In de nacht van 22 op 23 september 1707 zat een Brits eskader onder bevel van admiraal Claudsey Shovell, dat terugkeerde van het oorlogstheater van de Spaanse Successieoorlog, met volle zeilen op de riffen voor de Scilly-eilanden, ten zuidwesten van de kust van Cornwall, net over 24 uur voordat u naar huis terugkeert. De Scilly-eilanden maken deel uit van de oude Kornubische batholiet, een granietmassief van een breukuitbarsting van het Carboon-Perm-tijdperk, dus de diepte nabij hun kusten daalt zeer scherp, en bovendien zijn ze het eerste land op het pad van die tak van de Golfstroom, die het Engelse Kanaal in gaat. Scilly is een zeer gevaarlijk en verraderlijk gebied, waar regelmatig schepen stierven, maar de omvang van de schipbreuk in 1707 was buitengewoon groot.
Vijf linieschepen en een vuurschip vlogen neer op de kliffen van Scilly's West Reef, nauwelijks zichtbaar boven het water. Drie schepen zonken, waaronder het vlaggenschip van het Association Squadron, dat met 800 bemanningsleden in drie minuten zonk. Admiraal Shovell verdronk zelf in de Vereniging. Het totale aantal slachtoffers van de ramp varieerde van 1200 tot 2000 mensen. Misschien zouden er minder slachtoffers zijn gevallen als zeelieden wisten hoe ze moesten zwemmen, maar deze vaardigheid was zeldzaam in de 18e eeuw. Bijgelovige zeelieden waren van mening dat zwemmen betekende dat ze schipbreuk leden.
Vervolgens gaven de legendes de schuld aan de aristocratische arrogantie van de admiraal voor de ramp, die naar verluidt opdracht gaf om een zeeman, een inwoner van deze plaatsen, aan een jacht op te hangen, die hem op de hoogte bracht van het gevaar, zodat het ontmoedigend zou zijn om de autoriteit van zijn superieuren in twijfel te trekken. De realiteit was veel onaangenamer: tot het laatste moment had niemand in het squadron een idee dat de schepen niet waren waar ze moesten zijn. Admiraal Shovell, die alle stadia van de marine-dienst doorliep, een geëerde zeiler met 35 jaar ervaring, en zijn navigators hadden hun lengtegraad verkeerd berekend vanwege het slechte weer en waren er zeker van dat ze verder naar het oosten waren, in het scheepvaartgebied van het Engelse Kanaal. De kaarten waarop de Scilly-eilanden zich op een afstand van ongeveer 15 kilometer van hun werkelijke positie bevonden, werden ook samengevat, die enkele decennia later, al in het midden van de 18e eeuw, bekend werden.
Schipbreuk van het squadron van Claudisly Shovell in 1707. Gravure door een onbekende kunstenaar National Maritime Museum.
Tegen de tijd van de Scilly-catastrofe werd de behoefte aan nauwkeurige methoden voor het bepalen van de lengtegraad al meer dan een eeuw erkend. Het tijdperk van geografische ontdekkingen heeft duidelijk aangetoond dat cartografische methoden achterblijven bij de behoeften van de praktijk. De Spaanse Habsburgers hebben sinds 1567 prijzen uitgereikt voor het oplossen van het "lengtegraadprobleem", Holland sinds 1600, en de Franse Academie van Wetenschappen kreeg zo'n opdracht toen het werd opgericht. De beloningen waren erg genereus - in 1598 beloofde Filips III van Spanje 6.000 dukaten tegelijk voor een succesvolle methode om de lengtegraad te bepalen, 2.000 dukaten voor een levenslang jaarlijks pensioen en 1.000 dukaten voor onkosten. De dukaat ("doge-munt"), gelijk aan 3,5 gram goud, was het internationale monetaire equivalent, oorspronkelijk afkomstig uit Venetië; De Habsburgers sloegen hun dukaten van hetzelfde gewicht. Gedurende deze periode werd het totale volume van de Venetiaanse internationale handel geschat op ongeveer twee miljoen dukaten per jaar,en 15 duizend dukaten kosten de bouw van een gevechtskombuis.
