, VS, http://www.xephem.com).

Als je naar de nachtelijke hemel kijkt, zie je dat sommige sterren binnen een bepaalde straal rond de hemelpolen nooit ondergaan; ze zijn circumpolair (zie figuur 3). Zeevaarders waren vaardig genoeg om de ware stand van de hemelpool te bepalen door enkele sterren daar vlakbij waar te nemen. Deze methode werkt ook voor de zuidelijke hemelpool.

Als zeevaarders naar het noorden of zuiden varen, zien ze dat met de veranderende hoogte van de hemelpool het circumpolaire bereik ook verandert. Dus als zeevaarders dezelfde ster of hetzelfde sterrenbeeld op dezelfde hoogte zien culmineren – d.w.z. de meridiaan passeren – blijven ze op de ‘breedtegraad’. Hoewel de ontwikkelde Oude Grieken bekend waren met het concept van breedtegraad op een bolvormige aarde, waren gewone zeelieden dat waarschijnlijk niet. Voor hen was het genoeg om het verband tussen de hoogte van sterren en hun koers in te zien. Oude zeevaarders kenden de nachtelijke hemel zeer goed. Ze gebruikten de relatieve standen van sterrenbeelden om hun positie in termen van breedtegraad te bepalen.

Vroege zeevaart en navigatie in het Middellandse Zeegebied

Navigatie aan de hand van hemellichamen is een vaardigheid die werd beoefend lang voordat er mensen op aarde rondliepen. We kennen tegenwoordig talloze voorbeelden van dieren die hun koers vinden met behulp van de zon en sterren. Bijen en monarchvlinders navigeren aan de hand van de zon (Sauman et al., 2005), net als spreeuwen (Kramer, 1952). Nog indrukwekkender is het vermogen van vogels (Emlen, 1970; Lockley, 1967; Sauer, 1958) en zeehonden (Mauck, Gläser, Schlosser, & Dehnhardt, 2008) die ‘s nachts de stand van de sterren bepalen om koers te zetten. In onze moderne samenleving met krachtige stadsverlichting kunnen felle lichten echter met hemellichamen worden verward. Zo gebruiken motten bijvoorbeeld de maan om een constante koers aan te houden, maar als ze door een straatlantaarn in de war raken, blijven ze eromheen cirkelen tot ze uitgeput zijn (Stevenson, 2008). Vandaar dat lichtvervuiling een ernstige bedreiging voor veel dieren is. De omvang van het probleem is in figuur 8 weergegeven.

Figuur 8: Het Iberisch schiereiland in de nacht, gezien vanaf het Internationale Ruimtestation (bron: foto met toestemming van de Earth Science and Remote Sensing Unit, NASA Johnson Space Center, mission-roll-frame no. ISS040-E-081320 (26 juli 2014), http://eol.jsc.nasa.gov/SearchPhotos/photo.pl?mission=ISS040&roll=E&frame=081320).

Een van de eerste volkeren die over open zee voeren waren de Aboriginal-kolonisten van Australië, ongeveer 50.000 jaar geleden (Hiscock, 2013). Het oudste bewijs van zeevaart in het Middellandse Zeegebied dateert van 7000 v. Chr. (Hertel, 1990), in boten of kleine schepen die alleen door roeispanen werden voortbewogen. De routes waren beperkt tot dicht bij de kust, waar men kon navigeren aan de hand van herkenningspunten op het land. Om grotere afstanden te overbruggen, was een aandrijfmechanisme anders dan spierkracht nodig. Daarom was het zeil een van de belangrijkste uitvindingen in de menselijke geschiedenis, van vergelijkbaar belang als het wiel. Rond het midden van het vierde millennium v. Chr. zeilden Egyptische schepen over het oostelijk deel van de Middellandse Zee (Bohn, 2011) en vestigden ze handelsroutes met Byblos in Fenicië, het Kanaän uit bijbelse tijden, nu Libanon. Rond deze tijd begon de bronstijd. Tin was in de bronstijd een belangrijk goed en de tinmijnen in Centraal- en West-Europa wakkerden een grootschalige handel aan (Penhallurick, 1986). Transport over grote afstanden in en buiten het Middellandse Zeegebied gebeurde met schepen.

