Natten den 22. til 23. september 1707 sad en britisk skvadron under kommando af bageadmiral Claudsey Shovell, der vendte tilbage fra operationsteatret under krigen efter den spanske arv, under fuld sejlads på revene ved Scilly-øerne sydvest for Cornwall-kysten, lidt over 24 timer før vi vender hjem. Isilerne i Scilly er en del af den gamle kornubiske badolit, et granitmassiv fra en fejludbrud i Carbonifer-Perm-tiden, så dybden nær deres kyster falder meget skarpt, og desuden er de det første land på stien til denne gren af Golfstrømmen, der går ind i den engelske kanal. Scilly er et meget farligt og forræderisk område, hvor skibe døde regelmæssigt, men omfanget af forliset i 1707 var ekstremt stor.
Fem skibe af linjen og et brandskib svingte ned på klipperne i Scilly's West Reef, næsten ikke synligt over vandet. Tre skibe faldt, inklusive flagskibet fra Association Squadron, som sank med et besætning på 800 på tre minutter. Admiral Shovell druknede selv foreningen. Det samlede antal ofre for katastrofen varierede fra 1200 til 2000 mennesker. Der ville måske have været færre skader, hvis sejlere vidste, hvordan man svømmer, men denne færdighed var sjælden i 1700-tallet. Overtroiske sejlere troede, at det at være i stand til at svømme betød at blive forliset.
Efterfølgende beskyldte legenderne admiralens aristokratiske arrogance for katastrofen, der angiveligt beordrede en sømand, der var hjemmehørende i disse steder, at blive hængt på en yacht, der informerede ham om faren, så det ville være nedslående at stille spørgsmålstegn ved hans overordnede myndighed. Virkeligheden var meget mere ubehagelig: indtil sidste øjeblik havde ingen i skvadronen en anelse om, at skibene ikke var der, hvor de skulle. Admiral Shovell, der passerede alle etaper i skibsfarten, en æret sejler med 35 års erfaring, og hans navigatører forkalkulerede deres længdegrad på grund af dårligt vejr og var sikre på, at de var længere øst, i skibsområdet på den engelske kanal. Kortene, hvor Scilly-øerne befandt sig i en afstand af cirka 15 kilometer fra deres sande placering, blev også opsummeret, hvilket blev kendt flere årtier senere, allerede i midten af 1700-tallet.
Forlis ved Claudisly Shovells eskadrille i 1707. Gravering af en ukendt kunstner National Maritime Museum.
På tidspunktet for Scilly-katastrofen var behovet for nøjagtige metoder til bestemmelse af længdegrad blevet erkendt i mere end et århundrede. Tiden med geografiske opdagelser demonstrerede kraftigt, at kartografiske metoder hænger tilbage fra praksisbehovene. De spanske Habsburgs har tilbudt priser for løsning af "længdegradsproblemet" siden 1567, Holland siden 1600, og det franske videnskabsakademi modtog en sådan opgave, da det blev oprettet. Belønningen var meget generøs - i 1598 lovede Philip III fra Spanien 6.000 dukater ad gangen for en vellykket metode til at bestemme længdegraden, 2.000 dukater for en årlig livstidspension og 1.000 dukater til udgifter. Dukaten ("doges mønt"), svarende til 3,5 gram guld, var den internationale monetære ækvivalent, oprindeligt fra Venedig; Habsburgerne præciserede deres dukater med samme vægt. I denne periode blev hele den mængde venetiansk international handel anslået til ca. to millioner dukater om året,og 15 tusind dukater kostede opførelsen af en slagmand.
Hvad var "længdegradsproblemet"? Det er vanskeligt, men ikke umuligt, at bestemme bredden af et skib på det høje hav til det nærmeste kantede minut. Breddegrad er en brøkdel af afstanden fra ækvator til polen, og værdien er derfor absolut. Vinklen mellem jordens akse og skibets position kan bestemmes både fra solen og fra kendte stjerner ved hjælp af en astrolabe eller sextant. Længdegrad måles fra en bestemt meridian og er derfor betinget: alle punkter på kloden i forhold til himmelkuglen er lige, ethvert punkt kan betragtes som nul. Nær kysten kan placeringen bestemmes af de seværdigheder, der er synlige fra skibet - bjerge, floder, tårne, der er markeret på kort til dette formål siden tidspunktet for de første portolaner. Fugle og planter kan også indikere nærhed til land. Men i ukendte farvandei det åbne hav eller i dårligt vejr blev opgaven med at bestemme længdegrad beregnet. Af forsigtighed blev mange havruter ikke lagt i en lige linje fra havn til havn, men langs kontinentets kyst til breddegrader, der åbenbart var fri for farlige rev og øer, og derfra langs den geografiske parallel til den modsatte kyst. Privatpersoner og pirater ventede ofte på deres ofre i disse “navigerbare” breddegrader (Dunn, Richard, Higgit, Rebeccah. At finde længdegrad. Hvordan skibe, ure og stjerner hjalp med at løse længdegradsproblemet. Collins, 2014). Privatpersoner og pirater ventede ofte på deres ofre i disse “navigerbare” breddegrader (Dunn, Richard, Higgit, Rebeccah. At finde længdegrad. Hvordan skibe, ure og stjerner hjalp med at løse længdegradsproblemet. Collins, 2014). Privatpersoner og pirater ventede ofte på deres ofre i disse “navigerbare” breddegrader (Dunn, Richard, Higgit, Rebeccah. At finde længdegrad. Hvordan skibe, ure og stjerner hjalp med at løse længdegradsproblemet. Collins, 2014).
