W nocy z 22 na 23 września 1707 r. Brytyjska eskadra pod dowództwem kontradmirała Claudseya Shovella, powracająca z teatru działań wojny o sukcesję hiszpańską, siedziała pod pełnymi żaglami na rafach u wybrzeży wysp Scilly, na południowy zachód od wybrzeża Kornwalii, tuż nad 24 godziny przed powrotem do domu. Wyspy Scilly są częścią starożytnego batolitu Kornubii, masywu granitowego z erupcji uskoku z okresu karbonu i permu, przez co głębokość w pobliżu ich brzegów spada bardzo gwałtownie, a poza tym są pierwszym lądem na ścieżce tej odnogi Prądu Zatokowego, która wpada do Kanału La Manche. Scilly to bardzo niebezpieczny i zdradziecki obszar, w którym regularnie ginęły statki, ale skala wraku w 1707 roku była niezwykle duża.
Pięć statków liniowych i jeden statek strażacki spadły na klify Zachodniej Rafy Scilly'ego, ledwo widoczne nad wodą. Trzy statki zatonęły, w tym okręt flagowy Eskadry Stowarzyszenia, który zatonął z 800 załogą w ciągu trzech minut. Sam admirał Shovell utonął w Stowarzyszeniu. Całkowita liczba ofiar katastrofy wahała się od 1200 do 2000 osób. Być może byłoby mniej ofiar, gdyby żeglarze umieli pływać, ale ta umiejętność była rzadkością w XVIII wieku. Przesądni żeglarze wierzyli, że umiejętność pływania oznacza rozbicie się na statku.
Następnie legendy obwiniały arogancję admirała za katastrofę, która rzekomo nakazała powieszenie na jachcie marynarza pochodzącego z tych miejscowości, który poinformował go o niebezpieczeństwie, aby zniechęcać do kwestionowania autorytetu przełożonych. Rzeczywistość była znacznie bardziej nieprzyjemna: do ostatniej chwili nikt w eskadrze nie miał pojęcia, że statki nie są tam, gdzie powinny. Admirał Shovell, który przeszedł wszystkie etapy służby morskiej, honorowy marynarz z 35-letnim doświadczeniem, i jego nawigatorzy błędnie obliczyli długość geograficzną z powodu złej pogody i byli pewni, że znajdują się dalej na wschód, w rejonie żeglugi kanału La Manche. Podsumowano również mapy, na których wyspy Scilly znajdowały się w odległości około 15 kilometrów od ich prawdziwego położenia, co stało się znane kilkadziesiąt lat później, już w połowie XVIII wieku.
Wrak eskadry Claudisly Shovell w 1707 roku. Grawerunek nieznanego artysty Narodowe Muzeum Morskie.
Do czasu katastrofy w Scilly potrzeba dokładnych metod określania długości geograficznej była uznawana od ponad wieku. Era odkryć geograficznych ostro ukazała opóźnienie metod kartograficznych w stosunku do potrzeb praktyki. Hiszpańscy Habsburgowie oferowali nagrody za rozwiązanie „problemu długości geograficznej” od 1567 r., Holandia od 1600 r., A francuska Akademia Nauk otrzymała takie zadanie, gdy została utworzona. Nagrody były bardzo hojne - w 1598 roku Filip III Hiszpanii obiecał jednorazowo 6000 dukatów za udaną metodę określania długości geograficznej, 2000 dukatów na roczną emeryturę dożywotnią i 1000 dukatów na wydatki. Dukat („moneta doża”), równy 3,5 grama złota, był międzynarodowym ekwiwalentem pieniężnym pochodzącym z Wenecji; Habsburgowie wybili swoje dukaty o tej samej wadze. W tym okresie całkowity wolumen międzynarodowego handlu Wenecji szacowano na około dwa miliony dukatów rocznie,a 15 tysięcy dukatów kosztowało budowę galery bojowej.
Na czym polegał „problem z długością geograficzną”? Określenie szerokości geograficznej statku na pełnym morzu z dokładnością do najbliższej minuty kątowej jest trudne, ale nie niemożliwe. Szerokość geograficzna to ułamek odległości od równika do bieguna, dlatego wartość jest bezwzględna. Kąt między osią Ziemi a pozycją statku można określić zarówno na podstawie słońca, jak i znanych gwiazd za pomocą astrolabium lub sekstansu. Długość geograficzna jest mierzona od pewnego południka i dlatego jest warunkowa: wszystkie punkty na kuli ziemskiej w stosunku do sfery niebieskiej są równe, każdy punkt można przyjąć za zero. W pobliżu wybrzeża o lokalizacji mogą decydować widoczne ze statku punkty orientacyjne - góry, rzeki, wieże, które na mapach zaznaczono w tym celu od czasów pierwszych portolanów. Ptaki i rośliny mogą również wskazywać na bliskość lądu. Ale na nieznanych wodachna otwartym oceanie lub przy złej pogodzie obliczono zadanie określenia długości geograficznej. Wiele tras oceanicznych, z ostrożności, zostało ułożonych nie w linii prostej od portu do portu, ale wzdłuż wybrzeża kontynentu na szerokości geograficzne, które oczywiście były wolne od niebezpiecznych raf i wysp, a stamtąd wzdłuż geograficznego równoleżnika do przeciwległego wybrzeża. Kaprze i piraci często czekali na swoje ofiary na tych „żeglownych” szerokościach geograficznych (Dunn, Richard, Higgit, Rebeccah. Znajdowanie długości geograficznej. Jak statki, zegary i gwiazdy pomogły rozwiązać problem długości geograficznej. Collins, 2014). Kaprze i piraci często czekali na swoje ofiary na tych „żeglownych” szerokościach geograficznych (Dunn, Richard, Higgit, Rebeccah. Znajdowanie długości geograficznej. Jak statki, zegary i gwiazdy pomogły rozwiązać problem długości geograficznej. Collins, 2014). Kaprze i piraci często czekali na swoje ofiary na tych „żeglownych” szerokościach geograficznych (Dunn, Richard, Higgit, Rebeccah. Znajdowanie długości geograficznej. Jak statki, zegary i gwiazdy pomogły rozwiązać problem długości geograficznej. Collins, 2014).