Figuur 9: Kaart van de verspreiding van metallurgie. Tinmijnen uit de bronstijd lagen vooral aan de Atlantische kust van Europa (bron: gebruiker: Hamelin de Guettelet, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Metallurgical_diffusion.png, public domain).

Al snel beseften de zeevaarders dat hemellichamen, met name sterren, konden worden gebruikt om een schip op koers te houden. Zulke vaardigheden zijn in vroege literatuur vermeld, zoals de Odyssee door Homerus, die vermoedelijk dateert uit de achtste eeuw v. Chr. De oorspronkelijke bronnen komen vermoedelijk uit de bronstijd, waarin het Minoïsche volk op Kreta bijzonder invloedrijk was. Dit volk leefde tussen 3650 en 1450 v. Chr. in het noordelijk Middellandse Zeegebied en voeren over de Egeïsche Zee. Aangezien veel van hun heilige gebouwen in lijn stonden met de hoofdstreken en astronomische verschijnselen als de opkomende zon en de equinoxen (Henriksson & Blomberg, 2008, 2009), kan redelijkerwijs worden aangenomen dat zij deze kennis ook voor navigatie gebruikten (Blomberg & Henriksson, 1999). Minoïsche mensen voeren naar het eiland Thera en Egypte, wat enkele dagen op open water moet hebben geduurd.

Figuur 10: Kaart van Kreta met oude Minoïsche vindplaatsen aan het begin van het tweede millennium v. Chr. (bron: Eric Gaba (Sting), https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Crete_integrated_map-en.svg, annotaties in het rood door Markus Nielbock, https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/legalcode).

De Griekse dichter Aratus van Soli publiceerde zijn Phainomena rond 275 v. Chr. (Aratus, Callimachus, & Lycophron, 1921), waarin in detail de standen van sterrenbeelden en hun volgorde van opkomen en ondergaan werden beschreven. Dit was onmisbare informatie voor zeevaarders om een gegeven koers aan te houden. Hij hoefde alleen maar zijn schip in een peiling te richten en die aan te houden, met de hulp van sterrenbeelden die in die richting verschenen. Het azimut van een gegeven ster die opkomt of ondergaat blijft het hele jaar constant, afgezien van een langzame verandering gedurende 26.000 jaar als gevolg van de precessie van de aarde. Interessant genoeg kwamen de standen van Aratus niet overeen met de late bronstijd en de vroege ijzertijd, maar pasten bij het tijdperk van de Minoïsche heerschappij (Blomberg & Henriksson, 1999) circa 2000 jaar eerder.

Rond 1200 v. Chr. werden de Feniciërs de dominante beschaving in het Middellandse Zeegebied. Ze bouwden kolonies langs de zuidelijke en westelijke kusten van het Middellandse Zeegebied en daarbuiten. Een daarvan was de kolonie Gades (nu Cádiz), net buiten de Straat van Gibraltar, die diende als een handelspost voor goederen en hulpbronnen uit Noord-Europa (Cunliffe, 2003; Hertel, 1990). Diverse gedocumenteerde reizen over de Atlantische Oceaan brachten hen naar Brittannië en zelfs enkele honderden kilometers zuidelijk langs de Afrikaanse kust (Johnson & Nurminen, 2009).

Figuur 11: De nachtelijke hemel met peiling van Kreta tot Alexandrië voor 22 september 2000 v. Chr., 21:30 UT (bron: eigen werk, gemaakt met Stellarium, gratis GNU GPL software, naar Blomberg & Henriksson (1999), fig. 9).

De Griekse historicus Herodotus (ca. 484–420 v. Chr.) beschrijft een Fenicische expeditie gefinancierd door de Egyptisch farao Necho II (610–595 v. Chr.) om vanuit de Rode Zee rond Afrika te varen en via de Middellandse Zee weer naar Egypte terug te keren (Bohn, 2011; Hertel, 1990; Johnson & Nurminen, 2009). De zeelieden schijnen gemeld te hebben dat de zon soms in het noorden stond (Cunliffe, 2003), wat te verwachten is als ze de evenaar naar het zuiden overstaken. Dit onderbouwt de buitengewone navigatietechnieken die men had. Nadat de Perzen het Fenicische vaderland in 539 v. Chr. veroverden, nam de Fenicische invloed af, maar werd nieuw leven ingeblazen door afstammelingen van hun kolonies, de Carthagers.

