„Nicht ruhen, bis er nach Süden zeigt“: Die Geschichte der Erfindung des Kompasses

Das Bild oben zeigt das Sinan-Modell.

Das Bild unten zeigt ein Modell eines Kompasses mit der Hängemethode. Bild mit freundlicher Genehmigung von Visual China

Vor Kurzem wurde das globale Satellitennavigationssystem BeiDou-3 fertiggestellt und in Betrieb genommen. Damit ist China das dritte Land der Welt, das unabhängig über ein globales Satellitennavigationssystem verfügt. Wenn wir über Satellitennavigationssysteme sprechen, müssen wir das älteste Navigationsinstrument meines Landes erwähnen: den Kompass.

Unsere Vorfahren brauchten lange, um den Magnetismus der Materie zu verstehen und zu beherrschen. Bei der Produktion kamen die Menschen mit Magnetit in Berührung, entdeckten die Eigenschaften von Magneten, die Eisen anziehen, und die Richtungsabhängigkeit von Magneten und erfanden schließlich den Kompass. Während der Song-Dynastie verfügten unsere Vorfahren bereits über umfangreiches Wissen über Magnetismus. Wen Tianxiang, ein patriotischer Dichter der Südlichen Song-Dynastie, wurde während seiner Mission nach Beiying und seiner Rückkehr nach Fuzhou mehrere Tage lang von Yuan-Soldaten festgehalten. Er schrieb „Yangtze River“: „Ein paar Tage lang folgte ich dem Wind zur Nordsee und kehrte vom Jangtse zurück. Mein Herz ist wie ein Magnet und ich werde nicht ruhen, bis es nach Süden zeigt.“ Dieses Gedicht wurde in „Guidebook“ aufgenommen, um die Loyalität des Autors gegenüber der Südlichen Song-Dynastie und seine Entschlossenheit auszudrücken, sein Leben zu riskieren, um in den Süden zurückzukehren.

Sinan wurde aufgrund seiner eigenen Mängel nicht weit verbreitet

Der Vorläufer des Kompasses tauchte etwa zur Zeit der Streitenden Reiche auf. Es besteht aus einem natürlichen Magneten und sieht aus wie ein Löffel. Es kann zur Erhaltung des Gleichgewichts auf einen glatten „Boden“ gestellt werden und sich frei drehen. Wenn er still ist, zeigt der Griff des Löffels nach Süden und die Alten nannten ihn „Sinan“. Die Verwendung von Si Nan wurde in Guiguzi aufgezeichnet, einem Buch, das während der Zeit der Streitenden Reiche geschrieben wurde. Die Leute aus dem Staat Zheng nahmen Si Nan mit, wenn sie Jade abbauen gingen, um sicherzugehen, dass sie sich nicht verirrten.

In der Frühlings- und Herbstperiode konnten die Menschen Nephrit und Jadeit mit einer Härte von 5 bis 7 Grad zu Utensilien in verschiedenen Formen schleifen. Daher konnten sie Si Nan auch aus natürlichem Magneten mit einer Härte von nur 5,5 bis 6,5 Grad herstellen. Wang Chong, ein Denker der Östlichen Han-Dynastie, hat die Form und Verwendung von Si Nan in Lun Heng klar dokumentiert. Der Si Nan besteht aus einem ganzen Stück Naturmagneten, der in Löffelform poliert wird. Der Löffelstiel dient dabei als Kompass und der Schwerpunkt des gesamten Löffels liegt genau in der Mitte des Löffelbodens. Der Löffel liegt auf einem glatten Untergrund, der außen quadratisch und innen rund ist. Rundherum sind die vier Himmelsrichtungen der Stämme und irdischen Zweige eingraviert, sodass es insgesamt vierundzwanzig Himmelsrichtungen gibt. Dieser Entwurf wurde von den Menschen des Altertums fertiggestellt, nachdem sie viele magnetische Phänomene in der Natur sorgfältig beobachtet, eine große Menge an Wissen und Erfahrung angesammelt und langfristige Forschungen durchgeführt hatten. Das Aufkommen von Sinan ist die praktische Anwendung des menschlichen Verständnisses der Polarität von Magneten.