Metoda obliczania, którą stosowali wszyscy żeglarze tamtych czasów, polegała na pomiarze prędkości statku i czasu jego ruchu wzdłuż pewnego kompasu rumby. Prędkość była określana przez opóźnienie - lina z węzłami, która została wyrzucona za burtę; obserwatorzy liczyli węzły, które mijali, i mierzyli czas, licząc lub recytując standardową modlitwę „Ojcze nasz” lub „Theotokos”. Stąd prędkość „mil morskich na godzinę” nazywano „węzłem”. Sama mila morska jest miarą szerokości geograficznej - jest to jedna minuta łuku południka. Wynikowy wektor został wykreślony z punktu, w którym rozpoczął się ruch, z uwzględnieniem bocznego znoszenia od wiatrów i prądów - tak uzyskano aktualną współrzędną. Ta metoda miała duży błąd, który narastał im bardziej, im dłużej statek był na otwartym morzu. Dokładność 50 kilometrów w transoceanicznej podróży dla tej metody to już duży sukces, błędy na dystansie 100–150 kilometrów nie były rzadkością nawet dla doświadczonych nawigatorów.
Bieżącą długość geograficzną można dokładnie obliczyć, znając czas lokalny i aktualny czas astronomiczny na południku głównym (od 1960 r. Używa się pojęcia „czasu uniwersalnego” - UTC). Bieżący czas jest rejestrowany przez Słońce w astronomicznym lub rzeczywistym południu (moment, w którym słońce jest najwyżej). Astronomiczne południe jest trudne do dokładnego określenia, kiedy to nastąpi, aw praktyce jest częściej definiowane jako punkt środkowy czasu pomiędzy pozycjami słońca na tej samej wysokości rano i po południu. Ponieważ dzień ma 1440 minut i 21 600 minut łuku po pełnym okręgu, 1 minuta łuku odpowiada 4 sekundom czasu. Przeliczając w stopniach różnicę między czasem lokalnym a czasem na południku głównym, można uzyskać przesunięcie długości geograficznej. Ale jak określić czas na południku głównym?
Film promocyjny:
Na sferze niebieskiej nie ma punktów orientacyjnych ustalonych na podstawie długości geograficznej, ale są okresowe. Zaćmienia Słońca i Księżyca są najwygodniejszymi punktami orientacyjnymi, ale ich rzadkość sprawia, że nie nadają się do okresowej nawigacji, służyły głównie do pomiaru długości geograficznych punktów na lądzie. Na przykład dokonano mapowania hiszpańskiego Nowego Świata: wszyscy lokalni administratorzy kolonialni otrzymali z wyprzedzeniem ten sam zegar słoneczny z Madrytu i zostali poinstruowani, aby zmierzyć dokładne położenie cienia gnomona w dniu zaćmienia. Zebrane współrzędne zostały przesłane do Madrytu, gdzie zostały przetworzone. Dokładność takich zbiorczych pomiarów nie była wysoka, niektórzy obserwatorzy popełnili błędy w zakresie 2–5 stopni długości geograficznej.
Zaćmienia księżyców Jowisza są znacznie częstsze. Galileusz, który je otworzył i bardzo szybko zorientował się, że przed nim znajduje się naturalny zegar niebieski, opracował nawet celaton do tego celu - wspornik do mocowania teleskopu do głowy obserwatora. Ale wszystkie próby zobaczenia ich ze statku, nawet przy dobrej pogodzie, zakończyły się niepowodzeniem. Ale ta metoda została z powodzeniem zastosowana na lądzie. Był używany przez Giovanni Cassini i Jean Picard do sporządzenia mapy Francji w latach siedemdziesiątych XVII wieku. W wyniku dopracowanych badań terytorium Francji skurczyło się na nowych mapach tak bardzo, że Królowi Słońca przypisuje się powiedzenie „Astronomowie zabrali mi więcej ziem niż wszyscy wrogowie razem wzięci”.
Od XVI wieku podejmowano próby obliczenia lub dokładnego opisu względnych pozycji księżyca, słońca i kluczowych gwiazd nawigacyjnych. Ta metoda "odległości księżycowych" zakładała wyznaczenie kąta pomiędzy Księżycem a innymi ciałami niebieskimi w tzw. "Zmierzchu morskim" (przed świtem i bezpośrednio po zachodzie słońca, kiedy jednocześnie widać gwiazdy i horyzont). Ale na początku XVIII wieku dokładność tej metody była wciąż zbyt niska, z błędem 2-3 stopnie długości geograficznej. To właśnie z próbą ulepszenia obliczeń orbity księżycowej, w celu skorygowania tabel dla nawigatorów, łączy się sformułowanie „problemu trzech ciał” (Słońce, Ziemia i Księżyc), który, jak wykazali G. Bruns i A. Poincaré pod koniec XIX wieku, nie ma analitycznego rozwiązania w ogólny widok.
Obserwacje z użyciem prętów do określania odległości księżycowych i pomiaru wysokości.
Na koniec możesz po prostu spojrzeć na zsynchronizowany z nim czas uniwersalny. Ale w tym celu zegarek nie może stracić swojej dokładności w warunkach toczenia, zmian pola grawitacyjnego i magnetycznego Ziemi, wysokiej wilgotności i skoków temperatury. Nawet na nieruchomej ziemi zadanie było trudne, a najwybitniejsze umysły XVII wieku poczyniły znaczne wysiłki, aby stworzyć wysokiej jakości zegarki.