Figuur 12: Handelsroutes van de Feniciërs in de Europese bronstijd (bron: DooFi, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:PhoenicianTrade_EN.svg, https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/legalcode ).

Pytheas

Een zeer bijzondere en goed gedocumenteerde langeafstandsreis is beschreven door antieke auteurs en geleerden als Strabo, Plinius en Diodorus van Sicilië. Het is de reis van Pytheas (ca. 380–310 v. Chr.), een Grieks sterrenkundige, geograaf en ontdekkingsreiziger uit Marseille die rond 320 v. Chr. het Middellandse Zeegebied verliet, langs de Europese westkust voer en naar het noorden ging tot de Britse eilanden en voorbij de noordpoolcirkel. Daarbij bereikte hij mogelijk IJsland of de Faeröer dat hij Thule noemde (Baker & Baker, 1997; Cunliffe, 2003; Hergt, 1893).

Massalia (of Massilia), zoals Marseille toen werd genoemd, werd rond 600 v. Chr. gesticht door Phocische Grieken en ontwikkelde zich snel tot een van de grootste en rijkste Griekse buitenposten in het westelijke Middellandse Zeegebied, met sterke handelsrelaties met Keltische stammen die het grootste deel van Europa bevolkten (Cunliffe, 2003). Pytheas werd in de late bronstijd geboren, toen de handel met gebieden in Noord-Europa bloeide. In de Griekse geografie was niet veel bekend van dit deel van de wereld, behalve dat de barbaren die er leefden tinerts wonnen en het kostbare barnsteen leverden dat zo gewild was in het Middellandse Zeegebied. Misschien was het uit pure nieuwsgierigheid dat Pytheas erop uitging om deze kusten te verkennen.

Figuur 13: Standbeeld van Pytheas aan het Palais de la Bourse in Marseille, ter ere van zijn verrichtingen (bron: Rvalette, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Pythéas.jpg, „Pythéas“, https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/legalcode).

Zijn reis was een mijlpaal omdat Pytheas een wetenschapper en een groot observator was. Hij gebruikte een gnomon of een zonnewijzer, waarmee hij tijdens zijn reis zijn breedtegraad kon bepalen en de tijd kon meten (Nansen, 1911). Hij merkte ook op dat de zon ‘s zomers op hogere breedtegraden langer scheen. Daarnaast was hij de eerste die een verband opmerkte tussen de getijden, die in de Middellandse Zee bijna niet bestaan, en de schijngestalten van de maan (Roller, 2006).

Figuur 14: De reis van Pytheas van Massalia volgens Cunliffe (2003) (bron: ESA/Cunliffe, http://www.esa.int/spaceinimages/Images/2005/09/The_journey_of_Pytheas, http://www.esa.int/spaceinimages/ESA_Multimedia/Copyright_Notice_Images).

Inleiding

Het zou handig zijn om de activiteit te integreren in een grotere context van zeevaart, bijv. bij aardrijkskunde, geschiedenis, literatuur enz.

Tip: Deze activiteit kan gecombineerd worden met andere vormen van kennisvergaring zoals een mondelinge presentatie voor geschiedenis, literatuur of aardrijkskunde, gericht op navigatie. Dit zou het gebied op een veel meer interactieve manier voorbereiden dan wat een leerkracht kan bereiken door de feiten samen te vatten.

Er kunnen wat goede documentaires worden getoond die beschikbaar zijn over zeeverkenning. Laat de leerlingen de onderstaande video’s zien als een inleiding op astronavigatie in het algemeen en de vroege zeevaarders. De laatste is in het Frans. Dit kan in combinatie met Franse lessen op school worden gedaan. Zo niet, vertel dan het verhaal van Pytheas zoals beschreven in de

achtergrondinformatie. Een link naar literatuur- of geschiedenislessen kan gelegd worden door het lezen van ‘The Extraordinary Voyage of Pytheas’ door B. Cunliffe