Wat was het "lengtegraadprobleem"? Het is moeilijk, maar niet onmogelijk, om de breedtegraad van een schip op volle zee tot op de dichtstbijzijnde hoekminuut te bepalen. De breedtegraad is een fractie van de afstand van de evenaar tot de pool, en daarom is de waarde absoluut. De hoek tussen de aardas en de positie van het schip kan zowel vanaf de zon als vanaf bekende sterren worden bepaald met behulp van een astrolabium of sextant. Lengtegraad wordt gemeten vanaf een bepaalde meridiaan en is daarom voorwaardelijk: alle punten op de wereldbol ten opzichte van de hemelbol zijn gelijk, elk punt kan als nul worden beschouwd. Nabij de kust kan de locatie worden bepaald door de oriëntatiepunten die vanaf het schip zichtbaar zijn - bergen, rivieren, torens, die voor dit doel op kaarten zijn gemarkeerd sinds de tijd van de eerste portolanen. Vogels en planten kunnen ook de nabijheid van land aangeven. Maar in onbekende waterenin de open oceaan of bij slecht weer werd de taak om de lengtegraad te bepalen berekend. Veel oceaanroutes werden, uit voorzichtigheid, niet in een rechte lijn van haven tot haven aangelegd, maar langs de kust van het continent naar breedtegraden die duidelijk vrij waren van gevaarlijke riffen en eilanden, en van daaruit langs een geografische parallel met de tegenoverliggende kust. Kapers en piraten wachtten vaak op hun slachtoffers op deze "bevaarbare" breedtegraden (Dunn, Richard, Higgit, Rebeccah. Lengtegraad zoeken. Hoe schepen, klokken en sterren hielpen bij het oplossen van het lengtegraadprobleem. Collins, 2014). Kapers en piraten wachtten vaak op hun slachtoffers op deze "bevaarbare" breedtegraden (Dunn, Richard, Higgit, Rebeccah. Lengtegraad zoeken. Hoe schepen, klokken en sterren hielpen bij het oplossen van het lengtegraadprobleem. Collins, 2014). Kapers en piraten wachtten vaak op hun slachtoffers op deze "bevaarbare" breedtegraden (Dunn, Richard, Higgit, Rebeccah. Lengtegraad zoeken. Hoe schepen, klokken en sterren hielpen bij het oplossen van het lengtegraadprobleem. Collins, 2014).
De methode voor het berekenen van coördinaten, die werd gebruikt door alle zeilers van deze tijd, was gebaseerd op het meten van de snelheid van het schip en de tijd van zijn beweging langs een bepaalde kompasrumba. De snelheid werd bepaald door een vertraging - een touw met knopen, dat overboord werd gegooid; de waarnemers telden het aantal knopen dat voorbij zeilde en bepaalden de tijd door het standaardgebed 'Onze Vader' of 'Theotokos' te tellen of op te zeggen. Vandaar dat de snelheid "zeemijl per uur" "knoop" werd genoemd. De zeemijl zelf is een maat voor de breedtegraad - het is één boogminuut van de meridiaan. De resulterende vector werd uitgezet vanaf het punt waar de beweging begon, rekening houdend met de laterale drift van wind en stroming - zo werd de huidige coördinaat verkregen. Deze methode had een grote fout, die zich opstapelde naarmate het schip langer op open zee lag. Nauwkeurigheid van 50 kilometer in een transoceanische reis voor deze methode is al een groot succes, fouten van 100-150 kilometer waren zelfs voor ervaren zeevaarders niet ongewoon.
De huidige lengtegraad kan nauwkeurig worden berekend als je de lokale tijd en de huidige astronomische tijd op de nulmeridiaan kent (sinds 1960 wordt het concept van "universele tijd" - UTC gebruikt). De huidige tijd wordt door de zon geregistreerd op astronomische of ware middag (het moment waarop de zon het hoogst is). Astronomische middag is moeilijk precies te bepalen wanneer het plaatsvindt, en in de praktijk wordt het vaker gedefinieerd als het midden van de tijd tussen de posities van de zon op dezelfde hoogte in de ochtend en middag. Aangezien er 1440 minuten in een dag zitten en 21.600 boogminuten in een volledige cirkel, komt 1 boogminuut overeen met 4 seconden tijd. Door het verschil tussen de lokale tijd en de tijd op de nulmeridiaan opnieuw te berekenen in graden, kun je een lengteverschuiving krijgen. Maar hoe bepaal je de tijd op de nulmeridiaan?
Promotie video:
Er zijn geen in lengtegraad vastgelegde oriëntatiepunten op de hemelbol, maar er zijn wel periodieke oriëntatiepunten. Verduisteringen van de zon en de maan zijn de handigste oriëntatiepunten, maar hun zeldzaamheid maakt ze niet toepasbaar in periodieke navigatie, ze werden gebruikt om voornamelijk de lengtegraad van punten op het land te meten. Zo vond het in kaart brengen van de Spaanse Nieuwe Wereld plaats: alle lokale koloniale bestuurders ontvingen van tevoren dezelfde zonnewijzer uit Madrid en kregen de opdracht om de exacte positie van de gnomons schaduw op de dag van de verduistering te meten. De verzamelde coördinaten werden overgebracht naar Madrid, waar ze werden verwerkt. De nauwkeurigheid van dergelijke collectieve metingen was niet hoog: sommige waarnemers maakten fouten van 2 à 5 lengtegraden.