Na początku XVIII wieku pojawiły się stacjonarne zegary wieżowe z wahadłami, które myliły się o około 15 sekund dziennie. Ich rozwój stał się możliwy dzięki badaniom Galileo Galilei, który odkrył, że oscylacje wahadła są stałe w czasie (1601). W 1637 roku prawie niewidomy Galileusz opracował pierwszy wychwyt (urządzenie do kołysania wahadła), aw latach czterdziestych XVII wieku jego syn próbował zbudować zegar z wahadłem ze szkiców ojca, ale bezskutecznie.
Pierwszy działający i jak na swój czas bardzo dokładny zegar wahadłowy został stworzony w 1656 roku przez Christiana Huygensa, który być może wiedział o eksperymentach Galileo Jr. od swojego ojca, holenderskiego polityka, który brał udział w negocjacjach z Galileo Jr. (Gindikin S. G. Mathematical and problemy mechaniczne w pracach Huygensa nad zegarami wahadłowymi (Priroda, nr 12, 1979). Z drugiej strony Huygens jako pierwszy opisał i uzasadnił izochroniczną krzywą, wzdłuż której wahadło będzie poruszać się ze stałą prędkością, i dodał kontroler wahadła do opartego na niej zegara. Huygens podał schematyczny diagram i matematyczne uzasadnienie zegara z wahadłem w swoim traktacie z 1673 r. „Horologium Oscillatorium: sive de motu pendulorum ad horologia aptato demostrationes geometricae” (łac. „Zegar wahadłowy, czyli Geometryczne demonstracje ruchu wahadła w zegarku”). Po pewnym czasie w konstrukcji zegara pojawia się widelec kotwiczny, którego celem jest ograniczenie oscylacji wahadła do małego kąta, ponieważ przy dużych kątach znika właściwość izochronizmu prostego wahadła. Stworzenie widelca kratowego było wcześniej często przypisywane Robertowi Hooke lub zegarmistrzowi George'owi Grahamowi, ale teraz pierwszeństwo ma astronom i zegarmistrz Richard Townley, który stworzył pierwszy zegarek kratownicowy w 1676 roku.
Christian Huygens.
W tym samym czasie nastąpił przełom w tworzeniu zegarów wiosennych. Słynne badania sprężyn Hooke'a miały na celu właśnie poprawę mechanizmów zegarka. Sprężyna stosowana jest w wyważarkach, które kontrolują dokładność zegarków bez wahadeł; Uważa się, że pierwsza wyważarka została wykonana przez Hooke'a około 1657 roku. XVII wieku Huygens wyprodukował nowoczesny typ wyważarki sprężyn śrubowych, który umożliwił stworzenie zegarków kieszonkowych (Headrick, Michael. Origin and Evolution of the Anchor Clock Escapement. Magazyn Control Systems, Inst. Of Electrical and Electronic Engineers. 22 (2), 2002).
Pod koniec XVIII wieku wcześniej produkowane zegary mechaniczne zaczęto masowo zaopatrywać w wahadła. Wahadło zapewniało dokładność znacznie wyższą niż zegar sprężynowy, ale mogło działać tylko na płaskiej powierzchni iw pomieszczeniach. Wahadło nie nadawało się do długich podróży, ponieważ wilgotność i temperatura wpływają na jego długość, a rolka obniża częstotliwość jego oscylacji. Stało się to jasne podczas pierwszych prób morskich w latach sześćdziesiątych XVII wieku. I nawet w idealnych warunkach ruch zegara powinien uwzględniać, że częstotliwość oscylacji wahadła o stałej długości maleje w miarę zbliżania się do równika - zjawisko to odkrył francuski astronom Jean Richet, asystent Cassiniego, w 1673 roku w Gujanie.
To właśnie ten kompleks problemów doprowadził do tego, że w 1714 r. Brytyjski parlament przyjął ustawę o własnych nagrodach za odkrycie metod określania długości geograficznej. Na polecenie Isaaca Newtona i Edmunda Halleya Parlament przyznał nagrodę w wysokości 10 000 funtów za dokładność 1 stopnia, 15 000 funtów za 40 minut łukowych i 20 000 funtów za 30 minut łukowych. Aby wyłonić zwycięzców, parlament powołał Komisję ds. Określenia Długości Geograficznej na Morzu lub, jak to często bywa w skrócie, Komisję ds. Długości Geograficznej.
Wczesne lata programu brytyjskiego nie były szczególnie udane. Wielkość pierwszej nagrody wywołała sensację w społeczeństwie, a główną obsadą kandydatów do nagrody byli oszuści i projektanci, z których niektórzy wyróżnili się podczas boomu na Morzu Południowym w 1720 roku. Tylko kilka projektów pochodziło od doświadczonych naukowców, mechaników i inżynierów i promowało zrozumienie i rozwiązywanie problemów. Ustawa nie sformalizowała procedury prac komisji i procedury przyznawania nagrody, a wnioskodawcy oblegali kolejno członków komisji zgodnie z ich koneksjami - część Lordów Admiralicji, część Astronomów Królewskich i pierwszego szefa Obserwatorium w Greenwich, Johna Flamsteeda czy Newtona. Członkowie komisji albo przepędzili kandydatów, albo szczegółowo przeanalizowali ich pracę, przedstawiając zalecenia dotyczące rewizji i zmiany kierunku poszukiwań, ale w pierwszych dziesięcioleciach nie przyznali nikomu żadnych nagród inajwyraźniej nawet się nie spotkali na spotkaniu.
