Natten den 22-23 september 1707 satt en brittisk skvadron under kommando av bakre admiral Claudsey Shovell, som återvände från krigsteatern under kriget av den spanska arvtagningen, under fullt segel på reven utanför Scilly-öarna, sydväst om Cornwall-kusten, precis över 24 timmar före hemkomsten. Isilerna i Scilly är en del av den forntida kornubiska badoliten, en granitmassiv från ett sprickutbrott i karbonfiber-permianan, så djupet nära deras stränder sjunker mycket kraftigt, och dessutom är de det första landet på vägen till den gren av Golfströmmen, som går in i den engelska kanalen. Scilly är ett mycket farligt och förrädiskt område, där fartyg dog regelbundet, men skeppsbrottets omfattning 1707 var extremt stor.
Fem linjer och ett eldfartyg sopade ner på klipporna i Scilly's West Reef, knappt synliga ovanför vattnet. Tre fartyg sjönk, inklusive flaggskeppet från Association Squadron, som sjönk med en besättning på 800 på tre minuter. Admiral Shovell drunknade själv på föreningen. Det totala antalet offer för katastrofen varierade mellan 1200 och 2000 personer. Kanske hade det varit färre skadade om sjömän visste hur de skulle simma, men denna färdighet var sällsynt under 1700-talet. Vidskepliga sjömän trodde att att kunna simma innebar att skeppsvrak.
Därefter skylldade legenderna admiralens aristokratiska arrogans för katastrofen, som påstås beordra en sjöman, en infödd av dessa platser, att hängas på en yacht, som informerade honom om faran så att det skulle vara avskräckande att ifrågasätta myndighetens överordnade. Verkligheten var mycket mer obehaglig: fram till sista stund hade ingen i skvadronen en aning om att fartygen inte var där de skulle. Admiral Shovell, som passerade alla etapper av sjöfartstjänsten, en hedrad sjöman med 35 års erfarenhet, och hans navigatörer felberäknade sin longitud på grund av dåligt väder och var säkra på att de var längre österut, i sjöfartområdet på den engelska kanalen. Kartorna, som Scilly-öarna låg på cirka 15 kilometer från deras verkliga läge, summerades också, vilket blev känt flera decennier senare, redan i mitten av 1700-talet.
Skeppsbrott från Claudisly Shovells eskadrons 1707. Gravering av en okänd konstnär National Maritime Museum.
Vid tidpunkten för Scilly-katastrofen hade man erkänt behovet av exakta metoder för att bestämma longitud i mer än ett sekel. Tiden för geografiska upptäckter visade tydligt att de kartografiska metoderna är svag efter praktiken. De spanska Habsburgarna har erbjudit priser för att lösa "longitudproblemet" sedan 1567, Holland sedan 1600, och French Academy of Sciences fick ett sådant uppdrag när det skapades. Belöningen var mycket generös - 1598 lovade Philip III av Spanien 6 000 dukater i taget för en framgångsrik metod för att bestämma longitud, 2 000 dukater för en livslång årlig pension och 1 000 dukater för utgifter. Dukaten ("doges mynt"), lika med 3,5 gram guld, var den internationella monetära motsvarigheten, ursprungligen från Venedig; Habsburgarna myntade sina dukater av samma vikt. Under denna period uppskattades hela den venetianska internationella handeln till cirka två miljoner dukater per år,och 15 tusen dukater kostade byggandet av en stridsgalleri.
Vad var "longitudproblemet"? Det är svårt, men inte omöjligt, att bestämma ett fartygs breddegrad på höga hav till närmaste vinkelminutt. Latitude är en bråkdel av avståndet från ekvatorn till polen, och därför är värdet absolut. Vinkeln mellan jordens axel och fartygets position kan bestämmas både från solen och från kända stjärnor med hjälp av en astrolabe eller sextant. Longitud mäts från en viss meridian och är därför villkorad: alla punkter på jordklotet i förhållande till himmelsfären är lika, varje punkt kan tas som noll. Nära kusten kan platsen bestämmas av landmärken som är synliga från fartyget - berg, floder, torn, som har markerats på kartor för detta ändamål sedan tiden för de första portolanerna. Fåglar och växter kan också indikera närhet till land. Men i okända vatteni det öppna havet eller i dåligt väder beräknades uppgiften att bestämma longitud. Av försiktighet läggs många havsrutter inte i en rak linje från hamn till hamn, utan längs kontinentens kust till breddgrader som uppenbarligen var fria från farliga rev och öar, och därifrån längs den geografiska parallellen till motsatt kust. Privatpersoner och pirater väntade ofta på sina offer i dessa”navigerbara” breddegrader (Dunn, Richard, Higgit, Rebeccah. Hitta longitud. Hur fartyg, klockor och stjärnor hjälpte till att lösa longitudproblemet. Collins, 2014). Privatpersoner och pirater väntade ofta på sina offer i dessa”navigerbara” breddegrader (Dunn, Richard, Higgit, Rebeccah. Hitta longitud. Hur fartyg, klockor och stjärnor hjälpte till att lösa longitudproblemet. Collins, 2014). Privatpersoner och pirater väntade ofta på sina offer i dessa”navigerbara” breddegrader (Dunn, Richard, Higgit, Rebeccah. Hitta longitud. Hur fartyg, klockor och stjärnor hjälpte till att lösa longitudproblemet. Collins, 2014).