Regningsmetoden, der blev brugt af alle sejlere i denne tid, var baseret på måling af skibets hastighed og tidspunktet for dets bevægelse langs en bestemt kompas-rumba. Hastigheden blev bestemt af en forsinkelse - et reb med knuder, der blev kastet over bord; observatørerne tællede antallet af knuder, der sejlede forbi, og tidsbestemte tiden ved at tælle eller recitere standardbønnen "Vor Fader" eller "Theotokos." Derfor blev hastigheden "nautisk mil i timen" kaldet "knude". Selve den nautiske mil er et mål for breddegrad - det er et bue-minut fra meridianen. Den resulterende vektor blev afbildet fra det sted, hvor bevægelsen begyndte under hensyntagen til den laterale drift fra vind og strømme - sådan blev den aktuelle koordinat opnået. Denne metode havde en stor fejl, som akkumulerede jo mere, jo længere skibet var i det åbne hav. Nøjagtighed på 50 kilometer i en transoceanisk rejse for denne metode er allerede en stor succes, fejl på 100-150 kilometer var ikke ualmindelige, selv for erfarne navigatører.
Den aktuelle længdegrad kan beregnes nøjagtigt, hvis du kender den lokale tid og den aktuelle astronomiske tid ved den primære meridian (siden 1960 er begrebet "universel tid" - UTC blevet brugt). Den aktuelle tid registreres af solen ved astronomisk eller sandt middag (det øjeblik, hvor solen er højest). Astronomisk middag er svært at identificere nøjagtigt, når det forekommer, og i praksis defineres det oftere som midtpunktet for tidsspændingen mellem solens positioner i samme højde morgen og eftermiddag. Da der er 1440 minutter på en dag og 21.600 lysbue i en hel cirkel, svarer 1 lysbue til 4 sekunders tid. Ved at beregne forskellen mellem lokal tid og tid ved den primære meridian i grader kan du få et skift i længdegrad. Men hvordan kan man bestemme tidspunktet hos den primære meridian?
Salgsfremmende video:
Der er ingen landemærker fastgjort i længdegrad på himmelkuglen, men der er periodiske. Formørkelser af solen og månen er de mest praktiske vartegn, men deres sjældenhed gør dem ikke anvendelige i periodisk navigation, de blev brugt til at måle hovedsageligt længden af punkter på land. For eksempel fandt kortlægningen af den spanske nye verden sted: alle lokale koloniale administratorer modtog den samme solur fra Madrid på forhånd og blev bedt om at måle den nøjagtige placering af gnomons skygge på formørkelsesdagen. De indsamlede koordinater blev overført til Madrid, hvor de blev behandlet. Nøjagtigheden af sådanne kollektive målinger var ikke høj; nogle observatører begik fejl på 2–5 længdegrader.
Formørkelser af Jupiters måner er meget mere almindelige. Galileo, der åbnede dem og meget hurtigt indså, at der var et naturligt himmelur foran ham, udviklede endda en celaton til dette formål - en beslag til fastgørelse af teleskopet til observatørens hoved. Men alle forsøg på at se dem fra skibet, selv i klart vejr, var ikke succesrige. Men denne metode er blevet brugt med succes på land. Det blev brugt af Giovanni Cassini og Jean Picard til at kortlægge Frankrig i 1670'erne. Som et resultat af den raffinerede undersøgelse er Frankrigs territorium skrumpet ind på nye kort så meget, at Sun King får kredit for at sige "Astronomer har taget flere lande fra mig end alle fjenderne er sammensat."
Fra det 16. århundrede blev der forsøgt at beregne eller omhyggeligt beskrive de relative positioner på månen, solen og de vigtigste navigationsstjerner. Denne metode til "måneafstand" antog bestemmelsen af vinklen mellem Månen og andre himmellegemer i den såkaldte "havskumling" (før daggry og umiddelbart efter solnedgang, når både stjernerne og horisonten er synlige på samme tid). Men i begyndelsen af 1700-tallet var nøjagtigheden af denne metode stadig for lav med en fejl på 2-3 graders længdegrad. Det er med forsøget på at forbedre beregningen af månebanen for at korrigere tabellerne for navigatører, at formuleringen af "problemet med tre legemer" (Solen, Jorden og Månen) er forbundet, som, som G. Bruns og A. Poincaré viste i slutningen af 1800-tallet, ikke har nogen analytisk løsning i generel opfattelse.
Observationer med en tværgående stang, der bruges til at bestemme månens afstande og måle højder.
Endelig kan du bare se på det universelle tidspunkt på uret, der er synkroniseret med det. Men for dette må uret ikke miste sin nøjagtighed under rullende forhold, ændringer i jordens gravitations- og magnetfelter, høj luftfugtighed og temperaturspring. Selv på et stationært land var opgaven vanskelig, og de fineste sind i det 17. århundrede gjorde en betydelig indsats for at skabe kvalitetsur.