Zadanie wydawało się tak nieuchwytne, że poszukiwacze długości geograficznej stali się przedmiotem kpin. Jonathan Swift wspomniał o „długości geograficznej” wraz z „wiecznym ruchem” i „panaceum” w Gulliver's Travels (1730), a William Hogarth w powieści graficznej „The Rake's Way” (1732) przedstawił szaleńca rysującego na ścianie w Bedlam, słynnym londyńskim domu szalone projekty eksploracji długości geograficznej. Niektórzy badacze uważają, że polityk i satyryk John Arbuthnot napisał całą książkę „The Longitude Examin'd” (koniec 1714 r.), W której rzekomo poważnie opisał projekt „chronometru próżniowego” w imieniu pewnego „Jeremy'ego Tuckera” (Rogers, Pat. Kucie długości geograficznej. Jak osiemnastowieczna mistyfikacja przyjęła się u Davy Sobel i innych historyków. The Times Literary Supplement. 12 listopada 2008). Co ciekawe, nawet jeśli ta książka jest satyrą,nie tylko wykazuje się głęboką znajomością mechaniki i zegarmistrzostwa, ale także po raz pierwszy w historii ukuła termin „chronometr”.
Najsłynniejszym „poszukiwaczem długości geograficznej” wczesnego okresu był jednak dość poważny naukowiec - William Whiston (1667–1752), młodszy współczesny, kolega i popularyzator Newtona. Zastąpił Newtona na stanowisku szefa Lucas Chair w Cambridge, stracił je przez to, że zaczął otwarcie bronić religijnych poglądów bliskich arianizmowi (których Newton, bliski mu w poglądach, rozsądnie nie robił), a tym samym „ herezje”nie został przyjęty do Towarzystwa Królewskiego. Po wydaleniu z Cambridge Whiston przeszedł na popularyzację nauki, wygłaszając publiczne wykłady w Londynie na temat najnowszych osiągnięć naukowych. To właśnie jego raport z początku 1714 roku (współautorstwo z Humphreyem Dittonem) był impulsem do przyjęcia ustawy o długości geograficznej.
Szaleniec długowłosy. Fragment obrazu Hogartha z serii Mota Career.
Kiedy ogłoszono nagrodę, Whiston zaczął aktywnie rozwijać metody określania długości geograficznej. W swojej działalności wykorzystywał nowe, dostępne mu kanały masowego przekazu, do formowania masowego poparcia społecznego, a mianowicie ogłaszał się w gazetach, wieszał plakaty i przemawiał w kawiarniach, które w tamtym czasie były klubami dyskusyjnymi i salami spotkań publicznych. Sieci społecznościowe i media internetowe mogą służyć jako przybliżona analogia do początku XXI wieku. Wpływ społeczny Whistona był tak wielki, że uhonorowano go osobistą satyrą Martinusa Scriblerusa (zbiorowy projekt satyryczny A. Pope'a, J. Swifta i J. Arbuthnota; w literaturze rosyjskiej jego bliskim odpowiednikiem jest Kozma Prutkov). Jeden z projektów Whiston dotyczył statkówzakotwiczony na otwartym morzu w punktach o znanych współrzędnych i regularnie wystrzeliwujących w powietrze flar sygnałowych - to projekt, który szaleniec ze zdjęcia Hogartha narysował na ścianie.
Whiston uważał za najbardziej obiecujące określenie długości geograficznej za pomocą deklinacji magnetycznej (metoda ta została najwyraźniej po raz pierwszy zaproponowana przez Edmunda Halleya). Na tej podstawie Whiston zderzył się z Newtonem, przez którego składał swoje projekty i który regularnie żądał zaangażowania się w badania astronomiczne zamiast magnetycznych (te i inne recenzje Newtona projektów w długości geograficznej można znaleźć w: Cambridge University Library, Department of Manuscripts and University Archives. MS Add.3972 Artykuły o określaniu długości geograficznej na morzu). W rezultacie Whiston stworzył jedną z pierwszych map deklinacji magnetycznej (była to mapa południowej Anglii). Ostatecznie komisja przyznała Whistonowi honorowe wyróżnienie w wysokości 500 funtów za wykonanie przyrządów do pomiaru deklinacji magnetycznej (1741). To był ślepy zaułek badań: jak wiemy teraz, po stuleciach obserwacji,Ziemskie pole magnetyczne zmienia się bardzo dynamicznie, a deklinacja magnetyczna nie może wskazywać współrzędnych miejsca.
Od 1732 roku w poszukiwaniu metod określania długości geograficznej wyłonił się absolutny lider - londyński zegarmistrz John Garrison (1693–1776). Harrison, mechanik samouk, w młodości opracował kilka przełomowych innowacji. Do łożysk zegarków wybrał drewno bakoutowe (drewno gwajakowe). Backout ma dużą twardość i odporność na zużycie, nie reaguje na wilgoć, a jednocześnie wydziela naturalny smar, który w przeciwieństwie do smaru do zegarków z XVIII wieku nie zmienia swoich właściwości w powietrzu morskim (w XIX - XX wieku cofnięcie sprawdzało się doskonale w łożyskach do śrub napędowych) … Dzięki łożyskom z zaplecza zegarek Harrisona nadal działa. Garrison stworzył również pierwsze wahadło bimetaliczne w postaci równoległych prętów ze stali i mosiądzu. Współczynnik rozszerzalności cieplnej tych materiałów jest różny,tak, że gdy temperatura rośnie lub spada, całkowita długość nie zmienia się. Wahadło bimetaliczne mogło przemieszczać się z umiarkowanych szerokości geograficznych do tropików bez zmiany częstotliwości oscylacji, chyba że w wyniku zmiany pola grawitacyjnego. Garrison opracował również oryginalny mechanizm spustowy „konika polnego” (Michał, Stanisław. Zegar. Od gnomonu do zegara atomowego. Tłum. Z Czech RE Melzer. M. 1983). Osiągnięcia te w 1726 r. Przyniosły młodemu zegarmistrzowi patronat J. Grahama, który przekazał mu swoje doświadczenie, przekazał mu pieniądze za pracę i przekazał jego prace Komisji Długości Geograficznej. Garrison opracował także oryginalny mechanizm spustowy „konika polnego” (Michał, Stanisław. Zegar. Od gnomonu do zegara atomowego. Tłum. Z Czech RE Melzer. M. 1983). Osiągnięcia te w 1726 r. Przyniosły młodemu zegarmistrzowi patronat J. Grahama, który przekazał mu swoje doświadczenie, przekazał mu pieniądze za pracę i przekazał jego prace Komisji Długości Geograficznej. Garrison opracował także oryginalny mechanizm spustowy „konika polnego” (Michał, Stanisław. Zegar. Od gnomonu do zegara atomowego. Tłum. Z Czech RE Melzer. M. 1983). Osiągnięcia te w 1726 r. Przyniosły młodemu zegarmistrzowi patronat J. Grahama, który przekazał mu swoje doświadczenie, przekazał mu pieniądze za pracę i przekazał jego prace Komisji Długości Geograficznej.