Episode 2: Celestial Navigation (duur: 4:39)

https://www.youtube.com/watch?v=DoOuSo9qElI

How did early Sailors navigate the Oceans? | The Curious Engineer (duur: 6:20)

https://www.youtube.com/watch?v=4DlNhbkPiYY

World Explorers in 10 Minutes (duur: 9:59)

https://www.youtube.com/watch?v=iUkOfzhvMMs

Once upon a time … man: The Explorers - The first navigators (duur: 23:13)

https://www.youtube.com/watch?v=KuryXLnHsEY

Pythéas, un Massaliote méconnu (Frans, duur: 9:57)

https://www.youtube.com/watch?v=knBNHbbu-ao

Vraag de leerlingen of ze weten hoe lang mensen al met schepen oceanen oversteken. Er kan gewezen worden op de migratie van Homo sapiens naar eilanden en afgelegen continenten zoals Australië.

Mogelijke antwoorden:

We weten zeker dat schepen sinds 3000 v. Chr. of eerder gebruikt werden om grote afstanden af te leggen. Maar de vroege kolonisten van Australië moeten een manier hebben gevonden om rond 50.000 v. Chr. de oceanen over te steken.

Vraag wat het voordeel geweest kan zijn van het verkennen van de zeeën. Misschien kent iemand historische culturen of volkeren die beroemde zeevaarders waren. De leerkracht kan dit ondersteunen met enkele voorbeelden van zeevarende volkeren uit de oudheid, bijv uit het Middellandse Zeegebied.

Mogelijke antwoorden:

Het vinden van nieuwe hulpbronnen en voedsel, handel, ontdekkingsgeest, nieuwsgierigheid.

Vraag de leerlingen hoe ze elke dag hun weg naar school vinden. Waarop oriënteren ze zich zodat ze niet verdwalen? Als er referentiepunten (gebouwen, verkeerslichten, bushaltes enz.) worden genoemd, vraag de leerlingen dan hoe zeevaarders hun weg over de zeeën konden vinden. In vroege tijden gebruikten ze zeemansgidsen samen met herkenningspunten aan land die ze konden herkennen. Maar daarvoor moesten de schepen dicht bij de kust blijven. Vuurtorens verbeterden de situatie. Magnetische kompassen werden relatief laat uitgevonden, rond de elfde eeuw v. Chr., en ze werden in Europa niet voor de dertiende eeuw gebruikt. Maar wat kun je op zee als referentiepunten gebruiken? De leerlingen kunnen hemellichamen noemen, zoals de zon, de maan en sterren.

Suggesties voor aanvullende vragen, met name na het tonen van de inleidende video’s

V: Wie was Pytheas?

A: Hij was een Oude Griekse wetenschapper en ontdekkingsreiziger.

V: Waar en wanneer leefde hij?

A: Hij leefde in de vierde eeuw v. Chr., in de late bronstijd, in Massalia, het huidige Marseille.

V: Waar reisde hij naartoe?

A: Pytheas reisde naar het noorden langs de Atlantische kust van Europa naar Brittannië en waarschijnlijk naar de noordpoolcirkel en IJsland.

V: Wat nam hij waar en ontdekte hij tijdens zijn reis?

A: Hij was de eerste Griek die ver naar het noorden reisde. Hij merkte dat de lengte van het daglicht afhangt van de breedtegraad. Hij was ook de eerste die het verband legde tussen de getijden en de schijngestalten van de maan.

Activiteit 1: Circumpolaire sterrenbeelden en sterren

Benodigde materialen:

• werkbladen

• passer

• potlood

• liniaal

• rekenmachine

Bij gebrek aan een heldere ster aan de hemelpolen konden zeevaarders in de oudheid de hemelpolen vinden door enkele circumpolaire sterren te observeren. Deze zeevaarders hadden genoeg ervaring om het ware noorden te vinden door de relatieve stand van zulke sterren en hun pad eromheen te herkennen.

Daarnaast gebruikten ze circumpolaire sterrenbeelden en sterren om hun breedtegraad af te leiden. Ze komen nooit op en gaan nooit onder – ze blijven altijd boven de horizon. Tegenwoordig kunnen we eenvoudigweg de hoogte van de Poolster boven de horizon meten, maar zeevaarders in de oudheid zagen de Poolster vele graden verwijderd van de noordelijke hemelpool. Op het zuidelijk halfrond is er sowieso niet zo’n aanwijzende ster. Dus in plaats van de hoogte van de Poolster te meten, observeerden ze de sterren en sterrenbeelden die nog boven de horizon zichtbaar waren wanneer ze hun laagste punt boven de horizon bereikten (onderste culminatie) tijdens hun schijnbare baan rond de hemelpool.