I begyndelsen af det 18. århundrede dukkede stationære tårnure med pendler op, som var forkert med ca. 15 sekunder om dagen. Deres udvikling blev mulig takket være forskningen fra Galileo Galilei, der opdagede, at svingningerne i en pendul er konstante i tiden (1601). I 1637 udviklede næsten den blinde Galileo den første flugt (en enhed til at svinge en pendul), og i 1640'erne forsøgte hans søn at skabe et ur med en pendul fra sin fars skitser, men til ingen nytte.
Den første brugbare og for sin tid meget nøjagtige pendulur blev skabt i 1656 af Christian Huygens, som måske har kendt til Galileo Jr.'s eksperimenter fra sin far, en hollandsk politiker, der deltog i forhandlingerne med Galileo Jr. (Gindikin S. G. Matematisk og mekaniske problemer i Huygens værker om pendulur (Priroda, nr. 12, 1979). Huygens på den anden side var den første til at beskrive og underbygge en isokron kurve, langs hvilken pendelen bevæger sig med en konstant hastighed, og tilføjede en pendulstyring til uret baseret på det. Huygens gav et skematisk diagram og en matematisk begrundelse for et ur med en pendul i sin afhandling fra 1673 "Horologium Oscillatorium: sive de motu pendulorum ad horologia aptato demostrationes geometricae"Efter et stykke tid vises en ankergaffel i urets design, hvis formål er at begrænse pendulens svingninger til en lille vinkel, da egenskaberne ved isokronisme af en lige pendel i store vinkler forsvinder. Oprettelsen af trussgafflen blev ofte tilskrevet Robert Hooke eller urmager George Graham, men nu prioriteres astronomen og urmakeren Richard Townley, der oprettede det første trussur i 1676.
Christian Huygens.
På samme tid skete der et gennembrud i oprettelsen af forårur. Hookes berømte undersøgelser af fjedre var netop rettet mod at forbedre urbevægelser. Fjederen bruges i balancere, der kontrollerer nøjagtigheden af ure uden pendler; og det antages, at den første balancer blev foretaget af Hooke omkring 1657. I 1670'erne producerede Huygens en moderne type spiralfjederbalancer, der muliggjorde oprettelse af lommeure (Headrick, Michael. Origin og Evolution of the Anchor Clock Escapement. Magazine Control Systems, Inst. Of Electrical and Electronic Engineers. 22 (2), 2002).
I slutningen af 1700-tallet begyndte man at fremstille mekaniske ure massivt med pendler. Pendelen gav en nøjagtighed, der var meget højere end for et fjederur, men kunne kun arbejde på en plan overflade og indendørs. Pendelen var ikke egnet til lange rejser, da fugtighed og temperatur påvirker dens længde, og rullen slår ned frekvensen af dens svingninger. Dette blev klart i de allerførste søforsøg i 1660'erne. Og selv under ideelle forhold bør urets bevægelse tage højde for, at frekvensen af svingninger i en pendul med konstant længde falder, når det nærmer sig ækvator - dette fænomen blev opdaget af den franske astronom Jean Richet, Cassinis assistent, i 1673 i Guyana.
Det var dette kompleks af problemer, der førte til, at det britiske parlament i 1714 vedtog en lov om egne priser for opdagelse af metoder til bestemmelse af længdegrad. På anbefaling fra Isaac Newton og Edmund Halley tildelte parlamentet en belønning på £ 10.000 for 1 grad nøjagtighed, £ 15.000 for 40 bue-minutter og 20.000 pund for 30 bue-minutter. For at bestemme vinderne oprettede parlamentet Kommissionen for bestemmelse af længdegrad til søs, eller som det ofte forkortes som det er, længdegradskommissionen.
De første år med det britiske program var ikke særlig succesrige. Størrelsen af den første præmie skabte en sensation i samfundet, og den største rollebesætning af ansøgere til prisen inkluderede svindlere og projektorer, hvoraf nogle udmærkede sig under Booms for Sydhavet i 1720. Kun et par projekter kom fra erfarne videnskabsmænd, mekanikere og ingeniører og fremmede problemforståelse og problemløsning. Loven formaliserede ikke proceduren for kommissionens arbejde og proceduren for tildeling af prisen, og ansøgerne beleirede kommissionsmedlemmerne en efter en i henhold til deres forbindelser - nogle af Admiralitetens herrer, nogle af Astronomen Royal og den første leder af Greenwich Observatory, John Flamsteed eller Newton. Kommissionsmedlemmerne forfulgte enten ansøgerne væk eller gennemgik deres arbejde detaljeret med henstillinger til forbedring og ændring af søgningens retning, men i de første årtier gav de ingen priser til nogen, ogtilsyneladende mødte ikke engang på mødet.