Beräkningsmetoden, som användes av alla tiders seglare, baserades på att mäta fartygets hastighet och tiden för dess rörelse längs en viss kompass rumba. Hastigheten bestämdes av ett fördröjning - ett rep med knutar, som kastades överbord; observatörerna räknade antalet knutar som seglade förbi och ställde tiden genom att räkna eller recitera standardbönen "Vår Fader" eller "Theotokos." Därför kallades hastigheten "nautisk mil per timme" "knut". Själva nautiska milen är ett mått på latitud - det är en bågminutt från meridianen. Den resulterande vektorn ritades ut från den punkt där rörelsen började, med hänsyn till sidoförloppet från vindar och strömmar - det var så att den nuvarande koordinaten erhölls. Denna metod hade ett stort fel, som samlades ju mer, desto längre fartyget befann sig i det öppna havet. Noggrannhet på 50 kilometer i en transoceanisk resa för denna metod är redan en stor framgång, misstag på 100–150 kilometer var inte ovanliga även för erfarna navigatörer.
Den nuvarande longituden kan beräknas exakt om du känner till den lokala tiden och den aktuella astronomiska tiden vid den främsta meridianen (sedan 1960 har begreppet "universell tid" - UTC använts). Den aktuella tiden registreras av solen vid astronomiska eller sanna klockan (det ögonblick då solen är högst). Astronomiskt middagstid är svårt att fastställa exakt när det inträffar, och i praktiken definieras det oftare som mittpunkten för tiden mellan solens positioner i samma höjd på morgonen och eftermiddagen. Eftersom det finns 1440 minuter på en dag och 21 600 bågsminuter i en hel cirkel, motsvarar en bågsminutt 4 sekunders tid. Genom att beräkna skillnaden mellan lokal tid och tid vid primärmeridianen i grader kan du få en längdskift. Men hur bestämmer man tiden vid den främsta meridianen?
Kampanjvideo:
Det finns inga landmärken i longitud på himmelsfären, men det finns periodiska. Förmörkelser av solen och månen är de mest bekväma landmärkena, men deras sällsynthet gör att de inte kan tillämpas vid periodisk navigering, de användes för att mäta huvudsakligen längden på punkter på land. Kartläggningen av den spanska nya världen skedde till exempel: alla lokala kolonialadministratörer fick samma solur från Madrid i förväg och fick i uppdrag att mäta den exakta positionen för gnomons skugga på förmörkelsedagen. De samlade koordinaterna överfördes till Madrid, där de behandlades. Noggrannheten för sådana kollektiva mätningar var inte hög, vissa observatörer gjorde fel på 2–5 longitud.
Förmörkelser av Jupiters månar är mycket vanligare. Galileo, som öppnade dem och mycket snabbt insåg att det fanns en naturlig himmelklocka framför honom, utvecklade till och med en celaton för detta ändamål - en fäste för att fästa teleskopet till observatörens huvud. Men alla försök att se dem från fartyget, även i klart väder, lyckades inte. Men denna metod har framgångsrikt använts på land. Det användes av Giovanni Cassini och Jean Picard för att kartlägga Frankrike på 1670-talet. Som ett resultat av den raffinerade undersökningen har Frankrikes territorium krympt på nya kartor så mycket att Sun King får krediterat att säga "Astronomer har tagit fler länder från mig än alla fiender satt ihop."
Från början på 1500-talet gjordes försök att beräkna eller noggrant beskriva månens, solens och viktiga navigationsstjärnornas positioner. Denna metod för "månavstånd" antog bestämningen av vinkeln mellan månen och andra himmelkroppar i den så kallade "havsskymningen" (före gryningen och omedelbart efter solnedgången, när både stjärnorna och horisonten är synliga på samma gång). Men i början av 1700-talet var noggrannheten för denna metod fortfarande för låg med ett fel på 2-3 grader av longitud. Det är med försöket att förbättra beräkningen av lunarbanan, för att korrigera tabellerna för navigatörer, att formuleringen av "trekroppsproblemet" (solen, jorden och månen) är kopplad, vilket, som G. Bruns och A. Poincaré visade i slutet av 1800-talet, inte har någon analytisk lösning i allmän vy.
Tvärstångsobservationer som används för att bestämma månavstånd och mäta höjder.
Slutligen kan du bara titta på den universella tiden på klockan som är synkroniserad med den. Men för detta får klockan inte förlora sin noggrannhet under rullningsförhållanden, förändringar i jordens gravitations- och magnetfält, hög luftfuktighet och temperaturhopp. Även på ett stillastående land var uppgiften svår och 1600-talets bästa hjärnor gjorde betydande ansträngningar för att skapa kvalitetsur.