Si Nan hatte jedoch viele Mängel, beispielsweise die Schwierigkeit, natürliche Magnete zu finden, die Schwierigkeit bei der Verarbeitung, die mangelnde Messgenauigkeit, die große Größe und die Unbequemlichkeit beim Tragen. Dies waren die Hauptgründe dafür, dass Si Nan lange Zeit keine breite Anwendung fand.

Künstliche Magnetisierungsmethode verwandelt Eisenblech in Kompass

In der Antike schnitten die Menschen oft dünne Eisenblätter in die Form von Fischen. Der Bauch des „Fisches“ war leicht konkav, wie ein kleines Boot. Nachdem es magnetisiert worden war, schwamm es auf dem Wasser und konnte Norden und Süden anzeigen. Damals wurde hierfür ein Spiel namens „Compass Fish“ verwendet, das den Prototyp des Kompasses darstellte. Während der Nördlichen Song-Dynastie beschrieb Zeng Gongliang in „Wu Jing Zong Yao“ die Methode zur Herstellung und Verwendung des Kompassfisches: „Schneiden Sie aus einem dünnen Eisenblatt ein zwei Zoll langes und fünf Fen breites Stück mit fischförmigem Kopf und Schwanz ab und verbrennen Sie es über einem Holzkohlefeuer. Wenn es rot wird, versiegeln Sie den Fischkopf mit einem Eisensiegel vor dem Feuer und legen Sie den Schwanz direkt in die Mitte des Wassers. Tauchen Sie ihn einige Minuten lang in ein Becken mit Wasser, bis der Schwanz untergetaucht ist, und bewahren Sie ihn dann in einem verschlossenen Behälter auf. Stellen Sie bei der Verwendung eine Schüssel mit Wasser an einen windstillen Ort und legen Sie ihn flach hin. Der Fisch liegt auf der Wasseroberfläche und schwimmt, wobei sein Kopf immer zur Mittagszeit zeigt.“

Dabei handelt es sich um eine Methode der künstlichen Magnetisierung, bei der das Magnetfeld der Erde zur Magnetisierung von Eisenblechen genutzt wird. Das heißt, das glühende Eisenblech in Richtung des Meridians legen. Die Moleküle im Inneren der glühenden Eisenplatte befinden sich in einem relativ aktiven Zustand, wodurch sich die Eisenmoleküle entlang der Richtung des Erdmagnetfelds ausrichten und so der Zweck der Magnetisierung erreicht wird. Durch Eintauchen des Eisenblechs in Wasser lässt sich diese Anordnung schneller fixieren, durch leichtes Neigen des Fischschwanzes nach unten lässt sich der Magnetisierungsgrad erhöhen. Die Erfindung der Methode der künstlichen Magnetisierung spielte eine große Rolle bei der Anwendung und Entwicklung des Kompasses und war auch ein wichtiges Ereignis in der Geschichte der Entwicklung des Magnetismus und Geomagnetismus.

Die Erfindung des Kompasses ist das Ergebnis des durch langjährige Übung erlangten Verständnisses der chinesischen Arbeiterschaft für den Magnetismus von Objekten. In der Song-Dynastie war das Wissen auf diesem Gebiet bereits sehr umfangreich. Shen Kuo, ein Wissenschaftler der Nördlichen Song-Dynastie, stellte in seinem „Mengxi Bitan“ vier Methoden zur Installation von Magnetnadeln vor.

Bei der Wasserschwimmmethode werden einige Binsenstücke auf die Magnetnadel gefädelt und auf dem Wasser schwimmen gelassen. Bei der Schüsselrandrotationsmethode wird die Magnetnadel auf den Rand der Schüssel gesetzt, und die Magnetnadel kann sich drehen. Bei der Nagelrotationsmethode wird die Magnetnadel auf den Fingernagel gesetzt. Da die Oberfläche des Nagels glatt ist, kann sich die Magnetnadel frei drehen. Bei der Fadenaufhängemethode wird etwas Wachs auf die Mitte der Magnetnadel aufgetragen, ein Stück Seide darauf geklebt und an einem windstillen Ort aufgehängt, um die Richtung anzuzeigen.