Opgaven så så unnvikende ud, at længdegradssøgere blev genstand for latterliggørelse. Jonathan Swift omtalte "længdegrad" sammen med "evig bevægelse" og "universalmiddel" i Gulliver's Travels (1730), og William Hogarth portrætterede i den grafiske roman "The Rake's Way" (1732) en galning, der tegner på væggen i Bedlam, det berømte London-hus sindssyge, longitude-efterforskningsprojekter Nogle forskere mener, at politikeren og satirikeren John Arbuthnot skrev en hel bog "The Longitude Examin'd" (sent 1714), hvor han angiveligt seriøst beskrev projektet "vakuumkronometer" på vegne af en bestemt "Jeremy Tucker" (Rogers, Pat Langtids smedet. Hvordan en hoax fra det 18. århundrede har taget Dava Sobel og andre historikere i. The Times Literary Supplement. 12. november 2008). Det er interessant, selvom denne bog er en satire,hun viser ikke kun et dybt kendskab til mekanik og urfremstilling, men opfandt også betegnelsen "kronometer" for første gang i historien.
Den mest berømte "longitude seeker" i den tidlige periode var ikke desto mindre en ret seriøs videnskabsmand - William Whiston (1667-1752), en yngre samtid, kollega og populariser af Newton. Han erstattede Newton som leder af Lucas-stolen i Cambridge, mistede det på grund af det faktum, at han begyndte at åbent forsvare religiøse synspunkter tæt på arianismen (hvilket Newton, der var tæt på ham i synspunkter, fornuftigt ikke gjorde) og på grund af det samme " kætterier”blev han ikke accepteret i Royal Society. Efter hans bortvisning fra Cambridge skiftede Whiston til videnskabelig popularisering og holdt offentlige foredrag i London om de seneste videnskabelige fremskridt. Det var hans rapport i begyndelsen af 1714 (medforfatter til Humphrey Ditton), der var drivkraften for vedtagelsen af længdegradsloven.
Langhåret gal. Detalje i et maleri af Hogarth fra Mota Career-serien.
Da tildelingen blev annonceret, begyndte Whiston aktivt at udvikle metoder til bestemmelse af længdegrad. I sine aktiviteter brugte han de nye massekommunikationskanaler, der var til rådighed for ham, til at danne offentlig offentlig støtte, nemlig annoncerede han i aviser, udgav plakater og talte i kaffehuse, som på det tidspunkt var diskussionsklubber og offentlige mødelokaler. Sociale netværk og online medier kan fungere som en grov analogi i begyndelsen af det 21. århundrede. Whistons sociale indflydelse var så stor, at han blev hædret med personlig satire fra Martinus Scriblerus (et kollektivt satirisk projekt af A. Pope, J. Swift og J. Arbuthnot; i russisk litteratur er hans nære analog Kozma Prutkov). Et af Whistons projekter beskrev skibeforankret i det åbne hav på steder med kendte koordinater og regelmæssigt fyring af signalfluer i luften - dette var det projekt, som galningen på billedet af Hogarth tegnet på væggen.
Whiston betragtes som den mest lovende bestemmelse af længdegrad ved magnetisk deklination (denne metode blev tilsyneladende først foreslået af Edmund Halley). På dette grundlag sammenstød Whiston med Newton, gennem hvem han indsendte sine projekter, og som regelmæssigt krævede, at han deltog i astronomisk forskning i stedet for magnetisk (For disse og andre Newtons anmeldelser af projekter i længdegrad, se: Cambridge University Library, Department of Manuscripts and University Archives. MS Add.3972 Papirer om at finde længdegrad til søs). Som et resultat lavede Whiston et af de første magnetiske deklinationskort (det var et kort over det sydlige England). I sidste ende tildelte Kommissionen Whiston en hæderlig omtale på £ 500 for at fremstille instrumenter til måling af magnetisk deklination (1741). Dette var en blindgyde af forskning: som vi ved nu, efter århundreder af observation,Jordens magnetiske felt ændrer sig meget dynamisk, og den magnetiske deklination kan ikke indikere koordinaterne for et sted.
Siden 1732 dukkede gradvis op en absolut leder i søgningen efter metoder til bestemmelse af længdegrad - John Garrison (1693–1776), en urmager i London. Harrison, en selvlært mekaniker, udviklede flere banebrydende innovationer i sin ungdom. Han valgte bakout træ (guaiac træ) til urlagrene. Backout har høj hårdhed og slidstyrke, reagerer ikke på fugtighed, mens den også udsender naturligt smøremiddel, som i modsætning til ursmøremiddel fra det 18. århundrede ikke ændrer dets egenskaber i havluften (i det 19.-20. Århundrede viste backout at være fremragende i lejer til propeller) … Takket være lejer fra backouten kører Harrisons ur stadig. Garrison skabte også den første bimetalliske pendul i form af parallelle stænger i stål og messing. Den termiske ekspansionskoefficient for disse materialer adskiller sig,så når temperaturen stiger eller falder, ændres den totale længde ikke. Den bimetalliske pendul kunne flytte sig fra tempererede breddegrader til troperne uden at ændre svingningsfrekvensen undtagen som et resultat af en ændring i tyngdefeltet. Garrison udviklede også en original "græshoppe" -mekanisme (Michal, Stanislav. Clock. Fra gnomon til atomur. Oversæt. Fra tjekkiske RE Meltzer. M. 1983). Disse præstationer i 1726 bragte den unge urmager protektion af J. Graham, der overførte hans erfaring til ham, gav ham penge til arbejde og præsenterede sit arbejde for Commission of Longitude. Garrison udviklede også en original "græshoppe" -mekanisme (Michal, Stanislav. Clock. Fra gnomon til atomur. Oversæt. Fra tjekkiske RE Meltzer. M. 1983). Disse præstationer i 1726 bragte den unge urmager protektion af J. Graham, der overførte hans erfaring til ham, gav ham penge til arbejde og præsenterede sit arbejde for længdegradskommissionen. Garrison udviklede også en original "græshoppe" -mekanisme (Michal, Stanislav. Clock. Fra gnomon til atomur. Oversæt. Fra tjekkiske RE Meltzer. M. 1983). Disse præstationer i 1726 bragte den unge urmager protektion af J. Graham, der overførte hans erfaring til ham, gav ham penge til arbejde og præsenterede sit arbejde for Commission of Longitude.