I början av 1700-talet dök stationära tornklockor med pendlar upp, vilket var fel med cirka 15 sekunder per dag. Deras utveckling blev möjlig tack vare forskningen från Galileo Galilei, som upptäckte att svängningarna i en pendel är konstant i tid (1601). 1637 utvecklade nästan blind Galileo det första utrymmet (en anordning för att svänga en pendel), och på 1640-talet försökte hans son skapa en klocka med en pendel från sin fars skisser, men till ingen nytta.
Den första genomförbara och för sin tid mycket exakta pendelklocka skapades 1656 av Christian Huygens, som kanske har känt till Galileo Jr.s experiment från sin far, en holländsk politiker som deltog i förhandlingarna med Galileo Jr. (Gindikin S. G. Matematiska och mekaniska problem i Huygens verk på pendelur (Priroda, nr 12, 1979). Huygens, å andra sidan, var den första som beskrev och underbyggde en isokron kurva längs vilken pendeln kommer att röra sig med en konstant hastighet, och lade en pendelstyrenhet till klockan baserad på den. Huygens gav ett schematiskt diagram och en matematisk motivering för en klocka med en pendel i sin avhandling 1673”Horologium Oscillatorium: sive de motu pendulorum ad horologia aptato demostrationes geometricae” (lat.”Pendulklocka eller geometriska demonstrationer av rörelsen av en pendel för klocka”). Efter en tid uppträder en förankringsgaffel i klockkonstruktionen, vars syfte är att begränsa svängningarna i pendeln till en liten vinkel, eftersom i stora vinklar egenskapen till isokronism hos en rak pendel försvinner. Skapandet av fackgaffeln tillskrevs ofta till Robert Hooke eller urmakaren George Graham, men nu prioriteras astronomen och urmakaren Richard Townley, som skapade den första fackklockan 1676.
Christian Huygens.
Samtidigt inträffade ett genombrott i skapandet av vårklockor. Hookes berömda studier av fjädrar syftade just till att förbättra klockrörelserna. Våren används i balanserare som kontrollerar noggrannheten för klockor utan pendlar; och det antas att den första balancern gjordes av Hooke omkring 1657. På 1670-talet producerade Huygens en modern typ av spiralfjäderbalanserare som möjliggjorde skapandet av fickur (Headrick, Michael. Origin and Evolution of the Anchor Clock Escapement. Control Systems magazine, Inst. Of Electrical and Electronic Engineers. 22 (2), 2002).
I slutet av 1700-talet började mekaniska klockor som tidigare tillverkats massivt förses med pendlar. Pendeln gav en noggrannhet som var mycket högre än för en fjäderklocka, men kunde bara fungera på en plan yta och inomhus. Pendeln passade inte för långa resor, eftersom fuktighet och temperatur påverkar dess längd, och valsen slår ned frekvensen för dess svängningar. Detta blev klart i 1660-talets allra första sjöförsök. Och även under ideala förhållanden bör klockans rörelse ta hänsyn till att frekvensen av svängningar hos en pendel med konstant längd minskar när den närmar sig ekvatorn - detta fenomen upptäcktes av den franska astronomen Jean Richet, Cassinis assistent, 1673 i Guyana.
Det var detta problemkomplex som ledde till det faktum att det brittiska parlamentet 1714 antog en lag med egna priser för upptäckten av metoder för att bestämma longitud. På rekommendation av Isaac Newton och Edmund Halley beviljade parlamentet en belöning på 10 000 pund för 1 graders noggrannhet, 15 000 pund för 40 bågminuter och 20 000 pund för 30 bågminuter. För att bestämma vinnarna inrättade parlamentet kommissionen för bestämning av längd längd till sjöss, eller, eftersom den ofta förkortas som den är, kommission för longitud.
De första åren av det brittiska programmet var inte särskilt framgångsrika. Storleken på det första priset skapade en sensation i samhället, och den huvudsakliga rollen av sökande till priset inkluderade bedrägerier och projektorer, av vilka vissa utmärkte sig under Boom of the South Seas 1720. Endast ett fåtal projekt kom från erfarna forskare, mekaniker och ingenjörer och främjade problemförståelse och problemlösning. Lagen formaliserade inte förfarandet för kommissionens arbete och förfarandet för tilldelning av priset, och de sökande belägrade kommissionens medlemmar en efter en enligt deras anslutningar - några av Admiralitetens herrar, några av Astronomen Royal och den första chefen för Greenwich Observatory, John Flamsteed eller Newton. Kommissionsmedlemmarna jagade antingen sökandena bort eller granskade sitt arbete i detalj med rekommendationer för att förbättra och ändra sökningens riktning, men under de första decennierna gav de inga priser till någon, ochuppenbarligen inte ens träffades vid mötet.