Verduisteringen van de manen van Jupiter komen veel vaker voor. Galileo, die ze opende en heel snel besefte dat er een natuurlijke hemelklok voor hem stond, ontwikkelde zelfs een celaton voor dit doel - een beugel om de telescoop aan het hoofd van de waarnemer te bevestigen. Maar alle pogingen om ze vanaf het schip te zien, zelfs bij helder weer, waren niet succesvol. Maar deze methode is met succes op het land toegepast. Het werd gebruikt door Giovanni Cassini en Jean Picard om Frankrijk in de jaren 1670 in kaart te brengen. Als resultaat van het verfijnde onderzoek is het grondgebied van Frankrijk zo sterk gekrompen op nieuwe kaarten dat de Zonnekoning zou zeggen "Astronomen hebben meer land van mij afgenomen dan alle vijanden bij elkaar."
Vanaf de 16e eeuw werden pogingen ondernomen om de relatieve posities van de maan, de zon en de belangrijkste navigatiesterren te berekenen of nauwkeurig te beschrijven. Deze methode van "maanafstanden" veronderstelde de bepaling van de hoek tussen de maan en andere hemellichamen in de zogenaamde "zeeschemering" (voor zonsopgang en onmiddellijk na zonsondergang, wanneer zowel de sterren als de horizon tegelijkertijd zichtbaar zijn). Maar aan het begin van de 18e eeuw was de nauwkeurigheid van deze methode nog te laag, met een fout van 2-3 lengtegraden. Met de poging om de berekening van de maanbaan te verbeteren, om de tabellen voor navigators te corrigeren, is de formulering van het 'drie-lichamenprobleem' (de zon, de aarde en de maan) met elkaar verbonden, dat, zoals G. Bruns en A. Poincaré toonden aan het einde van de 19e eeuw, geen analytische oplossing heeft in algemeen beeld.
Dwarsstaafwaarnemingen gebruikt om maanafstanden te bepalen en hoogtes te meten.
Ten slotte kunt u gewoon kijken naar de universele tijd op de daarmee gesynchroniseerde klok. Maar hiervoor mag het horloge zijn nauwkeurigheid niet verliezen onder omstandigheden van rollen, veranderingen in de zwaartekracht- en magnetische velden van de aarde, hoge luchtvochtigheid en temperatuursprongen. Zelfs op een stilstaand land was de taak moeilijk, en de beste geesten van de 17e eeuw deden aanzienlijke inspanningen om kwaliteitshorloges te maken.
Aan het begin van de 18e eeuw verschenen stationaire torenklokken met slingers, die ongeveer 15 seconden per dag verkeerd waren. Hun ontwikkeling werd mogelijk dankzij het onderzoek van Galileo Galilei, die ontdekte dat de oscillaties van een slinger constant in de tijd zijn (1601). In 1637 ontwikkelde de bijna blinde Galileo het eerste echappement (een apparaat om een slinger te laten zwaaien), en in de jaren 1640 probeerde zijn zoon een klok te maken met een slinger van de schetsen van zijn vader, maar het mocht niet baten.
De eerste werkbare en voor zijn tijd zeer nauwkeurige slingeruurwerk werd gemaakt in 1656 door Christian Huygens, die mogelijk van de experimenten van Galileo Jr. op de hoogte was van zijn vader, een Nederlandse politicus die deelnam aan onderhandelingen met Galileo Jr. (Gindikin S. G. Mathematical and mechanische problemen in Huygens 'werken over slingerklokken (Priroda, nr. 12, 1979). Huygens, aan de andere kant, was de eerste die een isochrone curve beschreef en onderbouwde waarlangs de slinger met een constante snelheid beweegt, en voegde op basis daarvan een slingerbesturing toe aan de klok. Huygens gaf een schematisch diagram en een wiskundige rechtvaardiging voor een klok met slinger in zijn verhandeling uit 1673 "Horologium Oscillatorium: sive de motu pendulorum ad horologia aptato demostrationes geometricae"Na enige tijd verschijnt er een ankervork in het klokontwerp, met als doel de oscillaties van de slinger tot een kleine hoek te beperken, aangezien bij grote hoeken de isochrone eigenschap van de rechte slinger verdwijnt. De creatie van de truss-vork werd vaak toegeschreven aan Robert Hooke of de horlogemaker George Graham, maar nu wordt prioriteit gegeven aan de astronoom en horlogemaker Richard Townley, die in 1676 het eerste truss-horloge creëerde.
Christian Huygens.