I 1735 havde Garrison samlet sit første marine kronometer, som han kaldte H1 (en moderne nomenklatur foreslået af restauratøren Rupert Gould i 1920'erne). H1 var udstillet i Grahams værksted, hvor det blev undersøgt af medlemmer af Kommissionen, Royal Society og alle andre. Kvaliteten af udførelse, montering og bevægelse var så indlysende og høj, at Harrison og H1 i 1736 rejste til en testrejse til Lissabon på skibet "Centurion". Selvom H1 gik dårligt til at begynde med, fik Garrison den hurtigt tilbage på sporet, og på vej tilbage fra Lissabon forhindrede Garrisons målinger Centurion i at lande på klipperne ved Cape Lizard (Cornwell, nær Isles of Scilly). Efter positive rapporter fra kaptajnen og navigatorerne i Centurion, krævede admiraliteten, at længdegradskommissionen skulle indkaldes, og Harrison skulle tildeles prisen. Kommissionen mødtes for første gang i mange år og udstedte sin første pris på 250 £ nogensinde med ordlyden "for yderligere arbejde" (Howse, Derek. Storbritanniens længdegrad: finanserne, 1714-1828. The Mariner's Mirror, bind. 84, Nr. 4, november 1998).
Fra det øjeblik indtil 1760 blev Garrison faktisk den eneste tilskudsmodtager af Kommissionen, der regelmæssigt mødtes for at inspicere hans nye modeller og gav ham penge til yderligere arbejde, startende med den anden bevilling i 1741 - 500 pund ad gangen (på samme på mødet modtog William Whiston også prisen). Siden da har Garrison udelukkende arbejdet med kronometer og fremsat krav til Kommissionen om, at han var så travlt med arbejde med tilskud, at han blev frataget muligheden for at tjene til livets ophold og forsørge sin familie (Bekræftede protokoll fra Board of Longitude. 4. juni, 1746. Cambridge University Library. RGO 14 /fem). Måske var dette en overdrivelse, der var karakteristisk for hans æra, da Garrison som et resultat af denne "teardrop" modtog et andet tilskud på £ 500. Garrison genopfyldte sandsynligvis sit budget,opkræver et gebyr for demonstrationen af hans opfindelser - det vides, at Benjamin Franklin, der ofte besøgte London, betalte 10 shilling og 6 pence (1 pund = 20 shilling = 240 pence) for retten til at se på kronometerne i Harrisons værksted og var tilfreds med det anvendte beløb. Harrisons offentlige berømmelse var stor nok. I tiden efter Newton nød forskere opmærksomheden og respekten for samfundet, og spredning af viden blev i høj grad lettet af tidsskrifterne, suppleret med kaffebarer, hvor information blev overført via mund til mund, som i moderne sociale netværk. I 1749 blev Harrison tildelt Copley-medaljen, der blev oprettet af Royal Society i 1731.betalte 10 shilling og 6 pence (1 pund = 20 shilling = 240 pence) for retten til at se kronometrene i Harrisons værksted og var tilfreds med det anvendte beløb. Harrisons offentlige berømmelse var stor nok. I tiden efter Newton nød forskere opmærksomheden og respekten for samfundet, og spredningen af viden blev i høj grad lettet af tidsskrifterne, suppleret med kaffebarer, hvor information blev overført via mund til mund, som i moderne sociale netværk. I 1749 blev Harrison tildelt Copley-medaljen, der blev oprettet af Royal Society i 1731.betalte 10 shilling og 6 pence (1 pund = 20 shilling = 240 pence) for retten til at se kronometrene i Harrisons værksted og var tilfreds med det anvendte beløb. Harrisons offentlige berømmelse var stor nok. I tiden efter Newton nød forskere opmærksomheden og respekten for samfundet, og spredningen af viden blev i høj grad lettet af tidsskrifterne, suppleret med kaffebarer, hvor information blev overført via mund til mund, som i moderne sociale netværk. I 1749 blev Harrison tildelt Copley-medaljen, der blev oprettet af Royal Society i 1731. I 1749 blev Harrison tildelt Copley-medaljen, der blev oprettet af Royal Society i 1731. I 1749 blev Harrison tildelt Copley-medaljen, der blev oprettet af Royal Society i 1731.
John Garrison.