Laat de leerlingen de onderstaande twee video’s bekijken, die het verschijnsel van circumpolaire sterren en sterrenbeelden voor twee locaties op aarde laten zien. Ze tonen de gesimuleerde dagelijkse schijnbare draaiing van de hemel rond de noordelijke hemelpool.

CircumpolarStars Heidelberg 49degN (duur: 0:57)

https://youtu.be/uzeey9VPA48

CircumpolarStars Habana 23degN (duur: 0:49)

https://youtu.be/zggfQC_d7UQ

De leerlingen zullen opmerken dat

1. Er altijd sterren en sterrenbeelden zijn die niet ondergaan. Dat zijn de circumpolaire sterren en sterrenbeelden.

2. De hoek tussen de hemelpool (Poolster) en de horizon afhangt van de breedtegraad waarop de waarnemer zich bevindt. Deze hoeken zijn zelfs identiek.

3. Het circumpolaire gebied afhangt van de breedtegraad waarop de waarnemer zich bevindt. Dit is groter op locaties dichter bij de pool.

Als de leerlingen bekend zijn met het gebruik van een planisfeer kunnen zij hetzelfde verschijnsel bestuderen door de volgende twee video’s te bekijken.

CircumPolarStars phi N20 (duur: 0:37)

https://youtu.be/Uv-xcdqhV00

CircumPolarStars phi N45 (duur: 0:37)

https://youtu.be/VZ6RmdzbpPw

Die laten de draaiing van de hemel zien voor de breedtegraden 20° en 45°. Het doorzichtige gebied toont de zichtbare hemel voor een gegeven tijdstip. De gearceerde cirkel geeft het gebied van circumpolaire sterren en sterrenbeelden aan.

Vragen

V: Wat is er bijzonder aan de geografische noord- en zuidpool van de aarde in vergelijking met andere locaties?

A: Ze definiëren de omwentelingsas van de aarde.

V: Hoe vind je het noorden en de andere hoofdstreken zonder een kompas?

A: Hemellichamen, bijv. sterren als de Poolster, geven de noordelijke hemelpool aan.

V: Waarom geeft de Poolster het noorden aan?

A: In ons tijdperk staat de Poolster het dichtst bij de noordelijke hemelpool.

V: Waar aan de hemel vind je de noordelijke/zuidelijke hemelpool als je precies op de noordpool/zuidpool van de aarde staat?

A: Aan het zenit, d.w.z. recht boven je hoofd.

V: Hoe verandert deze positie als je richting de evenaar reist?

A: De hoogte neemt af van het zenit naar de horizon.

V: Wat zijn circumpolaire sterrenbeelden?

A: Dit zijn sterrenbeelden die rond een van de hemelpolen draaien en nooit opkomen of ondergaan. Ze staan altijd boven de horizon.

V: Welke van de zichtbare sterrenbeelden zouden circumpolair zijn als je op de noordpool/zuidpool van de aa

A: Het hele noordelijke/zuidelijke halfrond (polen). Geen aan de evenaar.

V: Als de Poolster niet zichtbaar was, hoe zou je dan je breedtegraad kunnen bepalen?

A: Omdat de circumpolaire sterren en sterrenbeelden afhangen van de breedtegraad, net als de hoogte van de Poolster, geven de sterren en sterrenbeelden die altijd boven de horizon blijven aan waar ik ben.

Oefening

De opdracht is nu om in de voetsporen te treden van een zeevaarder die rond 5000 jaar geleden leefde. Met die vaardigheden zullen de leerlingen bepalen welke sterrenbeelden circumpolair zijn als ze vanaf gegeven posities op aarde worden waargenomen.