Uppgiften såg så svårfångad att longitudsökande blev föremål för löjning. Jonathan Swift nämnde "longitud" tillsammans med "perpetual motion" och "panacea" i Gullivers Travels (1730), och William Hogarth skildrade i den grafiska romanen "The Rake's Way" (1732) en galning som ritade på en vägg i Bedlam, det berömda London-huset galna, longitud-prospekteringsprojekt. Vissa forskare tror att politiker och satirist John Arbuthnot skrev en hel bok "The Longitude Examin'd" (sent 1714), där han påstås allvarligt beskriva projektet "vakuumkronometer" på uppdrag av en viss "Jeremy Tucker" (Rogers, Pat. Smidd längdgrad. Hur en hoax har tagit i Dava Sobel och andra historiker. The Times Literary Supplement. 12 november 2008). Intressant, även om den här boken är en satir,hon visar inte bara en djup kunskap om mekanik och klocktillverkning, utan också myntade termen "kronometer" för första gången i historien.
Den mest berömda "longitudsökaren" från den tidiga perioden var ändå en ganska allvarlig forskare - William Whiston (1667-1752), en yngre samtida, kollega och populariserare av Newton. Han ersatte Newton som chef för Lucas-stolen i Cambridge, förlorade den på grund av det faktum att han började försvara öppet religiösa åsikter nära arianismen (vilket Newton, nära honom i åsikter, förnuftigt inte gjorde), och på grund av samma " kätterier”han accepterades inte i Royal Society. Efter hans bortvisning från Cambridge bytte Whiston till vetenskapspopularisering och höll offentliga föreläsningar i London om de senaste vetenskapliga framstegen. Det var hans rapport i början av 1714 (tillsammans med Humphrey Ditton) som var drivkraften för antagandet av lagen om longitud.
Långhårig galning. Detalj av en målning av Hogarth från Mota Career-serien.
När utmärkelsen tillkännagavs började Whiston aktivt utveckla metoder för att bestämma longitud. I sin verksamhet använde han de nya kanalerna för masskommunikation som var tillgängliga för honom för att bilda massivt offentligt stöd, nämligen att han annonserade i tidningar, publicerade affischer och talade i kaféer, som vid den tiden var diskussionsklubbar och offentliga mötesrum. Sociala nätverk och onlinemedier kan fungera som en grov analogi i början av 2000-talet. Whistons sociala inflytande var så stort att han hedrades med personlig satire från Martinus Scriblerus (ett kollektivt satiriskt projekt av A. Pope, J. Swift och J. Arbuthnot; i rysk litteratur är hans nära analog Kozma Prutkov). Ett av Whistons projekt beskrev fartygförankrat i det öppna havet vid punkter med kända koordinater och regelbundet avfyring signal signalljus i luften - detta är projektet som galningen i bilden av Hogarth drog på väggen.
Whiston ansåg den mest lovande bestämningen av longitud genom magnetisk deklination (denna metod antogs tydligen först av Edmund Halley). På grundval av detta kolliderade Whiston med Newton, genom vilka han lade fram sina projekt och som regelbundet krävde att han skulle bedriva astronomisk forskning i stället för magnetisk (För dessa och andra Newtons granskningar av projekt i longitud, se: Cambridge University Library, Department of Manuscripts and University Archives. MS Add.3972 Artiklar om att hitta längd på havet). Som ett resultat gjorde Whiston en av de första kartorna för magnetisk deklination (det var en karta över södra England). I slutändan beviljade kommissionen Whiston ett hederligt omnämnande av 500 £ för att göra instrument för att mäta magnetisk deklination (1741). Detta var en återvändsgränd av forskningen: som vi vet nu, efter århundraden av observationer,Jordens magnetfält förändras mycket dynamiskt, och den magnetiska deklinationen kan inte ange koordinaterna för en plats.
Sedan 1732 uppstod en absolut ledare gradvis i jakten på metoder för att bestämma longitud - John Garrison (1693–1776), en Londonurmaker. Harrison, en självlärd mekaniker, utvecklade flera banbrytande innovationer i sin ungdom. Han valde bakout trä (guaiac trä) för klocklagren. Backout har hög hårdhet och slitstyrka, reagerar inte på fukt, samtidigt som det avger naturligt smörjmedel, som till skillnad från klocksmörjmedel från 1700-talet inte förändrar dess egenskaper i havsluften (under 1800-talet har backout visat sig vara utmärkt i lager för propeller) … Tack vare lager från backouten körs Harrisons klocka fortfarande. Garrison skapade också den första bimetalliska pendeln i form av parallella stänger i stål och mässing. Den termiska expansionskoefficienten för dessa material skiljer sig åt,så att temperaturen stiger eller sjunker, den totala längden förändras inte. Den bimetalliska pendeln kunde röra sig från tempererade breddegrader till tropikerna utan att ändra svängningsfrekvensen förutom till följd av en förändring i gravitationsfältet. Garrison utvecklade också en original "gräshoppa" -mekanism (Michal, Stanislav. Clock. Från gnomon till atomklocka. Översätt. Från tjeckiska RE Meltzer. M. 1983). Dessa framsteg 1726 förde den unga urmakaren beskydd av J. Graham, som överlämnade sin erfarenhet till honom, gav honom pengar för arbete och presenterade sitt arbete för kommissionen för Longitud-kommissionen. Garrison utvecklade också en original "gräshoppa" -mekanism (Michal, Stanislav. Clock. Från gnomon till atomklocka. Översätt. Från tjeckiska RE Meltzer. M. 1983). Dessa prestationer 1726 förde den unga urmakaren beskydd av J. Graham, som överlämnade sin erfarenhet till honom, gav honom pengar för arbete och presenterade sitt arbete för kommissionen för Longitudkommissionen. Garrison utvecklade också en original "gräshoppa" -mekanism (Michal, Stanislav. Clock. Från gnomon till atomklocka. Översätt. Från tjeckiska RE Meltzer. M. 1983). Dessa prestationer 1726 förde den unga urmakaren beskydd av J. Graham, som överlämnade sin erfarenhet till honom, gav honom pengar för arbete och presenterade sitt arbete för kommissionen för Longitudkommissionen.