Abgeleitet aus den beiden Hauptsystemen der Wasserakupunktur und der Trockenakupunktur

Shen Kuo hat einmal die oben genannten vier Methoden verglichen. Er wies darauf hin, dass der größte Nachteil der Wasserschwimmermethode darin liege, dass die Wasseroberfläche anfällig für Erschütterungen sei und dadurch die Messergebnisse beeinflusst würden. Die Schüssellippen-Schraubmethode und die Fingernagel-Schraubmethode weisen eine geringe Reibung auf und lassen sich sehr flexibel drehen, fallen jedoch leicht ab. Shen Kuo bevorzugte die Methode des Aufhängens mit Seide, da er sie für idealer und praktikabler hielt. Tatsächlich fassen die vier von Shen Kuo aufgezeigten Methoden die beiden wichtigsten Kompasssysteme bis heute zusammen: Wassernadel und Landnadel.

Shen Kuo erwähnte eine weitere Methode der künstlichen Magnetisierung in Mengxi Bitan: „Die Experten verwenden Magnete, um die Spitze von Nadeln zu schleifen, und sie können nach Süden zeigen.“ Laut Shen Kuo rieben die Menschen damals Nähnadeln mit Magneten, um sie magnetisch zu machen. Aus heutiger Sicht handelt es sich hierbei um eine Methode, bei der das Magnetfeld natürlicher Magnete genutzt wird, um die Anordnung der magnetischen Domänen innerhalb der Stahlnadel in eine bestimmte Richtung zu lenken, wodurch die Stahlnadel Magnetismus aufweist. Diese Methode ist einfacher als die geomagnetische Methode und der Magnetisierungseffekt ist besser als bei der geomagnetischen Methode. Die Erfindung des Reibungsverfahrens ist nicht nur die früheste weltweit, sondern schuf auch wichtige technische Voraussetzungen für die Entstehung von Magnetzeigern mit praktischem Wert.

Chen Yuanliang aus der Südlichen Song-Dynastie führte in „Shilin Guangji“ die Produktionsmethode einer anderen Art von Kompassfischen und Kompassschildkröten ein. Dieser Kompassfisch unterscheidet sich von dem im Buch Wujing Zongyao beschriebenen. Es handelt sich um einen aus Holz geschnitzten Holzfisch in der Form eines fingergroßen Fisches, in dessen Bauch sich ein natürlicher Magnet befindet. Der Südpol des Magneten zeigt zum Kopf des Fisches. Nach dem Versiegeln mit Wachs wird eine Nadel durch das Maul des Fisches eingeführt und er wird zu einem Kompassfisch. Lassen Sie ihn auf der Wasseroberfläche schwimmen und der Kopf des Fisches zeigt nach Süden. Dies ist auch eine Art Wassernadel.

Die Kompassschildkröte war ein neues Gerät, das damals beliebt war. Ein natürlicher Magnet wurde in den Bauch einer Holzschildkröte gelegt. Unter dem Bauch der Schildkröte wurde ein glattes kleines Loch gegraben und das Loch wurde ausgerichtet und auf die Spitze eines scharfen und rutschigen Bambusnagels gelegt, der aufrecht auf einem Holzbrett stand. Auf diese Weise wurde die Holzschildkröte auf einen festen Drehpunkt gesetzt, der sich frei drehen konnte. Da die Reibung am Drehpunkt sehr gering ist, kann sich die Holzschildkröte frei drehen. Allerdings diente er nicht der Navigation, sondern der Illusionstechnik und war der Vorläufer des späteren Trockenkompasses.

(Der Autor ist Forscher am China Science and Technology Museum)