Wasseruhr

Eine Wasseruhr misst die Zeit mit Wasser, das aus einem Gefäß ausläuft oder hineinläuft, und man liest sie an Marken auf der Gefäßwand ab. Die älteste schriftliche Nachricht ist die Grabinschrift des ägyptischen Beamten Amenemhet um 1500 v. Chr., die älteste erhaltene Wasseruhr wurde im 14. Jahrhundert v. Chr. für Amenophis III. gefertigt.

Was es ist

Eine Wasseruhr, griechisch Klepsydra, misst die Zeit an der Bewegung von Wasser. In der häufigsten Form füllt man zu einem vereinbarten Zeitpunkt ein Gefäß mit einem kleinen Loch nahe dem Boden und liest die verstrichene Zeit daran ab, wie weit der Wasserspiegel an den Marken der Innenwand gesunken ist. Bei der Einlaufuhr tropft Wasser gleichmäßig in ein Gefäß, und man liest ab, wie weit der Spiegel oder ein Schwimmer darauf gestiegen ist. Eine dritte Art ist eine Schale mit einem Loch im Boden, die man auf das Wasser eines Beckens setzt: Sie füllt sich langsam und geht nach einer festen Zeit unter.

Manche Wasseruhren zeigten die Stunde an, andere maßen nur eine vereinbarte Dauer, ähnlich einer Stoppuhr. Die Uhren der ägyptischen Tempel gaben die Stunden der Nacht an, wenn eine Sonnenuhr nichts nützt. In Athen begrenzte ein Wassertopf jede Rede vor Gericht, und in Nordafrika teilten sinkende Schalen die Bewässerungszeiten zu.

Wie es funktioniert

Wasser fließt umso schneller aus einem Loch, je mehr Wasser darüber steht. Evangelista Torricelli formulierte 1643 die Regel: Die Geschwindigkeit des Strahls wächst mit der Quadratwurzel der Wassertiefe. Eine Auslaufuhr wird deshalb beim Leeren langsamer. In einem Topf mit senkrechten Wänden fällt der Spiegel anfangs rasch und zuletzt nur noch schleichend, gleich lange Stunden verlangen also Marken, die nach unten immer enger stehen.

Die ägyptischen Hersteller glichen das durch die Form des Gefäßes aus. Die in Karnak gefundene Uhr ist ein umgekehrter Kegelstumpf, oben weiter als unten, die Wände ziehen sich auf drei Teile Höhe um etwa einen Teil nach innen. Die oberen Wasserschichten laufen am schnellsten aus, sind aber auch die breitesten, und so sinkt der Spiegel gleichmäßiger. Ein völlig gleichmäßiges Sinken verlangte eine nach außen gewölbte Wand, deren Halbmesser mit der vierten Wurzel der Höhe wächst, und der gerade Kegel kommt dem nur nahe. Ludwig Borchardt errechnete 1920, solche Uhren gingen stark falsch. Eine Gipsnachbildung, die 1978 erprobt wurde, schnitt besser ab: In den ersten sechs Stunden ging sie etwa zehn Minuten nach, holte dann auf und ging nach zwölf Stunden 10 bis 20 Minuten vor. Oberflächenspannung und Form der Öffnung, die in der Rechnung fehlten, beeinflussen den Ausfluss.

Die ägyptischen Stunden waren Zwölftel der Nacht, eine Winterstunde war also länger als eine Sommerstunde. Das Gefäß von Karnak trägt innen zwölf Skalen, eine für jeden Monat, und über jeder steht auf dem Rand der Name des Monats. Jede Skala ist eine senkrechte Reihe kleiner gebohrter Punkte, die längste gehört zum Monat mit den längsten Nächten, und die vollständig erhaltenen Skalen haben elf Marken.

Die Öffnung ist die Schwachstelle. Schmutz, Kalk oder Abnutzung verändern den Durchfluss, und die Oberflächenspannung hält die letzten Tropfen zurück, sodass eine Auslaufuhr nie ganz leer wird. Nach dem römischen Architekten Vitruv bohrte Ktesibios von Alexandria das Loch in Gold oder in einen Edelstein, Stoffe, die sich weder abnutzen noch verstopfen.

Bei der Einlaufuhr steigt der Schwimmer gleichmäßig, weil der Behälter darüber stets voll bleibt.

Die Einlaufuhr dreht das Problem um. Wasser tropft aus einem Vorratsbehälter in ein hohes Gefäß, und ein Schwimmer steigt mit ihm. Das Tropfen bleibt nur gleichmäßig, wenn die Wassertiefe im Vorratsbehälter gleich bleibt, deshalb speist man ihn schneller, als er ausläuft, und der Überschuss fließt durch ein Überlaufrohr ab. Bei den Uhren, die Vitruv dem Ktesibios zuschreibt, hob der Schwimmer eine kleine Figur, deren Stab auf die an einer Säule eingetragenen Stunden zeigte. Gezahnte Stangen und Trommeln, vom Schwimmer bewegt, konnten weitere Figuren drehen. Keile oder eine Säule, die sich mit den Monaten drehte, passten die Skala an die ungleichen Stunden jeder Jahreszeit an.

So geht’s

Diese Auslaufuhr entsteht aus Plastikbechern und zeigt, warum ägyptische Gefäße schräge Wände haben. Man braucht einen durchsichtigen Plastikbecher, der oben weiter ist als unten, eine durchsichtige Plastikflasche mit geraden Wänden und abgeschnittenem Oberteil, eine Reißzwecke, einen Korken oder Radiergummi, ein Glas zum Auffangen, ein Gitter oder zwei Bücherstapel als Unterlage, einen wasserfesten Stift und eine Stoppuhr.