W 1735 roku Garrison zmontował swój pierwszy chronometr morski, który nazwał H1 (nowoczesna nomenklatura zaproponowana przez konserwatora Ruperta Goulda w latach dwudziestych XX wieku). H1 był wystawiony w warsztacie Grahama, gdzie został zbadany przez członków komisji, Towarzystwa Królewskiego i wszystkich innych. Jakość wykonania, montażu i przemieszczania były tak oczywiste i wysokie, że w 1736 roku Harrison i H1 udali się w rejs próbny do Lizbony na statku „Centurion”. Chociaż H1 z początku się zepsuł, Garrison szybko wrócił na właściwe tory, a w drodze powrotnej z Lizbony pomiary Garrisona uniemożliwiły Centurionowi wylądowanie na klifach w Cape Lizard (Cornwell, niedaleko Isles of Scilly). Po pozytywnych raportach kapitana i nawigatorów Centuriona, Admiralicja zażądała zwołania Komisji Długości Geograficznej i przyznania nagrody Harrisonowi. Komisja zebrała się po raz pierwszy od wielu lat i wydała swoją pierwszą w historii nagrodę w wysokości 250 funtów ze sformułowaniem „do dalszej pracy” (Howse, Derek. Britain's Board of Longitude: the finances, 1714-1828. The Mariner's Mirror, tom 84, Nr 4, listopad 1998).
Od tego momentu aż do 1760 roku Harrison stał się właściwie jedynym stypendystą komisji, która regularnie spotykała się w celu obejrzenia jego nowych modeli i dawała mu pieniądze na dalszą pracę, począwszy od drugiego stypendium w 1741 roku - jednorazowo po 500 funtów (na tym samym na spotkaniu nagrodę odebrał również William Whiston). Od tego czasu Garrison pracował wyłącznie na chronometrach i twierdził przed komisją, że był tak zajęty pracą na stypendiach, że został pozbawiony możliwości zarabiania na życie i utrzymania rodziny (Potwierdzone protokoły Board of Longitude. 4 czerwca 1746. Cambridge University Library. RGO 14 /pięć). Być może była to przesada charakterystyczna dla jego epoki, skoro w wyniku tej „łzy” Garrison otrzymał kolejny grant w wysokości 500 funtów. Garrison prawdopodobnie uzupełniał swój budżet,pobierając opłatę za pokaz swoich wynalazków - wiadomo, że Benjamin Franklin, który często odwiedzał Londyn, płacił 10 szylingów i 6 pensów (1 funt = 20 szylingów = 240 pensów) za prawo do obejrzenia chronometrów w warsztacie Harrisona i był zadowolony z wydanej kwoty. Sława publiczna Harrisona była wystarczająco duża. W epoce post-Newtona naukowcy cieszyli się uwagą i szacunkiem społeczeństwa, a rozpowszechnianie wiedzy znacznie ułatwiały czasopisma, uzupełniane przez kawiarnie, w których informacje były przekazywane ustnie, podobnie jak we współczesnych sieciach społecznościowych. W 1749 roku Harrison otrzymał Medal Copleya, ustanowiony przez Towarzystwo Królewskie w 1731 roku.zapłacił 10 szylingów i 6 pensów (1 funt = 20 szylingów = 240 pensów) za prawo do oglądania chronometrów w warsztacie Harrisona i był zadowolony z wydanej kwoty. Sława publiczna Harrisona była wystarczająco duża. W epoce post-Newtona naukowcy cieszyli się uwagą i szacunkiem społeczeństwa, a rozpowszechnianie wiedzy znacznie ułatwiały czasopisma, uzupełniane przez kawiarnie, w których informacje były przekazywane ustnie, podobnie jak we współczesnych sieciach społecznościowych. W 1749 roku Harrison otrzymał Medal Copleya, ustanowiony przez Towarzystwo Królewskie w 1731 roku.zapłacił 10 szylingów i 6 pensów (1 funt = 20 szylingów = 240 pensów) za prawo do oglądania chronometrów w warsztacie Harrisona i był zadowolony z wydanej kwoty. Sława publiczna Harrisona była wystarczająco duża. W epoce post-Newtona naukowcy cieszyli się uwagą i szacunkiem społeczeństwa, a rozpowszechnianie wiedzy znacznie ułatwiały czasopisma, uzupełniane przez kawiarnie, w których informacje były przekazywane ustnie, podobnie jak we współczesnych sieciach społecznościowych. W 1749 roku Harrison otrzymał Medal Copleya, ustanowiony przez Towarzystwo Królewskie w 1731 roku. W 1749 roku Harrison otrzymał Medal Copleya, ustanowiony przez Towarzystwo Królewskie w 1731 roku. W 1749 roku Harrison otrzymał Medal Copleya, ustanowiony przez Towarzystwo Królewskie w 1731 roku.