Tegelijkertijd vond er een doorbraak plaats in het maken van lenteklokken. Hooke's beroemde verenstudies waren juist gericht op het verbeteren van uurwerkbewegingen. De veer wordt gebruikt in balancers die de nauwkeurigheid van horloges zonder slingers regelen; en er wordt aangenomen dat de eerste balancer rond 1657 door Hooke werd gemaakt. In de jaren 1670 produceerde Huygens een modern type veerbalancer waarmee zakhorloges konden worden gemaakt (Headrick, Michael. Origin and Evolution of the Anchor Clock Escapement. Control Systems magazine, Inst. Of Electrical and Electronic Engineers. 22 (2), 2002).
Aan het einde van de 18e eeuw begonnen voorheen gemaakte mechanische klokken massaal te worden voorzien van slingers. De slinger leverde een nauwkeurigheid die veel hoger was dan die van een veerklok, maar kon alleen op een plat oppervlak en binnenshuis werken. De slinger was niet geschikt voor lange reizen, omdat vochtigheid en temperatuur de lengte beïnvloeden en de rol de frequentie van zijn oscillaties naar beneden haalt. Dit werd duidelijk tijdens de allereerste proefvaarten op zee in de jaren 1660. En zelfs onder ideale omstandigheden moet de beweging van de klok er rekening mee houden dat de frequentie van oscillaties van een slinger van constante lengte afneemt naarmate deze de evenaar nadert - dit fenomeen werd ontdekt door de Franse astronoom Jean Richet, Cassini's assistent, in 1673 in Guyana.
Het was dit complex van problemen dat ertoe leidde dat het Britse parlement in 1714 een wet aannam op zijn eigen onderscheidingen voor de ontdekking van methoden voor het bepalen van de lengtegraad. Op aanbeveling van Isaac Newton en Edmund Halley kende het Parlement een beloning toe van £ 10.000 voor 1 graad nauwkeurigheid, £ 15.000 voor 40 boogminuten en 20.000 pond voor 30 boogminuten. Om de winnaars te bepalen, heeft het parlement de Commissie voor de bepaling van de lengtegraad op zee opgericht, of, zoals het vaak wordt afgekort, de Commissie voor de lengtegraad.
De beginjaren van het Britse programma waren niet bijzonder succesvol. De grootte van de eerste prijs veroorzaakte een sensatie in de samenleving, en de belangrijkste cast van aanvragers voor de prijs bestond uit fraudeurs en projectoren, van wie sommigen zich onderscheidden tijdens de hausse van de Stille Zuidzee in 1720. Slechts een paar projecten kwamen van ervaren wetenschappers, monteurs en ingenieurs en bevorderden het begrip van problemen en het oplossen van problemen. De wet formaliseerde de procedure voor het werk van de commissie en de procedure voor het toekennen van de prijs niet, en de aanvragers belegerden de leden van de commissie een voor een volgens hun connecties - sommige van de Lords of the Admiralty, sommige van de Astronomer Royal en het eerste hoofd van de Greenwich Observatory, John Flamsteed, of Newton. De leden van de commissie hebben de aanvragers ofwel weggejaagd, ofwel hun werk in detail herzien met aanbevelingen voor het herzien en veranderen van de richting van de zoektocht, maar in de eerste decennia hebben ze niemand beloond en,kwam blijkbaar niet eens bijeen op de bijeenkomst.
De taak zag er zo ongrijpbaar uit dat lengtegraadzoekers het onderwerp van spot werden. Jonathan Swift noemde 'lengtegraad' samen met 'perpetuum mobile' en 'wondermiddel' in Gulliver's Travels (1730), en William Hogarth portretteerde in de graphic novel 'The Rake's Way' (1732) een gek die op een muur tekende in Bedlam, het beroemde Londense huis krankzinnige projecten voor lengtegraadonderzoek. Sommige onderzoekers geloven dat de politicus en satiricus John Arbuthnot een heel boek "The Longitude Examin'd" (eind 1714) schreef, waarin hij naar verluidt het project van de "vacuümchronometer" serieus beschreef namens een zekere "Jeremy Tucker" (Rogers, Pat Lengtegraad gesmeed. Hoe een achttiende-eeuwse hoax heeft plaatsgevonden in Dava Sobel en andere historici. The Times Literary Supplement. 12 november 2008). Interessant is dat, zelfs als dit boek een satire is,ze toont niet alleen een grondige kennis van mechanica en uurwerken, maar bedacht ook voor het eerst in de geschiedenis de term "chronometer".