For de bevillinger, der blev modtaget fra Kommissionen, indsamlede Garrison yderligere tre modeller af kronometer. H2 og H3 indeholdt nye innovative løsninger. De vigtigste af disse er de første kompositlejer med et bur og en bimetallisk fjederbalancer for at kompensere for temperaturstød. Leonardo da Vinci har stadig et skematisk diagram over lejet, men deres praktiske anvendelse er ikke kendt før H3. Men gennembrudet blev foretaget på den fjerde model, H4. H4 blev lavet i form af ikke et bordur, men en "løg" i lommen, og på grund af sin lille størrelse brugte den diamant og rubin snarere end bakoutlejer, men modtog en remontuar (viklingsmekanisme) og en bimetallisk balancestang af H3-typen. H4 løb med fem vibrationer i sekundet - meget hurtigere end noget ur fra 1700-tallet. At kontrollere langsomme vibrationer var meget lettere end hurtige,men Garrison indstillede bevidst uret til at svinge med en frekvens, der var meget højere end skibets svingningsfrekvens for at neutralisere vibrationen af skroget og pitching, og han tog ikke fejl.
I 1761, straks efter afslutningen af flådetruslen fra Frankrig under syvårskrigen, gik H4 på en testrejse til Port Royal på Jamaica med Harrisons søn William, også en mestermekaniker, på Deptford-skibet. H3 forblev i Harrisons værksted. Fejlen akkumuleret i løbet af 81 dage var ca. fem sekunder, hvilket betød en nøjagtighed på 1,25 minutter - ca. 1 sømil for disse breddegrader. På vej tilbage forudsagde William nøjagtigt Madeiras udseende. Den entusiastiske kaptajn for Deptford ønskede at modtage en sådan kronometer, og Garrison, der på det tidspunkt allerede var 67 år gammel, dukkede op for Kommissionen med en anmodning om at udstede ham den første præmie for at opfylde kravene i 1714-loven.
Kommissionen nægtede at udstede prisen, idet den citerede det faktum, at Port Royal's længde muligvis ikke er kendt nøjagtigt nok, held kan være utilsigtet, og kronometeret er for dyrt til at være praktisk, dvs. gå i masseproduktion. Garrison modtog en pris på 1.500 pund og et løfte om yderligere 1.000 pund, hvis en anden test bekræfter, at han havde ret. Garrison fløj ind i et raseri og lancerede en offentlig kampagne for at presse Kommissionen. Modviljen mod at betale provisionen skyldtes ikke kun grådighed og forsigtighed, men også håb om, at en alternativ astronomisk metode ville give en løsning på problemet på en billigere måde.
Da Garrison arbejdede på uret, blev instrumenterne til at observere himmelobjekter forbedret. I 1731 præsenterede Oxford astronomiprofessor John Hadley (1682-1744), vicepræsident for Royal Society, på et møde i samfundet Hadley-kvadranten (senere kaldet "octanten") - et instrument baseret på kombinationen af et objekt i et visir og et andet objekt reflekteret i et spejl … En bue på 45 grader (en ottendedel af en cirkel, deraf navnet "octant") ved hjælp af spejle, gjorde det muligt at måle vinkler dobbelt så store, op til 90 grader. Oktant fikserer vinklen uanset observatørens bevægelse og gemmer resultatet af observationen, selv efter dens ophør.
E. Halley deltog i havforsøgene på Hadley-octanten, der efter Flamsteed overtog som chef for Greenwich Observatory. Halley huskede af en eller anden grund ikke, at et lignende reflekterende instrument blev beskrevet i et brev til ham af Isaac Newton omkring 1698 - disse dokumenter blev fundet i Halleys arkiver mange år senere, sammen med en levende beskrivelse af, hvordan en høj videnskabelig kommission om bord på skibet kæmpede mod søvejs i stedet for observationer.
John Hadley med oktant i hånden.
Uafhængigt af Hadley blev et lignende instrument skabt af amerikaneren Thomas Godfrey (1704-1749). Hadleys instrument blev efterfølgende med mindre ændringer omdannet til en "oktant", hvorfra sekstanterne udviklede sig (med en skala fra 60 ° og en målevinkel på 120 °). På trods af værktøjets praktiske betydning modtog Hadley og Godfrey ikke priser, men forbedrede værktøjer gjorde det muligt at finde et alternativ til ure.
I 1750'erne beskæftigede den tyske astronom Tobias Mayer (1723-1762), professor ved universitetet i Göttingen, kartografi af Tyskland ved hjælp af Leonard Euler (1707-1783), på det tidspunkt professor ved Universitetet i Berlin, særligt nøjagtige tabeller over månens position. Euler foreslog en teori om månens bevægelse, Mayer kompilerede måneborde baseret på denne teori og observationer ved hjælp af et specielt instrument med en 360 ° -visning. Da han lærte om prisen, turde Mayer først ikke at forelægge sine borde for Kommissionen, idet han tænkte, at udlændinge ville blive nægtet øjeblikkeligt, men til sidst tyede han til protektion for kongen af England og vælgeren af Hannover, George II, og som et resultat heraf endte hans borde i London. I 1761, den fremtidige leder af Greenwich-observatoriet, Neville Maskelyne (1732-1811), der rejste til Saint Helena for at observere passagen af Venus foran solskiven,udførte tests af metoden med "måneforhold" i henhold til Mayer-tabellerne med Hadley-octanten og modtog et stabilt resultat med en nøjagtighed på halvannen grad.