In onderstaande tabel staan de namen en breedtegraden van zes steden. Negatieve waarden geven zuidelijke breedten aan. De zevende rij is leeg. Daar kunnen de leerlingen de gegevens van hun eigen woonplaats invullen. Hieruit moeten ze de hoekstralen vanaf de hemelpool berekenen. De berekening is eenvoudig, omdat die dezelfde is als de poolhoogte en de breedtegraad: φ=ϱ

Daarna kunnen ze de kaart kiezen die overeenkomt met het halfrond. De leerlingen gebruiken de passer om cirkels van die stralen rond de overeenkomstige pool te tekenen. De sterrenbeelden in die cirkel zijn circumpolair. De sterrenbeelden die voor een bepaalde stad volledig of gedeeltelijk zichtbaar zijn, worden in de tabel ingevuld.

Mogelijke oplossingen worden cursief ingevuld. De voor de oefening voorbereide tabel staat in het werkblad.

Gedetailleerde instructies

1. Bepaal de schaal van de kaart. De hoekschaal is 90° van de polen naar de buitenste cirkel, d.w.z. de hemelevenaar.

2. Zet de breedtegraden in de tabel om in stralen in de schaal van de kaarten en vul ze in de tabel in.

3. Voor elk van de steden:

i. Kies de geschikte kaart.

i. Gebruik de passer om een cirkel te tekenen met een straal die voor die stad werd bepaald.

i. Vind en noteer de zichtbare circumpolaire sterrenbeelden. Als er te veel zijn, kies dan de meest opvallende.

Figuur 15: Sterrenkaarten van het noordelijk en zuidelijk halfrond (bron: Markus Nielbock, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:NorthernCelestialHemisphere.png, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:SouthernCelestialHemisphere.png, https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/legalcode, gemaakt met PP3, http://pp3.sourceforge.net).

Discussie

In de oudheid viel de Poolster niet samen met de noordelijke hemelpool. Leg het belang uit van circumpolaire sterren en sterrenbeelden voor zeevaarders uit de oudheid.

*Mogelijk antwoord:

Ze boden een uitstekend hulpmiddel om de breedtegraad aan te houden en zorgden dat zeevaarders op open zee niet verdwaalden.

Oplossingen

De schaal van de kaart is: 1 cm 10°

Noordelijke hemel

Zuidelijke hemel

Activiteit 2: Sterren wijzen de weg

Benodigde materialen:

• werkblad

• potlood

• geodriehoek

• computer met MS Excel geïnstalleerd

• Excel-spreadsheet: "AncientMediterranean_BrightStars_EUSPACE-AWE_Navigation.xlsx"

Bij gebrek aan een ster als de Poolster die de hemelpool aangeeft, gebruikten zeevaarders in de oudheid andere sterren en sterrenbeelden om de hoofdstreken en de koers van hun schip te bepalen. Ze beseften dat de posities waar ze aan de horizon verschijnen en verdwijnen (de peiling)

tijdens een leven niet veranderen. Ervaren zeevaarders kenden de helderste sterren en sterrenbeelden uit het hoofd.

Figuur 16: Peiling van geselecteerde opkomende heldere sterren voor 45° breedte op een hoogte van 10° boven de horizon (eigen werk).

Vragen

V: Kun je de hoofdstreken vinden aan de hand van andere sterren dan de Poolster? Let op: er is geen ster aan de zuidpool.

A: Ja. Als je de sterren en sterrenbeelden kent, kunnen ze de weg wijzen, omdat ze elke dag op dezelfde positie terugkeren.

V: Hoe kun je opkomende en ondergaande sterren en sterrenbeelden gebruiken om op zee een koers te bepalen?

A: De positie aan de horizon bij het opkomen en ondergaan verandert niet (afgezien van een heel langzame variatie).

V: Zou je elke nacht gedurende het jaar dezelfde sterren kunnen zien?

A: Nee, de tijd van opkomen en ondergaan verandert. Sterren die in de winternacht zichtbaar zijn, staan in de zomer overdag aan de hemel.

Oefening

De leerlingen maken een sterrenkompas vergelijkbaar met figuur 16. De berekeningen die nodig zijn om de hemelcoördinaten van de sterren om te zetten in horizontale coördinaten, d.w.z. azimut en hoogte, zijn vrij complex. Daarom wordt bij deze activiteit een Excel-bestand geleverd dat dit voor hen doet. Het bestaat uit 57 heldere sterren plus de Plejaden (het Zevengesternte), een zeer opvallende groep sterren.