År 1735 hade Garrison monterat sin första marina kronometer, som han kallade H1 (detta är den moderna nomenklaturen, föreslagen av restauratören Rupert Gould på 1920-talet). H1 visades i Grahams verkstad, där den undersöktes av kommissionens medlemmar, Royal Society och alla andra. Kvaliteten på utförande, montering och rörelse var så uppenbar och hög att Garrison och H1 1736 åkte till en testresa till Lissabon på fartyget "Centurion". Även om H1 gick dåligt till en början, fick Garrison den snabbt tillbaka på rätt spår, och på väg tillbaka från Lissabon förhindrade Garrisons mätningar Centurion från att landa på klipporna vid Cape Lizard (Cornwell, nära Isles of Scilly). Efter positiva rapporter från kaptenen och navigatörerna i Centurion krävde Admiraliteten att Longitud-kommissionen skulle sammankallas och Harrison tilldelades priset. Kommissionen sammanträdde för första gången på många år och utfärdade sitt första pris på 250 £ någonsin med ordalydelsen "för vidare arbete" (Howse, Derek. Storbritanniens Longitudstyrelse: finanserna, 1714-1828. The Mariner's Mirror, Vol. 84, Nr 4, november 1998).
Från det ögonblicket till 1760 blev Harrison i själva verket den enda bidragsmottagaren av kommissionen, som regelbundet träffades för att inspektera sina nya modeller och gav honom pengar för ytterligare arbete, med början med det andra bidraget 1741 - 500 pund åt gången (på samma vid mötet fick William Whiston också priset. Sedan dess har Garrison uteslutande arbetat med kronometrar och gjort anspråk på kommissionen att han var så upptagen med arbete med bidrag att han berövades möjligheten att tjäna sitt liv och försörja sin familj (Bekräftade protokoll från Board of Longitud. 4 juni 1746. Cambridge University Library. RGO 14 /fem). Kanske var detta en överdrivning som kännetecknade hans tid, eftersom Garrison till följd av denna "teardrop" fick ytterligare ett bidrag på 500 £. Garrison fyllde förmodligen sin budget,att ta ut en avgift för demonstrationen av sina uppfinningar - det är känt att Benjamin Franklin, som ofta besökte London, betalade 10 shilling och 6 pence (1 pund = 20 shilling = 240 pence) för rätten att titta på kronometrarna i Harrisons verkstad och var nöjd med det belopp som spenderades. Harrisons offentliga berömmelse var tillräckligt stor. Under tiden efter Newton åtnjöt forskare uppmärksamheten och respekten för samhället, och spridningen av kunskap underlättades kraftigt av tidskrifter, kompletterade av kaféer, där information skickades med muntliga ord, som i moderna sociala nätverk. 1749 tilldelades Harrison Copley-medaljen som grundades av Royal Society 1731.betalade 10 shilling och 6 pence (1 pund = 20 shilling = 240 pence) för rätten att titta på kronometrarna i Harrisons verkstad och var nöjd med det spenderade beloppet. Harrisons offentliga berömmelse var tillräckligt stor. Under tiden efter Newton åtnjöt forskare samhällets uppmärksamhet och respekt, och kunskapsspridningen underlättades kraftigt av tidskrifter, kompletterade av kaféer, där information skickades med muntliga ord, som i moderna sociala nätverk. 1749 tilldelades Harrison Copley-medaljen som grundades av Royal Society 1731.betalade 10 shilling och 6 pence (1 pund = 20 shilling = 240 pence) för rätten att titta på kronometrarna i Harrisons verkstad och var nöjd med det spenderade beloppet. Harrisons offentliga berömmelse var tillräckligt stor. Under tiden efter Newton åtnjöt forskare samhällets uppmärksamhet och respekt, och kunskapsspridningen underlättades kraftigt av tidskrifter, kompletterade av kaféer, där information skickades med muntliga ord, som i moderna sociala nätverk. 1749 tilldelades Harrison Copley-medaljen som grundades av Royal Society 1731.1749 tilldelades Harrison Copley-medaljen som grundades av Royal Society 1731.1749 tilldelades Harrison Copley-medaljen som grundades av Royal Society 1731.