John Garrison.
Za dotacje otrzymane od komisji Garrison zebrał jeszcze trzy modele chronometrów. H2 i H3 zawierały nowe innowacyjne rozwiązania. Najważniejsze z nich to pierwsze łożyska kompozytowe z koszykiem i bimetalowym stabilizatorem sprężynowym, kompensującym skoki temperatury. Leonardo da Vinci nadal ma schematyczny diagram łożyska, ale do czasu H3 ich praktyczne zastosowanie nie jest znane. Ale przełom nastąpił w czwartym modelu H4. H4 został wykonany w formie nie zegara stołowego, ale kieszonkowej "cebuli", a ze względu na swój mały rozmiar zamiast bacout wykorzystywał łożyska diamentowe i rubinowe, ale otrzymał remontuar (mechanizm zwijający) i bimetaliczną belkę równoważącą typu H3. H4 działał z pięcioma wibracjami na sekundę - znacznie szybciej niż jakikolwiek zegarek z XVIII wieku. Kontrolowanie wolnych wibracji było znacznie łatwiejsze niż szybkich,ale Garrison celowo nastawił zegar tak, aby oscylował z częstotliwością znacznie wyższą niż częstotliwość oscylacji statku, aby zneutralizować drgania kadłuba i kołysanie, i nie pomylił się.
W 1761 roku, zaraz po zakończeniu morskiego zagrożenia ze strony Francji podczas wojny siedmioletniej, H4 udał się na rejs próbny do Port Royal na Jamajce z synem Harrisona, Williamem, również mistrzem mechaniki, na statku Deptford. H3 pozostał w warsztacie Harrisona. Skumulowany błąd w ciągu 81 dni wyniósł około pięciu sekund, co oznaczało dokładność 1,25 minuty - około 1 mili morskiej dla tych szerokości geograficznych. W drodze powrotnej William dokładnie przewidział pojawienie się Madery. Entuzjastyczny kapitan Deptford chciał otrzymać taki chronometr, a Garrison, który miał wówczas już 67 lat, wystąpił przed komisją z prośbą o przyznanie mu pierwszej nagrody za spełnienie wymagań prawa z 1714 roku.
Komisja odmówiła wydania nagrody, powołując się na to, że długość geograficzna Port Royal może być niedokładnie znana, szczęście może być przypadkowe, a chronometr jest zbyt drogi, aby mógł być praktyczny, czyli przejść do masowej produkcji. Garrison otrzymał nagrodę w wysokości 1500 funtów i obietnicę kolejnej 1000 funtów, jeśli drugi test potwierdzi, że miał rację. Garrison wpadł we wściekłość i rozpoczął publiczną kampanię, aby wywrzeć nacisk na komisję. Niechęć do zapłacenia prowizji wynikała nie tylko z chciwości i ostrożności, ale także z nadziei, że alternatywna metoda astronomiczna przyniesie mniej kosztowne rozwiązanie problemu.
Gdy Garrison pracował nad zegarkiem, instrumenty do obserwacji ciał niebieskich uległy poprawie. W 1731 r. Profesor astronomii z Oksfordu John Hadley (1682-1744), wiceprezes Towarzystwa Królewskiego, przedstawił na spotkaniu Towarzystwa kwadrant Hadleya (później nazywany „oktantem”) - instrument oparty na połączeniu obiektu w wizjerze i innego obiektu odbijanego w lustrze … Łuk o kącie 45 stopni (jedna ósma okręgu, stąd nazwa „oktant”) przy użyciu zwierciadeł pozwalał na pomiary kątów dwukrotnie większych, do 90 stopni. Octant ustala kąt niezależnie od ruchu obserwatora i zapisuje wynik obserwacji nawet po jej zakończeniu.
E. Halley brał udział w próbach morskich oktanta Hadleya, który po Flamsteed objął stanowisko szefa Obserwatorium w Greenwich. Halley z jakiegoś powodu nie pamiętał, że podobny instrument odblaskowy został opisany w liście do niego przez Izaaka Newtona około 1698 roku - dokumenty te zostały znalezione w archiwach Halleya wiele lat później, wraz z żywym opisem tego, jak wysoka komisja naukowa na pokładzie statku walczyła z chorobą morską zamiast z chorobą morską. obserwacje.
John Hadley z oktantem w dłoni.
Niezależnie od Hadleya podobny instrument stworzył Amerykanin Thomas Godfrey (1704-1749). Instrument Hadleya zamienił się następnie, z niewielkimi modyfikacjami, w „oktant”, z którego rozwinęły się sekstanty (ze skalą 60 ° i kątem pomiaru 120 °). Pomimo całego praktycznego znaczenia narzędzia, Hadley i Godfrey nie otrzymali nagród, ale ulepszone narzędzia pozwoliły znaleźć alternatywę dla zegarków.
W latach pięćdziesiątych XVIII wieku niemiecki astronom Tobias Mayer (1723-1762), profesor Uniwersytetu w Getyndze, z pomocą Leonarda Eulera (1707-1783), ówczesnego profesora Uniwersytetu w Berlinie, zajmował się kartografią Niemiec, stworzył szczególnie dokładne tablice pozycji księżyca. Euler zaproponował teorię ruchu księżyca, Mayer zestawił tabele księżycowe w oparciu o tę teorię i obserwacje za pomocą specjalnego instrumentu z widokiem 360 °. Dowiedziawszy się o nagrodzie, Mayer początkowo nie odważył się zgłosić swoich stolików do komisji, myśląc, że cudzoziemcowi odmówi się natychmiast, ale w końcu skorzystał z patronatu króla Anglii i elektora hanowerskiego Jerzego II, w wyniku czego jego stoły trafiły do Londynu. W 1761 roku przyszły szef Obserwatorium w Greenwich, Neville Maskelyne (1732-1811), który udał się na Świętą Helenę, aby obserwować przejście Wenus przed tarczą słoneczną,przeprowadził testy metody „odległości księżycowych” według tablic Mayera z oktanem Hadleya i uzyskał stabilny wynik z dokładnością do półtora stopnia.