Das Loch stechen. Den Boden des Bechers auf den Korken setzen und die Reißzwecke von innen mittig durchdrücken, sodass die Spitze in den Korken geht. Ein sauberes Loch genügt. Keine erhitzte Nadel verwenden: Schmelzender Kunststoff gibt Dämpfe ab. Eine Füllmarke 2 cm unter dem Rand ziehen.

Mit einer Marke alle zwei Minuten drängen sich die der Flasche nach unten zusammen, die des Bechers bleiben fast gleichmäßig.

Die Skala anzeichnen. Den Becher auf das Gitter über dem Glas stellen, das Loch mit einem Finger zuhalten und bis zur Marke mit zimmerwarmem Wasser füllen. Die Stoppuhr starten, sobald der Finger weggenommen wird, und alle zwei Minuten den Wasserstand außen auf dem Becher markieren. Aufhören, wenn der Strahl in Tropfen übergeht. Das Wasser zurückgießen, wieder bis zur Marke füllen und prüfen, ob der Spiegel jede Marke zur selben Zeit erreicht. Wenn nicht, ist das Loch teilweise verstopft: den Becher ausspülen und neu beginnen.

Vergleichen. Die gerade Flasche auf dieselbe Weise anstechen und anzeichnen. Auf der Flasche drängen sich die Marken nach unten zusammen, weil der Durchfluss mit der Wassertiefe abnimmt. Auf dem konischen Becher sind die Abstände gleichmäßiger. Sauberes Wasser verwenden, denn ein Haar oder ein Krümel verstopft ein Nadelloch.

Geschichte und Entwicklung

Die älteste schriftliche Nachricht über eine Wasseruhr stammt aus Theben in Ägypten. Amenemhet, ein Beamter, der um 1500 v. Chr. unter den Königen Ahmose I., Amenophis I. und Thutmosis I. diente, schrieb in seinem Grab, er habe bemerkt, dass die Nacht von Monat zu Monat länger und kürzer wird, und ein Instrument gebaut, um die Zeit anzugeben. Sein Wasser lief durch eine einzige Öffnung ab, außen trug es Bilder des Himmels, und er behauptete, es habe keinen Vorgänger gehabt. Das Grab wurde 1885 in Scheich Abd el-Qurna gefunden und ist seither verschollen. Ein Bruchstück der Inschrift liegt im Ägyptischen Museum Berlin, der Rest ist durch zwei damals angefertigte Abschriften bekannt. Cotterell, Dickson und Kamminga lesen darin die Beschreibung einer blumentopfförmigen Auslaufuhr, Alexandra von Lieven, die den Text 2016 neu herausgab, denkt an ein aufwendigeres Gerät mit beweglichen Figuren.

Die älteste erhaltene Wasseruhr wurde im 14. Jahrhundert v. Chr. für Amenophis III. gefertigt. Sie kam 1904 in Karnak zerbrochen in einer Grube mit vergrabenen Tempelgegenständen zutage und befindet sich heute im Nationalmuseum der Ägyptischen Zivilisation in Kairo. Sie ist aus Alabaster gearbeitet, 34,5 cm hoch, oben 46 cm und am Fuß 26 cm breit. Außen zeigt sie Sterne, Sternbilder und den König, der dem Sonnengott Re-Harachte und dem mit dem Mond verbundenen Gott Thot opfert. Anette Schomberg stellte fest, dass ihre Monatsskalen zum ägyptischen Kalender der Jahre um 1700 bis 1600 v. Chr. passen, das Muster ist also älter als die Uhr selbst. Gefäße gleicher Form und Ausschmückung wurden über mehr als tausend Jahre für Tempel hergestellt, und einige gelangten in ägyptische Heiligtümer im Römischen Reich.

In Mesopotamien geben Tafeln vom frühen 2. Jahrtausend v. Chr. an die Länge von Tag und Nacht in Minen an, einer Gewichtseinheit. Astronomiehistoriker deuten sie als Gewicht des Wassers, das aus einer Uhr lief, doch eine mesopotamische Wasseruhr wurde bisher nicht gefunden.

Athenische Gerichte maßen jede Rede mit einem solchen Wassertopf.

Athen nutzte Wasseruhren in seinen Gerichten seit dem späten 5. Jahrhundert v. Chr., um die Redezeit zwischen beiden Parteien zu teilen. Eine wurde auf der Agora gefunden, in einem um 400 v. Chr. verfüllten Brunnen. Es ist ein Tontopf mit einer Tülle nahe dem Boden, die ein kleines Bronzeröhrchen auskleidet, und mit einem Loch knapp unter dem Rand, das die Füllhöhe festlegte. Aufgemalt sind der Name der Phyle Antiochis und das Zeichen für zwei Choes, ein Hohlmaß. Bis zum Loch gefüllt fasst sie 6,4 Liter und ist in etwa sechs Minuten leer.

Im 3. Jahrhundert v. Chr. baute Ktesibios in Alexandria seine Einlaufuhren, deren Schwimmer gezahnte Stangen und Trommeln bewegten, eine frühe Anwendung des Zahnrads. Der Turm der Winde in Athen, im 1. Jahrhundert v. Chr. errichtet, enthielt eine große Wasseruhr, die von einer Quelle gespeist wurde. In China baute Su Song einen fast 12 Meter hohen astronomischen Uhrturm mit Wasserantrieb und beschrieb ihn in einer Abhandlung von 1092. In Europa verbreiteten sich vom späten 13. Jahrhundert an gewichtsgetriebene Räderuhren, und etwa zur selben Zeit kam die Sanduhr mit ihrem gleichmäßig rieselnden Sand in Gebrauch.