De beroemdste "lengtegraadzoeker" uit de vroege periode was niettemin een nogal serieuze wetenschapper - William Whiston (1667–1752), een jongere tijdgenoot, collega en popularisator van Newton. Hij verving Newton als het hoofd van de Lucas-leerstoel in Cambridge, verloor het vanwege het feit dat hij openlijk religieuze opvattingen begon te verdedigen die dicht bij het Arianisme lagen (wat Newton, dicht bij hem in opvattingen, verstandig niet deed), en vanwege hetzelfde " ketterijen”werd hij niet toegelaten tot de Royal Society. Na zijn verbanning uit Cambridge schakelde Whiston over op wetenschapspopularisering en gaf hij openbare lezingen in Londen over de nieuwste wetenschappelijke vorderingen. Het was zijn rapport begin 1714 (geschreven samen met Humphrey Ditton) dat de aanzet vormde voor de goedkeuring van de lengtegraadwet.
Langharige gek. Detail van een schilderij van Hogarth uit de Mota Career-serie.
Toen de prijs werd aangekondigd, begon Whiston actief methoden te ontwikkelen voor het bepalen van de lengtegraad. Bij zijn activiteiten gebruikte hij de nieuwe kanalen van massacommunicatie waarover hij beschikte om massale publieke steun te krijgen, namelijk hij adverteerde in kranten, plaatste posters en sprak in koffiehuizen, die in die tijd discussieclubs en openbare vergaderruimten waren. Sociale netwerken en online media kunnen als ruwe analogie dienen voor het begin van de 21e eeuw. De sociale invloed van Whiston was zo groot dat hij werd geëerd met persoonlijke satire van Martinus Scriblerus (een collectief satirisch project van A. Pope, J. Swift en J. Arbuthnot; in de Russische literatuur is Kozma Prutkov zijn naaste analoog). Een van de projecten van Whiston beschrijft schepenverankerd in de open zee op punten met bekende coördinaten en regelmatig afvurende lichtfakkels in de lucht - dit is het project dat de gek op de foto van Hogarth op de muur tekende.
Whiston beschouwde de meest veelbelovende bepaling van de lengtegraad door magnetische declinatie (deze methode werd blijkbaar voor het eerst voorgesteld door Edmund Halley). Op basis hiervan botste Whiston met Newton, via wie hij zijn projecten indiende en die regelmatig eiste dat hij astronomisch onderzoek zou doen in plaats van magnetisch (voor deze en andere recensies van Newton van projecten in lengtegraad, zie: Cambridge University Library, Department of Manuscripts and University Archives. MS Add.3972 Documenten over het vinden van de lengtegraad op zee). Als resultaat maakte Whiston een van de eerste magnetische declinatiekaarten (het was een kaart van Zuid-Engeland). Uiteindelijk kende de commissie Whiston een eervolle vermelding toe van £ 500 voor het maken van instrumenten voor het meten van magnetische declinatie (1741). Dit was een doodlopende tak van onderzoek: zoals we nu weten, na eeuwen van observatie,Het magnetische veld van de aarde verandert zeer dynamisch, en de magnetische declinatie kan de coördinaten van een plaats niet aangeven.
Sinds 1732 kwam er geleidelijk een absolute leider op in de zoektocht naar methoden om de lengtegraad te bepalen: John Garrison (1693–1776), een Londense horlogemaker. Harrison, een autodidactische monteur, ontwikkelde in zijn jeugd verschillende baanbrekende innovaties. Hij koos bakout hout (guaiac hout) voor de uurwerklagers. Backout heeft een hoge hardheid en slijtvastheid, reageert niet op vocht en geeft ook natuurlijk smeermiddel af dat, in tegenstelling tot horlogesmeermiddel uit de 18e eeuw, zijn eigenschappen in de zeelucht niet verandert (in de 19e - 20e eeuw bleek de backout uitstekend te zijn in lagers voor propellers) … Dankzij de lagers van de backout loopt Harrisons horloge nog steeds. Garrison creëerde ook de eerste bimetalen slinger in de vorm van parallelle staven in staal en messing. De thermische uitzettingscoëfficiënt van deze materialen verschilt,zodat wanneer de temperatuur stijgt of daalt, de totale lengte niet verandert. De bimetalen slinger zou van gematigde breedtegraden naar de tropen kunnen bewegen zonder de oscillatiefrequentie te veranderen, behalve als gevolg van een verandering in het zwaartekrachtveld. Garrison ontwikkelde ook een origineel trigger-"sprinkhaan" -mechanisme (Michal, Stanislav. Clock. Van gnomon tot atoomklok. Vertaald uit het Tsjechische RE Melzer. M. 1983). Deze prestaties in 1726 brachten de jonge horlogemaker tot bescherming van J. Graham, die zijn ervaring aan hem doorgaf, hem geld gaf voor werk en zijn werk presenteerde aan de Commissie van Longitude. Garrison ontwikkelde ook een origineel trigger-"sprinkhaan" -mechanisme (Michal, Stanislav. Clock. Van gnomon tot atoomklok. Vertaald uit het Tsjechische RE Melzer. M. 1983). Deze prestaties in 1726 brachten de jonge horlogemaker tot bescherming van J. Graham, die zijn ervaring aan hem doorgaf, hem geld gaf voor werk en zijn werk presenteerde aan de Commissie van Longitude. Garrison ontwikkelde ook een origineel trigger-"sprinkhaan" -mechanisme (Michal, Stanislav. Clock. Van gnomon tot atoomklok. Vertaald uit het Tsjechische RE Melzer. M. 1983). Deze prestaties in 1726 brachten de jonge horlogemaker tot bescherming van J. Graham, die zijn ervaring aan hem doorgaf, hem geld gaf voor werk en zijn werk presenteerde aan de Commissie van Longitude.