Rejs kontrolny przez Atlantyk z Londynu do Bridgetown na Barbadosie zaplanowano na 1763 rok. Na Barbadosie Maskeline musiała obliczyć długość geograficzną odniesienia z księżyców Jowisza z litej ziemi. H4, stoły Mayera i „morski fotel” Christophera Irwina na stabilizującym trójosiowym zawieszeniu do obserwacji satelitów Jowisza zostały sprawdzone jednocześnie. Krzesło, które jego twórca aktywnie reklamował w londyńskiej prasie, okazało się bezużyteczne, a chronometr i „księżycowe tablice” Harrisona zapewniały dokładność do pół stopnia. W raporcie końcowym dokładność chronometru H4 wynosiła 9,8 mil morskich (15 km), czyli 40 sekund długości geograficznej, metoda odległości księżycowej przeprowadzona przez Maskelyne'a i jego asystenta Charlesa Greena - około pół stopnia.
W 1765 r. Komisja zebrała się na zebraniu, na którym zadecydowała o przyznaniu wdowie po Mayer nagrodę w wysokości 5000 funtów za stoły po jej zmarłym mężu, Euler - 300 funtów, a Garrison - 10 tys. Funtów za sukces i kolejne 10 tys. koszt chronometru zostanie obniżony, a technologia jego produkcji zostanie opisana tak, aby inni zegarmistrzowie mogli go odtworzyć. Parlament, który zatwierdził decyzje komisji, obniżył wynagrodzenie za „stoły księżycowe” do 3000 funtów i odliczył 2500 funtów dotacji już otrzymanych z nagrody Harrisona.
Garrison uważał, że został pozbawiony nagrody za intrygi Maskelyne'a, który niemal jednocześnie ze spotkaniem komisji został nowym Astronomem Królewskim i szefem Obserwatorium w Greenwich (był to zbieg okoliczności, gdyż poprzedni Astronom Królewski nagle zmarł). Na tym stanowisku Maskelein został członkiem komisji i przewodniczącym podkomisji ds. Państwowej akceptacji technologii chronometrycznej. Modele zegarków z rysunkami i objaśnieniami Harrisona zostały przeniesione do Greenwich, gdzie były testowane przez Maskeleina i przedstawicieli Admiralicji przez kolejne 10 miesięcy. Opierając się na wynikach testów, Maskelein wyraził wątpliwości, czy chronometr daje stabilne wyniki i może być stosowany w wersji produkcyjnej bez równoległego stosowania „tabel księżycowych”.
Sam Maskelyne w tym czasie wraz z zespołem astronomów z Greenwich przygotowywał do publikacji pierwszy „Almanach żeglarski”, który zawierał tabele podsumowujące pozycje Słońca, Księżyca, planet i „gwiazd nawigacyjnych” dla danej długości i szerokości geograficznej oraz odpowiadających im wartości czasu równych zero południk na każdy dzień roku. Pierwsze wydanie Almanachu zostało opublikowane w 1767 roku.
Pierwszy chronometr powstał w 1735 roku.
Harrison, który był przekonany, że Maskelein celowo topi swój wynalazek, aby dać przewagę metodom astronomicznym, poszedł szukać sprawiedliwości u młodego króla Jerzego III. Monarcha, który otrzymał dobre wykształcenie naukowe, wziął chronometr H5 do testów i osobiście nakręcał go codziennie przez sześć miesięcy. W wyniku tych testów Jerzy III zasugerował, aby Harrison wszedł z petycją bezpośrednio do parlamentu, z pominięciem Komisji Długości i zażądał swojej pierwszej nagrody, a jeśli parlament odmówi, to on, król, osobiście wystąpi w parlamencie i zażąda tego samego od tronu. Parlament stawiał opór jeszcze przez kilka lat, w wyniku czego w 1773 r. Harrison wydał ostatnią nagrodę w wysokości 8750 funtów (po odliczeniu kosztów i kosztów materiałów).
Efektem działań Komisji Longitude jest:
Komisja długości geograficznej działała do 1828 r., Łącząc funkcje organizacji grantowej i ośrodka naukowego, i wydała szereg nagród i stypendiów, w tym nagrodę 5000 funtów dla polarnika W. Parry'ego, który na początku XIX wieku osiągnął 82,45 ° szerokości geograficznej północnej w polarnej Kanadzie.
Podsumowując ten krótki esej, należy raz jeszcze zwrócić uwagę na to, że rozwiązania problemu długości geograficznej nie udało się osiągnąć jednym, a nawet kilkoma przełomami, powstało ono długo, ciężko, z dużej liczby kroków, z których każdy był znaczącym osiągnięciem na swojej dziedzinie. Nawet po tym, jak chronometr Harrisona i metoda Mayera-Eulera przeszły od eksperymentów do praktyki nawigacyjnej, metody nawigacji i kartografii ulegały ciągłej poprawie.