En kontrolrejse over Atlanterhavet fra London til Bridgetown i Barbados var planlagt til 1763. I Barbados måtte Maskeline beregne referencelængden fra Jupiters måner fra fast jord. H4, Mayer-borde og Christopher Irwins "havstol" om en stabiliserende triaksial suspension til observation af Jupiters satellitter blev kontrolleret samtidigt. Stolen, som dens udvikler aktivt annoncerede gennem London-pressen, viste sig at være ubrugelig, og Harrisons kronometer og "måneborde" sikrede nøjagtighed til en halv grad. I den endelige rapport var nøjagtigheden af H4-kronometeret 9,8 sømil (15 km) eller 40 sekunders længdegrad, månens afstandsmetode udført af Maskelyne og hans assistent Charles Green - cirka en halv grad.
I 1765 mødtes Kommissionen til et møde, hvor den besluttede at give Mayers enke en belønning på 5.000 pund for bordene til hendes afdøde mand, Euler - 300 pund, og Harrison - 10 tusind pund for succes og yderligere 10 tusind, når betingelsen om "praktisk" er opfyldt, det vil sige kronometerets omkostninger reduceres, og dens produktionsteknologi vil blive beskrevet, så andre urmagere kan gengive den. Parlamentet, der godkendte kommissionsbeslutninger, skar vederlaget for "månebordene" til 3000 pund, og fra tildelingen fratrækkede Harrison 2500 pund, der allerede modtog tilskud.
Garrison mente, at han blev frataget prisen for Maskeleins intriger, der næsten samtidig med kommissionsmødet blev den nye Astronom Royal og leder af Greenwich Observatory (dette var en tilfældighed, da den forrige Astronom Royal døde pludselig). I denne stilling blev Maskelein medlem af Kommissionen og leder af underudvalget om statens accept af kronometer-teknologi. Modeller af ure med tegninger og forklaringer af Harrison blev overført til Greenwich, hvor de blev testet af Maskelein og repræsentanter for Admiralitet i yderligere 10 måneder. Som et resultat af testene udtrykte Maskelein tvivl om, at kronometeret giver stabile resultater og kan bruges i produktionsversionen uden parallel brug af "månetabeller".
Maskelyne selv på dette tidspunkt sammen med et team af Greenwich-astronomer forberedte sig på offentliggørelsen af den første "Nautical Almanac", som indeholdt sammenfattende tabeller over positionerne for Solen, Månen, planeterne og "navigationsstjerner" for en given længdegrad og breddegrad og de tilsvarende tidsværdier ved nul meridian for hver dag i året. Den første udgave af Almanac blev udgivet i 1767.
Det første kronometer oprettet i 1735.
Harrison, der var overbevist om, at Maskelein bevidst druknede sin opfindelse for at give en fordel ved astronomiske metoder, gik for at søge retfærdighed med den unge konge George III. Monarken, der havde fået en god videnskabelig uddannelse, tog H5-kronometeret til testning for sig selv og afviklede den personligt dagligt i seks måneder. Som et resultat af disse prøver foreslog George III, at Harrison indgik med en andragende direkte i parlamentet, ved at omgå Længdegradskommissionen og kræve hans første pris, og hvis parlamentet nægter, vil han, kongen, personligt højtideligt optræde i parlamentet og kræve det samme fra tronen. Parlamentet modsatte sig flere år mere, og som et resultat udstedte Harrison i 1773 den sidste tildeling på 8.750 pund (efter fradrag af omkostninger og materialeromkostninger).
Længdegradskommissionens aktiviteter resulterede i:
Længdegradskommissionen arbejdede indtil 1828 og kombinerede funktionerne i en tilskudsorganisation og et forskningscenter og udstedte en række andre priser og tilskud, herunder en tildeling på 5.000 pund til polfarer W. Parry, der nåede 82.45 ° nordlig breddegrad i polar Canada i begyndelsen af det 19. århundrede.
Sammenfattende med dette korte essay skal man endnu en gang opmærke på det faktum, at løsningen på længdegradsproblemet ikke blev opnået ved et eller endda flere gennembrud, det blev skabt længe, hårde fra et stort antal trin, der hver især var en betydelig præstation på sit eget felt. Selv efter Harrison-kronometeret og Mayer-Euler-metoden gik fra eksperimenter til navigationspraksis, fortsatte navigations- og kartografimetoderne med at forbedre.
Den britiske videnskabs førende rolle i løsningen af navigationsproblemer hjalp hende ikke kun med at vinde og opretholde status som "hersker over havet" (den tidlige nationalistiske march "Rule Britain, by the sea" blev kompliceret i 1740-1745), men også til at etablere Greenwich som den primære meridian i den første en vending af nautiske almanakker af kvalitet af Maskelein og hans tilhængere. Den internationale Meridian-konference i 1884 i Washington vedtog Greenwich-meridianen som nul, hvilket markerede starten på oprettelsen af det universelle standardtidssystem. Forud for denne dato var forskellen i lokal tid i forskellige lande og endda byer sådan, at det skabte alvorlige problemer, for eksempel for jernbanetider. Det sidste land, der skiftede til koordinater ifølge Greenwich, var Frankrig (1911), og foreningen af tidstælling er ikke afsluttet i dag,hvilket er velkendt for befolkningen i Rusland fra den skiftende politik i sommertid.