In 1735 had Garrison zijn eerste scheepschronometer in elkaar gezet, die hij de H1 noemde (dit is de moderne nomenclatuur, voorgesteld door de restaurateur Rupert Gould in de jaren twintig). De H1 was te zien in de werkplaats van Graham, waar hij werd onderzocht door leden van de commissie, de Royal Society en alle anderen. De kwaliteit van vakmanschap, montage en beweging waren zo duidelijk en hoog dat Garrison en H1 in 1736 met het schip "Centurion" een testreis naar Lissabon maakten. Hoewel de H1 aanvankelijk slecht ging, kreeg Garrison hem snel weer op het goede spoor, en op de terugweg van Lissabon beletten de metingen van Garrison dat de centurion op de kliffen bij Cape Lizard (Cornwell, nabij de Scilly-eilanden) landde. Na positieve berichten van de kapitein en de navigators van de centurion, eiste de Admiraliteit dat de Longitude Commission zou worden bijeengeroepen en dat Harrison de prijs zou krijgen. De Commissie kwam voor het eerst sinds vele jaren bijeen en reikte haar allereerste prijs van £ 250 uit met de formulering "voor verder werk" (Howse, Derek. Britain's Board of Longitude: the finances, 1714-1828. The Mariner's Mirror, Vol. 84, Nr. 4, november 1998).
Vanaf dat moment tot 1760 werd Harrison in feite de enige subsidieontvanger van de commissie, die regelmatig bijeenkwam om zijn nieuwe modellen te inspecteren en hem geld gaf voor verder werk, te beginnen met de tweede subsidie in 1741 - 500 pond per keer (op dezelfde Tijdens de bijeenkomst ontving William Whiston ook de prijs). Sindsdien heeft Garrison uitsluitend aan chronometers gewerkt en heeft hij de commissie beweerd dat hij het zo druk had met het werken aan beurzen dat hem de mogelijkheid werd ontnomen om in zijn levensonderhoud te voorzien en zijn gezin te onderhouden (Confirmed notulen van de Board of Longitude. 4 juni 1746. Cambridge University Library. RGO 14. /vijf). Misschien was dit een overdrijving die kenmerkend was voor zijn tijd, aangezien als resultaat van deze "traan" Garrison nog een schenking van £ 500 ontving. Garrison vulde waarschijnlijk zijn budget aan,een vergoeding vragen voor de demonstratie van zijn uitvindingen - het is bekend dat Benjamin Franklin, die vaak Londen bezocht, 10 shilling en 6 pence (1 pond = 20 shilling = 240 pence) betaalde voor het recht om naar de chronometers in Harrison's werkplaats te kijken en was tevreden met het uitgegeven bedrag. Harrisons publieke bekendheid was groot genoeg. In het post-Newton-tijdperk genoten wetenschappers de aandacht en het respect van de samenleving, en de verspreiding van kennis werd enorm vergemakkelijkt door tijdschriften, aangevuld met coffeeshops, waar informatie mondeling werd doorgegeven, zoals in moderne sociale netwerken. In 1749 ontving Harrison de Copley-medaille, ingesteld door de Royal Society in 1731.betaalde 10 shilling en 6 pence (1 pond = 20 shilling = 240 pence) voor het recht om de chronometers in Harrison's werkplaats te bekijken en was tevreden met het uitgegeven bedrag. Harrisons publieke bekendheid was groot genoeg. In het post-Newton-tijdperk genoten wetenschappers de aandacht en het respect van de samenleving, en de verspreiding van kennis werd enorm vergemakkelijkt door tijdschriften, aangevuld met coffeeshops, waar informatie mondeling werd doorgegeven, zoals in moderne sociale netwerken. In 1749 ontving Harrison de Copley-medaille, ingesteld door de Royal Society in 1731.betaalde 10 shilling en 6 pence (1 pond = 20 shilling = 240 pence) voor het recht om de chronometers in Harrison's werkplaats te bekijken en was tevreden met het uitgegeven bedrag. Harrisons publieke bekendheid was groot genoeg. In het post-Newton-tijdperk genoten wetenschappers de aandacht en het respect van de samenleving, en de verspreiding van kennis werd enorm vergemakkelijkt door tijdschriften, aangevuld met coffeeshops, waar informatie mondeling werd doorgegeven, zoals in moderne sociale netwerken. In 1749 ontving Harrison de Copley-medaille, ingesteld door de Royal Society in 1731. In 1749 ontving Harrison de Copley-medaille, ingesteld door de Royal Society in 1731. In 1749 ontving Harrison de Copley Medal, opgericht door de Royal Society in 1731.