John Garrison.
För beviljade bidrag från kommissionen samlade Garrison ytterligare tre modeller av kronometrar. H2 och H3 innehöll nya innovativa lösningar. De viktigaste av dessa är de första kompositlagren med en bur och en bimetallisk fjäderbalans för att kompensera för temperaturstörningar. Leonardo da Vinci har fortfarande ett schematiskt diagram över lagret, men fram till H3 är deras praktiska tillämpning okänd. Men genombrottet gjordes på den fjärde modellen, H4. H4 tillverkades i form av inte en bordsklocka utan en "lök" på fickan, och på grund av sin lilla storlek, använde den diamant och rubin snarare än bakoutlager, men fick en remontuar (lindningsmekanism) och en bimetallisk balansstång av H3-typen. H4 sprang med fem vibrationer per sekund - mycket snabbare än någon klocka från 1700-talet. Att kontrollera långsamma vibrationer var mycket lättare än snabba,men Garrison satte medvetet klockan att svänga med en frekvens som är mycket högre än skeppets svängningsfrekvens för att neutralisera vibrationen i skrovet och tonhöjden, och han tog inte fel.
1761, strax efter slutet av marinhotet från Frankrike under sjuårskriget, gick H4 på en testresa till Port Royal på Jamaica med Harrisons son William, även en befälhavare, på Deptford-fartyget. H3 förblev i Harrisons verkstad. Felet som samlats under 81 dagar var cirka fem sekunder, vilket innebar en noggrannhet på 1,25 minuter - cirka 1 sjömil för dessa breddegrader. På vägen tillbaka förutsåg William exakt utseendet på Madeira. Den entusiastiska kaptenen för "Deptford" ville få en sådan kronometer, och Garrison, som vid den tidpunkten var redan 67 år gammal, dök upp på kommissionen med en begäran att utfärda honom det första priset för att uppfylla kraven i lagen från 1714.
Kommissionen vägrade att ge ut ett pris och citerade det faktum att Port Royal-longitud inte känner noggrant nog, lyckan kan vara oavsiktlig och kronometern är för dyr för att vara praktisk, det vill säga gå till massproduktion. Garrison fick en utmärkelsen på 1 500 pund och ett löfte om ytterligare 1 000 pund om ett andra test bekräftar att han hade rätt. Garrison flög in i raseri och inledde en offentlig kampanj för att pressa kommissionen. Motviljen mot att betala provisionen berodde inte bara på girighet och försiktighet, utan också på hopp om att en alternativ astronomisk metod skulle ge en lösning på problemet på ett billigare sätt.
När Garrison arbetade på klockan förbättrades instrumenten för att observera himmelsföremål. År 1731 presenterade Oxford professor i astronomi John Hadley (1682-1744), vice ordförande för Royal Society, vid ett möte i samhället Hadley-kvadranten (senare kallat "oktanten") - ett instrument baserat på kombinationen av ett objekt i en visir och ett annat objekt reflekterat i en spegel … En båge på 45 grader (en åttondel av en cirkel, därav namnet "oktant") med speglar tillät mätningsvinklar dubbelt så stora, upp till 90 grader. Octant fixar vinkeln oavsett observatörens rörelse och sparar resultatet av observationen även efter dess avslutning.
E. Halley deltog i havsförsöken med Hadley-oktanten, som efter Flamsteed tog över som chef för Greenwich Observatory. Halley kom av någon anledning inte ihåg att ett liknande reflekterande instrument beskrivs i ett brev till honom omkring 1698 av Isaac Newton - dessa dokument hittades i Halleys arkiv många år senare, tillsammans med en livlig beskrivning av hur en hög vetenskaplig kommission ombord på fartyget kämpade sjösjuka istället för observationer.
John Hadley med oktant i handen.
Oberoende av Hadley skapades ett liknande instrument av amerikanen Thomas Godfrey (1704-1749). Hadleys instrument förvandlades därefter, med mindre ändringar, till en "oktant", från vilken sextanterna utvecklades (med en skala på 60 ° och en mätvinkel på 120 °). Trots verktygets praktiska betydelse fick Hadley och Godfrey inte priser, men förbättrade verktyg gjorde det möjligt att hitta ett alternativ till klockor.
På 1750-talet arbetade den tyska astronomen Tobias Mayer (1723-1762), professor vid universitetet i Göttingen, med kartografi av Tyskland, med hjälp av Leonard Euler (1707-1783), vid den tiden professor vid universitetet i Berlin, särskilt exakta tabeller över månens position. Euler föreslog en teori om månens rörelse, Mayer sammanställde måntabeller baserat på denna teori och observationer med hjälp av ett speciellt instrument med en 360 ° -vy. Efter att ha lärt sig priset vågade Mayer till att börja med att lämna sina bord till kommissionen, med tanke på att utlänningen skulle vägras omedelbart, men i slutändan tyckte han till beskydd av kungen av England och väljaren av Hannover, George II, och som ett resultat hamnade hans bord i London. År 1761, den framtida chefen för Greenwich Observatory, Neville Maskelyne (1732-1811), som reste till Saint Helena för att observera passagen av Venus framför solskivan,genomförde test av metoden för "månavstånd" enligt Mayer-tabellerna med Hadley-oktanten och fick ett stabilt resultat med en noggrannhet på en och en halv grad.