Britiske kronometre blev også betragtet som standarden for kvalitet blandt sejlere i alle lande i det mindste indtil midten af det 19. århundrede. Men selvom tællingen af længdegrader fra kronometeret var hurtigere og mere præcis end at tælle efter "måneforholdene", holdt de nautiske almanakker deres positioner gennem det 19. århundrede. Kronometer var langt fra på alle skibe tilbage i midten af det 19. århundrede på grund af deres høje omkostninger. Derudover kom sejlerne meget hurtigt ud af, at der skulle have været mindst tre kronometer på skibet, så fejl i deres aflæsninger kunne opdages og fjernes. Hvis to af de tre kronometer viser den samme tid, er det klart, at den tredje er forkert, og hvor meget han er forkert (dette er det første kendte eksempel på tredobbelt modulær redundans). Men selv i dette tilfælde blev kronometeraflæsningerne kontrolleret mod astronomiske data.”… Ærværdige Stepan Ilyich afslutter hurtigt sit tredje glas,afslutter den anden tykke cigaret og går ovenpå med en sextant for at tage højderne af solen for at bestemme stedets længde "- sådan beskrev K. Stanyukovich arbejdet med en søfartsnavigator i de tidlige 1860'ere, på trods af at skibet var udstyret med flere kronometer.
I begyndelsen af det 20. århundrede nåede kronometre en nøjagtighed på 0,1 sekunder om dagen takket være opdagelser inden for metallurgi og materialevidenskab. I 1896 skabte Charles Guillaume jern-nikkellegeringer med minimale koefficienter for termisk ekspansion (invar) og termoelasticitet (elinvar), som blev matchet for at kompensere hinanden parvis. Sådan ser et materiale af høj kvalitet til fjederen og balancehjulet ud (i 1920 modtog Guillaume Nobelprisen i fysik for disse værker). Moderne analoger af Invar og Elinvar inkluderer også beryllium.
Med opfindelsen af radio begyndte jordbaserede radiostationer at sende deres koordinater. I begyndelsen af den første verdenskrig forsvandt behovet for en måneforholdsmetode, og tidtagning blev en yderligere kontrolmetode. På samme tid blev der fundet en ny harmonisk oscillator i bedre kvalitet end en pendul eller en fjederbalancer. I 1880 opdagede Pierre og Jacques Curie de piezoelektriske egenskaber ved kvarts, og i 1921 udviklede Walter Cady den første kvartsresonator. Sådan syntes det teknologiske fundament for oprettelse af kvartsur, der oprindeligt blev brugt som kilder til nøjagtige tidssignaler, og siden 1960'erne er blevet masseinstrumenter. Marine kronometre begyndte at blive erstattet af elektroniske ure.
Med begyndelsen af rumalderen tog navigationen næste trin. Det er interessant, at det grundlæggende skema for satellitnavigation stort set ikke adskiller sig fra Whistons forslag om at placere stationære skibe til søs, alt efter hvilke signaler navigatorerne bestemmer deres koordinater - det er satellitter, der sender deres koordinater og universel tid til at signalere modtagere på Jorden. Teknologier fra det 20. århundrede gjorde det muligt at gennemføre planerne fra det 18. århundrede på et nyt niveau. Fra 1972 til 1990 blev der skabt en orbital konstellation af GPS-navigationssatellitter, som i 1992 blev åbnet til civilt brug. Siden 2011 har den sovjet-russiske GLONASS nået sin designkapacitet, og to andre systemer er under forberedelse til lancering, den europæiske (Galileo) og den kinesiske (Beidou). Den ultimative nøjagtighed af disse systemer måles i meter. Satellitter bruges også i flere moderne geodetiske systemer, hvoraf den største, den franske DORIS, har centimeternøjagtighed. Smartphones fra 2010'erne begyndte at inkludere enkle navigationssystemer knyttet til satellitter med en nøjagtighed på 8 til 32 meter og en automatisk tidssynkroniseringsfunktion ved hjælp af signaler fra mobiloperatører og internetressourcer fra "atomtid".
Ikke desto mindre begyndte beregningen af koordinater "langs månen" først i det XX århundrede at blive udelukket fra træningsprogrammerne for sejlere, og nautiske almanakker offentliggøres stadig. Dette er et meget passende sikkerhedsnet. Hvis en elektriker svigter på et skib, bør matrosen ikke miste sine navigationshjælpemidler. Men selv ikke at vide, hvordan man håndterer sextanten og almanakken, vil sejleren (og enhver, der er færdig med at læse denne artikel) være i stand til at bestemme sine koordinater med en nøjagtighed på en brøkdel af en grad ved hjælp af et armbåndsur og en skygge fra ethvert lodret objekt. De teknologiske fremskridt i de seneste århundreder har gjort det muligt at bære på hånden, hvis ikke et kronometer, så en temmelig tæt lighed med den.
Forfatter: Yuri Ammosov