John Garrison.
Voor de subsidies die van de commissie werden ontvangen, verzamelde Garrison nog drie modellen chronometers. H2 en H3 bevatten nieuwe innovatieve oplossingen. De belangrijkste hiervan zijn de eerste composietlagers met een kooi en een bimetalen veerbalancer om temperatuurstoten te compenseren. Leonardo da Vinci heeft nog steeds een schematisch diagram van het lager, maar tot H3 is hun praktische toepassing onbekend. Maar de doorbraak werd gemaakt op het vierde model, H4. De H4 was niet gemaakt in de vorm van een tafelklok, maar als een zak "ui", en vanwege zijn kleine formaat gebruikte hij lagers van diamant en robijn in plaats van een backout, maar ontving hij een remontuar (opwindmechanisme) en een bimetalen balansbalk van het type H3. De H4 liep met vijf trillingen per seconde - veel sneller dan welk horloge uit de 18e eeuw dan ook. Het beheersen van langzame trillingen was veel gemakkelijker dan snelle,maar Garrison heeft opzettelijk de klok ingesteld om te oscilleren op een frequentie die veel hoger is dan de oscillatiefrequentie van het schip om de vibratie van de romp en het stampen te neutraliseren, en hij vergiste zich niet.
In 1761, onmiddellijk na het einde van de zeebedreiging vanuit Frankrijk tijdens de Zevenjarige Oorlog, maakte H4 een testreis naar Port Royal in Jamaica met Harrisons zoon William, ook een meestermonteur, op het schip van Deptford. H3 bleef in de werkplaats van Harrison. De over 81 dagen opgebouwde fout was ongeveer vijf seconden, wat een nauwkeurigheid van 1,25 minuten betekende - ongeveer 1 zeemijl voor deze breedtegraden. Op de terugweg voorspelde William nauwkeurig het verschijnen van Madeira. De enthousiaste kapitein van de Deptford wilde een dergelijke chronometer ontvangen en Garrison, die op dat moment al 67 jaar oud was, verscheen voor de commissie met het verzoek hem de eerste prijs uit te reiken voor het voldoen aan de vereisten van de wet van 1714.
De commissie weigerde een prijs uit te reiken, daarbij verwijzend naar het feit dat de lengtegraad van Port Royal misschien niet nauwkeurig genoeg bekend is, dat geluk toevallig kan zijn en dat de chronometer te duur is om praktisch te zijn, dat wil zeggen om in massaproductie te gaan. Garrison ontving een onderscheiding van 1.500 pond en een belofte van nog eens 1.000 pond als een tweede test bevestigt dat hij gelijk had. Garrison werd razend en lanceerde een publiekscampagne om de commissie onder druk te zetten. De onwil om de commissie te betalen was niet alleen te wijten aan hebzucht en voorzichtigheid, maar ook aan de hoop dat een alternatieve astronomische methode op een goedkopere manier een oplossing voor het probleem zou bieden.
Terwijl Garrison aan de wacht werkte, verbeterden de instrumenten voor het observeren van de hemel. In 1731 presenteerde Oxford professor astronomie John Hadley (1682-1744), vice-president van de Royal Society, op een bijeenkomst van de vereniging het Hadley-kwadrant (later de 'octant' genoemd) - een instrument gebaseerd op de combinatie van een object in een vizier en een ander object dat in een spiegel wordt weerspiegeld … Een boog van 45 graden (een achtste van een cirkel, vandaar de naam "octant") met behulp van spiegels maakte het mogelijk om hoeken te meten die twee keer zo groot waren, tot wel 90 graden. Octant legt de hoek vast ongeacht de beweging van de waarnemer en slaat het resultaat van de waarneming zelfs na beëindiging op.