En kontrollresa över Atlanten från London till Bridgetown i Barbados planerades till 1763. I Barbados var Maskeline tvungen att beräkna referenslängd från Jupiters månar från fast jord. H4, Mayer-bord och Christopher Irwins "havsstol" på en stabiliserande triaxialupphängning för att observera Jupiters satelliter kontrollerades samtidigt. Ordföranden, som dess utvecklare aktivt annonserade genom London-pressen, visade sig vara värdelös, och Harrisons kronometer och "månbord" garanterade noggrannhet till en halv grad. I den slutliga rapporten var noggrannheten för H4-kronometeren 9,8 nautiska mil (15 km), eller 40 sekunders longitud, månlängdsmetoden utförd av Maskelyne och hans assistent Charles Green - ungefär en halv grad.
1765 sammanträdde kommissionen för ett möte, där den beslutade att ge Mayers änka en belöning på 5 000 pund för borden till hennes avdrivna make, Euler - 300 pund, och Harrison - 10 tusen pund för framgång och ytterligare 10 tusen när villkoret för "praktiskt" är uppfyllt, det vill säga kronometerns kostnad kommer att sänkas och dess tillverkningsteknologi kommer att beskrivas så att andra klocktillverkare kan återge den. Parlamentet, som godkände kommissionens beslut, sänkte ersättningen för "måntabellerna" till 3 000 pund och drog bort 2500 pund bidrag som redan erhållits från Harrisons utdelning.
Garrison trodde att han blev avskalad av priset för intrigerna i Maskelein, som nästan samtidigt med kommissionens möte blev den nya Astronomen Royal och chefen för Greenwich Observatory (detta var en slump, eftersom den tidigare Astronomen Royal dog plötsligt). I denna position blev Maskelein medlem av kommissionen och chef för underkommittén för statligt godkännande av kronometerteknologi. Modeller av klockor med ritningar och förklaringar av Harrison överfördes till Greenwich, där de testades av Maskelein och representanter för Admiralitetet i ytterligare 10 månader. Baserat på resultaten från testerna uttryckte Maskelein tvivel om att kronometern ger stabila resultat och kan användas i produktionsversionen utan parallell användning av "måntabellerna".
Maskelyne själv förberedde sig för närvarande med ett team av Greenwich-astronomer för publicering av den första "Nautical Almanac", som innehöll sammanfattande tabeller över positionerna för Solen, Månen, planeterna och "navigationsstjärnorna" för en given longitud och latitud och motsvarande tidsvärden vid noll. meridian för varje dag på året. Den första utgåvan av Almanac publicerades 1767.
Den första kronometern skapades 1735.
Harrison, som var övertygad om att Maskelein medvetet drunknade sin uppfinning för att ge en fördel med astronomiska metoder, gick för att söka rättvisa med den unga kungen George III. Monarken, som hade fått en bra vetenskaplig utbildning, tog H5-kronometern för att testa sig själv och avvecklade den personligen dagligen i sex månader. Som ett resultat av dessa tester föreslog George III att Harrison skulle gå in med en framställning direkt in i parlamentet, genom att kringgå Longitud-kommissionen och kräva sitt första pris, och om parlamentet vägrar kommer han, kungen, personligen högtidligt att dyka upp i parlamentet och kräva samma från tronen. Parlamentet motsatte sig i flera år mer, och som ett resultat, 1773, utfärdade Harrison den sista utmärkelsen på 8 750 pund (efter avdrag för kostnader och materialkostnader).
Längdkommissionens aktiviteter resulterade i:
Longitudkommissionen arbetade fram till 1828 och kombinerade funktionerna hos en bidragsorganisation och ett vetenskapligt centrum och gav ut ett antal utmärkelser och bidrag, inklusive ett pris på 5000 pund till polarutforskaren W. Parry, som nådde 82.45 ° nordlig latitud i polära Kanada i början av 1800-talet.
Sammanfattande av denna korta uppsats bör man återigen uppmärksamma det faktum att lösningen på longitudproblemet inte uppnåddes genom ett eller till och med flera genombrott, det skapades långt, hårt, från ett stort antal steg, var och en var en betydande prestation inom sitt eget område. Även efter Harrison-kronometern och Mayer-Euler-metoden gick från experiment till navigationspraxis, fortsatte navigations- och kartografimetoderna att förbättras.