Wiodąca rola nauki w Wielkiej Brytanii w rozwiązywaniu problemów nawigacyjnych pomogła jej nie tylko uzyskać i utrzymać status „władcy mórz” (wczesny marsz nacjonalistyczny „Rule Britain nad morzem” był skomplikowany w latach 1740-1745), ale także ustanowić Greenwich jako główny południk, w pierwszym zwrot wysokiej jakości almanachów morskich autorstwa Maskeleina i jego zwolenników. Międzynarodowa Konferencja Meridianów w 1884 w Waszyngtonie przyjęła południk Greenwich jako zero, co zapoczątkowało tworzenie uniwersalnego standardowego systemu czasu. Przed tą datą rozbieżności w czasie lokalnym różnych krajów, a nawet miast, powodowały poważne problemy, na przykład z rozkładami jazdy kolei. Ostatnim krajem, który przeszedł na współrzędne według Greenwich była Francja (1911), a ujednolicenie liczenia czasu nie zostało zakończone do dziś,który jest dobrze znany mieszkańcom Rosji ze zmieniającej się polityki czasu letniego.
Brytyjskie chronometry były również uważane za standard jakości wśród żeglarzy wszystkich krajów co najmniej do połowy XIX wieku. Ale chociaż liczenie długości geograficznych przez chronometr było szybsze i dokładniejsze niż liczenie na podstawie „odległości księżycowych”, almanachy morskie utrzymywały swoje pozycje przez cały XIX wiek. Chronometry były dalekie od umieszczenia na wszystkich statkach w połowie XIX wieku ze względu na ich wysoki koszt. Ponadto marynarze bardzo szybko zorientowali się, że na statku powinny znajdować się co najmniej trzy chronometry, aby można było wykryć i wyeliminować błędy w ich odczytach. Jeśli dwa z trzech chronometrów pokazują ten sam czas, jasne jest, że trzeci jest błędny i jak bardzo się myli (jest to pierwszy znany przykład potrójnej nadmiarowości modularnej). Ale nawet w tym przypadku odczyty chronometru zostały porównane z danymi astronomicznymi. „… Czcigodny Stepan Iljicz pospiesznie kończy trzeci kieliszek,kończy drugiego grubego papierosa i idzie na górę z sekstantem, aby wznieść się na wysokość słońca, aby określić długość geograficzną miejsca”- tak K. Stanyukovich opisał pracę nawigatora morskiego na początku lat 60. XIX wieku, mimo że statek był wyposażony w kilka chronometrów.
Na początku XX wieku chronometry osiągały dokładność 0,1 sekundy dziennie dzięki odkryciom w metalurgii i materiałoznawstwie. W 1896 roku Charles Guillaume stworzył stopy żelaza i niklu o minimalnych współczynnikach rozszerzalności cieplnej (inwar) i termosprężystości (elinvar), które zostały dopasowane parami, aby się wzajemnie kompensować. Tak powstał wysokiej jakości materiał na sprężynę i koło balansowe (w 1920 roku Guillaume otrzymał za te prace Nagrodę Nobla z fizyki). Nowoczesne analogi Invar i Elinvar obejmują również beryl.
Wraz z wynalezieniem radia, naziemne stacje radiowe zaczęły przesyłać swoje współrzędne. Na początku pierwszej wojny światowej zniknęła potrzeba stosowania metody odległości księżycowej, a pomiar czasu stał się dodatkową metodą kontroli. Jednocześnie znaleziono nowy, lepszej jakości oscylator harmoniczny niż wahadło czy stabilizator sprężynowy. W 1880 roku Pierre i Jacques Curie odkryli piezoelektryczne właściwości kwarcu, aw 1921 roku Walter Cady opracował pierwszy rezonator kwarcowy. Tak powstały technologiczne podstawy do tworzenia zegarków kwarcowych, które początkowo służyły jako źródło dokładnych sygnałów czasu, a od lat 60. XX wieku stały się instrumentami masowymi. Chronometry morskie zaczęły być wypierane przez zegarki elektroniczne.
Wraz z początkiem ery kosmosu nawigacja zrobiła kolejny krok. Co ciekawe, podstawowy schemat nawigacji satelitarnej w zasadzie nie różni się od propozycji Whistona umieszczenia na morzu statków stacjonarnych, zgodnie z sygnałami, których nawigatorzy określą swoje współrzędne - są to satelity, które nadają swoje współrzędne i czas uniwersalny do sygnalizowania odbiorników na Ziemi. Technologie XX wieku umożliwiły realizację planów XVIII wieku na nowym poziomie. W latach 1972-1990 powstała orbitalna konstelacja satelitów nawigacyjnych GPS, którą w 1992 roku udostępniono do użytku cywilnego. Od 2011 roku radziecko-rosyjski GLONASS osiągnął swoje możliwości projektowe, a do startu przygotowywane są dwa kolejne systemy, europejski (Galileo) i chiński (Beidou). Ostateczna dokładność tych systemów jest mierzona w metrach. Satelity są również wykorzystywane w kilku nowoczesnych systemach geodezyjnych, z których największy, francuski DORIS, ma centymetrową dokładność. Smartfony lat 2010 zaczęły zawierać proste systemy nawigacyjne połączone z satelitami o dokładności od 8 do 32 metrów oraz funkcję automatycznej synchronizacji czasu z wykorzystaniem sygnałów od operatorów komórkowych i zasobów internetowych „czasu atomowego”.
Niemniej jednak obliczanie współrzędnych „wzdłuż Księżyca” dopiero w XX wieku zaczęto wyłączać z programów szkoleniowych dla żeglarzy, a almanachy morskie są nadal publikowane. To bardzo odpowiednia siatka bezpieczeństwa. Jeśli elektryk zawiedzie na statku, marynarz nie powinien stracić pomocy nawigacyjnych. Ale nawet nie wiedząc, jak obchodzić się z sekstantem i almanach, marynarz (i każdy, kto skończył czytać ten artykuł) będzie w stanie określić ich współrzędne z dokładnością do ułamka stopnia, używając zegarka na rękę i cienia z dowolnego pionowego obiektu. Postęp technologiczny ostatnich stuleci umożliwił noszenie na dłoni, jeśli nie chronometru, to dość bliskie podobieństwo.
Autor: Yuri Ammosov