Der Sextant – Navigationshilfe zur See und in der Luft

Grundlegende Komponenten des Sextanten sind der Zeigerarm (Alhidade), mit dem die Messung vorgenommen wird und dessen genaue Winkeleinstellung am Gradbogen abgelesen werden kann; ein Spiegel (Indexspiegel), der auf dem Drehpunkt der Alhidade senkrecht zur Instrumentenebene montiert ist und sich mit ihr dreht; und ein feststehender Spiegel (Horizontspiegel), der bei Nullstellung der Alhidade parallel zum Indexspiegel steht. Er ist entweder halbdurchlässig (Vollsichtspiegel) oder er besitzt eine verspiegelte rechte Seite und eine nicht verspiegelte, lichtdurchlässige linke Seite (Halbspiegel). Ein kleines auf den Horizontspiegel gerichtetes Fernrohr oder auch nur ein einfaches Rohr ohne Linsen dient zum Anvisieren der Ziele.

Die Alhidade wird durch eine an ihrem unteren Ende sitzende Schraube bewegt, die über ein Schneckengetriebe in eine Verzahnung am unteren Rand des Gradbogens eingreift (der Gradbogen entspricht dem Teilkreis beim Theodoliten). Bei modernen Sextanten trägt die Schraube eine Trommel mit eingravierten Gradbruchteilen zur bequemeren Feinablesung (Trommelsextant). Für größere Bewegungen der Alhidade kann die Schnecke mittels einer Sperrklinke aus der Verzahnung gehoben werden.

Weitere Komponenten sind verschiedene Filter (Schattengläser), die in den Strahlengang geklappt werden können. Mit dem stärksten Filter kann die Sonne anvisiert werden, mit dem mittleren der Mond, ohne dass das Bild des Horizonts überstrahlt wird.

Einige Modelle besitzen einen künstlichen Horizont, der nach dem Prinzip einer Wasserwaage funktioniert. Diese Wasserwaage ist dann über zusätzliche Spiegel durch die Einblicköffnung zu sehen und dient als physikalische Richtungsreferenz für die Messung, wenn der Horizont als optische Referenz nicht zur Verfügung steht.

Schaut man durch die Einblicköffnung auf den Horizontspiegel, so sieht man einerseits durch diesen hindurch (wegen seiner Halbtransparenz oder wegen der unverspiegelten Hälfte) in direkter Sicht das eine der beiden Ziele. Der Horizontspiegel ist so geneigt, dass sich der Indexspiegel in ihm spiegelt und so gleichzeitig auch das von diesem reflektierte Bild erkennbar ist. Der Beobachter sieht daher zwei überlagerte Bilder: das eine direkt, das andere nach zweifacher Reflexion. Auch bei einem Halbspiegel stehen die Bilder nicht strikt nebeneinander, sondern überlagern sich teilweise, weil die Grenze zwischen verspiegeltem und unverspiegeltem Teil von dem auf ‚unendlich‘ eingestellten Fernrohr sehr unscharf wiedergegeben wird.

In der Nullstellung der Alhidade sind der Horizontspiegel und der Indexspiegel parallel und beide Bilder daher deckungsgleich. (Genaugenommen gilt dies nur bei unendlich großer Entfernung des betrachteten Zieles, denn es entsteht eine kleine Parallaxe durch die Höhendifferenz zwischen Einblicköffnung und Indexspiegel, bei Gestirnen und entfernten Landmarken kann diese Parallaxe aber vernachlässigt werden.) Um den Winkel zwischen zwei Zielen zu messen, wird mit der Alhidade der Indexspiegel gegenüber dem Horizontspiegel so lange gedreht, bis die Bilder der beiden Ziele zusammenfallen. Wegen des Reflexionsgesetzes Einfallswinkel = Ausfallswinkel ist der gesamte Reflexionswinkel doppelt so groß wie der Schwenkwinkel der Alhidade. Die Skala ist deshalb mit dem jeweils doppelten Wert des Schwenkwinkels beschriftet. Aus diesem Grund genügt auch ein 60° großer Gradbogen für einen Messbereich von +100° bis −20°.

Wird der Sextant während der Messung nicht völlig ruhig gehalten, so schwanken beide Bilder gemeinsam im Gesichtsfeld hin und her, sodass eine zweifelsfreie Überlagerung beider Ziele und damit eine korrekte Messung nach wie vor möglich, wenn auch etwas erschwert ist. Der Sextant kann daher freihändig und auch in schwankender Umgebung wie z. B. an Bord eines Schiffes verwendet werden.

1. Sextanten auf den Horizont unterhalb der Sonne richten
2. Sperrklinke drücken, um Alhidade zu lösen
3. Sonne auf den Horizont herunterholen
4. Sperrklinke loslassen und Position der Sonne an Trommel fein einstellen
5. Dabei Sextanten zur Prüfung der Vertikalität um die Teleskopachse schwenken
6. Winkel ablesen

Schon zu Zeiten der Segelschifffahrt hatten Sextanten eine Messgenauigkeit von etwa einer Bogenminute (1/60 Grad), was einer Positionsgenauigkeit von einer Seemeile entspricht. Moderne Sextanten können eine mechanische Genauigkeit von 10–-20 Bogensekunden erreichen.
In der nautischen Praxis ist die Handhabung des Sextanten v. a. durch Wellengang erschwert, so dass die tatsächliche Messgenauigkeit selten besser als eine Bogenminute ist; unter schwierigen Bedingungen kann eine Messung mit einem Fehler von fünf Bogenminuten noch als gut gelten. In der Luftfahrt führt die hohe Geschwindigkeit des Flugzeugs zu Ungenauigkeiten, da sich das Flugzeug bereits während des Messvorgangs um einen Betrag bewegt, der weit über der Genauigkeit des Instruments liegt. Durch Bracketing lässt sich dieser Fehler weitenteils eliminieren. Hier wird derselbe Stern am Anfang und Ende der Beobachtungsreihe gemessen, um so einen Mittelwert zu gewinnen.