Vetenskapens ledande roll i Storbritannien när det gäller att lösa navigationsproblem hjälpte henne inte bara att få och bibehålla statusen som "härskaren över havet" (den tidiga nationalistiska marschen "Rule Britain, by the sea" var komplicerad 1740-1745), utan också att etablera Greenwich som den främsta meridianen, i den första en tur av nautiska almanackar av kvalitet av Maskelein och hans följare. Den internationella meridiankonferensen 1884 i Washington antog Greenwich-meridianen som noll, vilket markerade början på skapandet av det universella standardtidssystemet. Före detta datum var skillnaden i lokal tid för olika länder och till och med städer sådan att det skapade allvarliga problem, till exempel för järnvägstider. Det sista landet som bytte till koordinater enligt Greenwich var Frankrike (1911), och föreningen av tidsräkningen har inte slutförts till denna dag,vilket är välkänt för Rysslands befolkning från sommartidens föränderliga politik.
Brittiska kronometrar ansågs också som kvalitetsstandarden bland seglare i alla länder åtminstone fram till mitten av 1800-talet. Men även om räknaren av longitud med kronometer var snabbare och mer exakt än att räkna med "månavstånd", höll nautiska almanack sina positioner under hela 1800-talet. Kronometrar var långt ifrån på alla fartyg i mitten av 1800-talet på grund av deras höga kostnader. Dessutom räknade sjömännen mycket snabbt ut att det borde ha varit minst tre kronometrar på fartyget så att fel i deras avläsningar kunde upptäckas och elimineras. Om två av de tre kronometrarna visar samma tid är det uppenbart att den tredje är fel och hur mycket han har fel (detta är det första kända exemplet på trippel modulär redundans). Men även i detta fall kontrollerades kronometeravläsningarna mot astronomiska data.”… Ärvärdig Stepan Ilyich avslutar snabbt sitt tredje glas,avslutar den andra tjocka cigaretten och går upp med en sextant för att ta solens höjd för att bestämma platsens längd "- det är så som K. Stanyukovich beskrev arbetet för en marin navigator i början av 1860-talet, trots att fartyget var utrustat med flera kronometrar.
I början av 1900-talet nådde kronometrarna en noggrannhet på 0,1 sekunder per dag tack vare upptäckter inom metallurgi och materialvetenskap. År 1896 skapade Charles Guillaume järn-nickellegeringar, med minimal koefficienter för termisk expansion (invar) och termoelasticitet (elinvar), som matchades för att kompensera varandra i par. Så här framträdde ett högkvalitativt material för våren och balanshjulet (1920 fick Guillaume Nobelpriset i fysik för dessa verk). Moderna analoger av Invar och Elinvar inkluderar också beryllium.
Med uppfinningen av radio började markradiostationer sända sina koordinater. I början av första världskriget försvann behovet av en månavståndsmetod och tidtagning blev en ytterligare kontrollmetod. Samtidigt hittades en ny harmonisk oscillator av bättre kvalitet än en pendel eller en fjäderbalansör. 1880 upptäckte Pierre och Jacques Curie de piezoelektriska egenskaperna för kvarts, och 1921 utvecklade Walter Cady den första kvartsresonatorn. Så här framgick den tekniska grunden för skapandet av kvartsur, som ursprungligen användes som källor för exakta tidssignaler, och sedan 1960-talet har blivit massinstrument. Marinkronometrar började ersättas av elektroniska klockor.
I början av rymdåldern tog navigering nästa steg. Det är intressant att det grundläggande schemat för satellitnavigering i princip inte skiljer sig från Whistons förslag att placera stationära fartyg till sjöss, beroende på vilka signaler navigatörerna kommer att bestämma sina koordinater - det är satelliter som sänder sina koordinater och universell tid för att signalera mottagare på jorden. 1900-talets teknologier gjorde det möjligt att genomföra 1700-talets planer på en ny nivå. Från 1972 till 1990 skapades en orbital konstellation av GPS-navigationssatelliter, som 1992 öppnades för civil användning. Sedan 2011 har den sovjet-ryska GLONASS nådd sin designkapacitet och ytterligare två system förbereds för lansering, det europeiska (Galileo) och kinesiska (Beidou). Den ultimata noggrannheten för dessa system mäts i meter. Satelliter används också i flera moderna geodetiska system, varav den största, den franska DORIS, har centimeter noggrannhet. 2010-talets smarttelefoner började inkludera enkla navigationssystem kopplade till satelliter med en noggrannhet på 8 till 32 meter och en automatisk tidssynkroniseringsfunktion med hjälp av signaler från mobiloperatörer och internetresurser från "atomtid".
Ändå började beräkningen av koordinaterna "längs månen" först på XX-talet att uteslutas från träningsprogrammen för sjömän, och nautiska almanackar publiceras fortfarande. Detta är ett mycket lämpligt säkerhetsnät. Om en elektriker misslyckas på ett fartyg, bör sjömannen inte tappa sina navigationshjälpmedel. Men även om man inte vet hur man ska hantera sextanten och almanacken, kommer sjömannen (och alla som har slutat läsa denna artikel) att bestämma sina koordinater med en noggrannhet på en bråkdel av en grad, med hjälp av en armbandsur och en skugga från vilket vertikalt objekt som helst. De tekniska framstegen under de senaste århundradena har gjort det möjligt att bära på handen, om inte en kronometer, då en ganska nära likhet med den.
Författare: Yuri Ammosov