Alles wat ze hoeven doen is de breedtegraad van hun locatie en de hoogte van de sterren op de overeenkomstige regel onderaan de spreadsheet invullen. Voor de hoogte is 10° een goede waarde. Dit betekent dat ze de azimuts van de sterren krijgen wanneer ze op een hoogte van 10° worden waargenomen. Er kunnen ook andere waarden worden gebruikt, maar deze oefening is bedoeld om sterren te vinden die net opkomen of ondergaan. Het azimut is een hoek langs de horizon, met de klok mee vanaf het noorden geteld.

De laatste twee kolommen (AZ1, AZ2) laten dan twee azimuts zien, één waar de ster opkomt en één waar de ster ondergaat. Merk op dat de verdeling van azimuts voor opkomende en ondergaande sterren symmetrisch is ten opzichte van de meridiaan, d.w.z. de lijn die het noorden en zuiden verbindt. De cellen met #NA bevatten geen geldige getallen. Deze sterren komen nooit op en gaan nooit onder. Ze zijn circumpolair of staan onder de horizon.

De leerlingen vertalen de waarden naar het sterrenkompas hieronder. Ze gebruiken een geodriehoek en geven de positie van elke ster op de cirkel aan. Daarna schrijven ze de naam ervan ernaast.

Discussie

Een van de methoden om in de oudheid door het Middellandse Zeegebied te navigeren was om dichtbij de kust te blijven. Afgezien van het gevaar voor ondiepe wateren, leg uit waarom zeevaarders in de bronstijd methoden moeten hebben ontwikkeld waarmee ze veilig op open water konden navigeren. Misschien is het handig om hierbij naar een kaart van de Middellandse Zee te kijken.

Mogelijke antwoorden:

Mensen bezochten in de oudheid eilanden voor de handel of om andere redenen. Veel daarvan zijn niet zichtbaar vanaf de kust van de Middellandse Zee. De reizen zouden langer dan enkele uren duren. Schepen uit die tijd konden gemiddeld vijf zeemijl per uur afleggen. Er zijn ook verslagen die door de eeuwen heen overgeleverd zijn en die ons vertellen over astronavigatie.

Activiteit 3: Doe het zelf! (extra)

Benodigde materialen:

• resultaten van de voorgaande activiteiten

• draagbare rode lamp, bijv. een gedimde zaklamp of een zaklamp bedekt met een rood filter

• een magnetisch kompas, indien beschikbaar

Niets is leerzamer dan in het echt toepassen van wat er in theorie geleerd en geoefend is. De resultaten uit de voorgaande twee activiteiten kunnen dus in het veld getest worden door de nachtelijke hemel waar te nemen.

Deze activiteit kan thuis door de leerlingen zelf worden gedaan of als een groep met de klas.

Kies een heldere avond en een plaats met een goed zicht op de horizon. Zodra het donker genoeg is om de sterren te zien, inspecteren de leerlingen met hun gedimde zaklampen hun kaarten met de circumpolaire bereiken uit activiteit 1. Een gedimde zaklamp – of nog beter, een rode – helpt om de ogen aan het donker aangepast te houden.

Na het vinden van de helderste sterren gebruiken ze hun sterrenkompas uit activiteit 2. De leerlingen dienen de merktekens van een of enkele van de sterren te richten op de sterren aan de hemel. Laat hen het noorden vinden (of zuiden, afhankelijk van welke hemelpool er vanaf de locatie te zien is). In het geval van het noordelijk halfrond: klopt dit dan met de richting van de Poolster? Op het zuidelijk halfrond is er wellicht een magnetisch kompas nodig.

Laat de leerlingen de sterrenbeelden die ze aan de hemel zien op hun kaart vinden. Vraag ze naar het noorden te kijken (het zuiden op het zuidelijk halfrond) en de sterren en sterrenbeelden te benoemen die net boven de horizon staan. Klopt dit met de kaart? Merk op dat er een cirkel moet zijn die het circumpolaire bereik voor de plaatselijke breedtegraad aangeeft.

Probeer te benadrukken dat ze door deze activiteit uit te voeren net zo werken als de zeevaarders van 4000 jaar geleden.

Space Awareness curricula topics (EU and South Africa)

Navigation through the ages, coordinate systems, celestial navigation