E. Halley nam deel aan de proefvaarten van de Hadley-octant, die na Flamsteed het hoofd van het Greenwich Observatory overnam. Halley herinnerde zich om de een of andere reden niet dat een soortgelijk reflecterend instrument werd beschreven in een brief aan hem door Isaac Newton rond 1698 - deze documenten werden vele jaren later in de archieven van Halley gevonden, samen met een levendige beschrijving van hoe een hoge wetenschappelijke commissie aan boord van het schip tegen zeeziekte vocht in plaats van observaties.
John Hadley met octant in de hand.
Onafhankelijk van Hadley werd een soortgelijk instrument gemaakt door de Amerikaan Thomas Godfrey (1704-1749). Hadley's instrument veranderde vervolgens, met kleine aanpassingen, in een "octant", van waaruit de sextanten zich ontwikkelden (met een schaal van 60 ° en een meethoek van 120 °). Ondanks al het praktische belang van de tool, ontvingen Hadley en Godfrey geen prijzen, maar verbeterde tools maakten het mogelijk om een alternatief voor horloges te vinden.
In de jaren 1750 maakte de Duitse astronoom Tobias Mayer (1723-1762), professor aan de Universiteit van Göttingen, zich bezig met cartografie van Duitsland, met de hulp van Leonard Euler (1707-1783), destijds professor aan de Universiteit van Berlijn, bijzonder nauwkeurige tabellen van de stand van de maan. Euler stelde een theorie voor over de beweging van de maan, Mayer stelde maantabellen samen op basis van deze theorie en observaties met behulp van een speciaal instrument met een 360 ° -weergave. Toen Mayer de prijs hoorde, durfde hij aanvankelijk zijn tafels niet aan de commissie voor te leggen, in de veronderstelling dat de buitenlander onmiddellijk zou worden geweigerd, maar uiteindelijk nam hij zijn toevlucht tot het beschermheerschap van de koning van Engeland en de keurvorst van Hannover, George II, en als gevolg daarvan kwamen zijn tafels in Londen terecht. In 1761, het toekomstige hoofd van het observatorium van Greenwich, Neville Maskelyne (1732-1811), die naar Sint-Helena reisde om de passage van Venus voor de zonneschijf te observeren,voerde tests uit van de methode van "maanafstanden" volgens de Mayer-tabellen met de Hadley-octant en kreeg een stabiel resultaat met een nauwkeurigheid van anderhalve graad.
Een controlereis over de Atlantische Oceaan van Londen naar Bridgetown op Barbados was gepland voor 1763. In Barbados moest Maskeline de referentielengte berekenen vanaf de manen van Jupiter vanaf vaste aarde. H4, Mayer-tafels en Christopher Irwin's "sea chair" op een stabiliserende triaxiale ophanging voor het observeren van de satellieten van Jupiter werden gelijktijdig gecontroleerd. De stoel, waarvoor de ontwikkelaar actief reclame maakte via de Londense pers, bleek nutteloos te zijn, en Harrisons chronometer en 'maantabellen' waren tot op een halve graad nauwkeurig. In het eindrapport was de nauwkeurigheid van de H4-chronometer 9,8 zeemijl (15 km), of 40 seconden lengtegraad, de maanafstandsmethode uitgevoerd door Maskelyne en zijn assistent Charles Green - ongeveer een halve graad.
In 1765 kwam de commissie bijeen voor een vergadering, waarop ze besloot om Mayers weduwe een beloning van 5.000 pond te geven voor de tafels van haar overleden echtgenoot, Euler - 300 pond, en Garrison - 10 duizend pond voor succes en nog eens 10 duizend als aan de voorwaarde van 'praktisch nut' is voldaan, dat wil zeggen de kosten van de chronometer zullen worden verlaagd, en de fabricagetechnologie zal worden beschreven zodat andere horlogemakers het kunnen reproduceren. Het Parlement, dat de besluiten van de commissie goedkeurde, verlaagde de vergoeding voor de "maantafels" tot 3.000 pond, en trok 2.500 pond aan reeds ontvangen subsidies af van Harrisons onderscheiding.
Garrison geloofde dat hem de prijs voor de intriges van Maskelyne was ontnomen, die bijna gelijktijdig met de vergadering van de commissie de nieuwe Astronomer Royal werd en het hoofd van het Greenwich Observatory (dit was toeval, aangezien de vorige Astronomer Royal plotseling stierf). In deze functie werd Maskelein lid van de commissie en hoofd van de subcommissie voor de acceptatie door de staat van chronometertechnologie. Modellen van horloges met tekeningen en uitleg van Harrison werden overgebracht naar Greenwich, waar ze gedurende nog eens 10 maanden werden getest door Maskelein en vertegenwoordigers van de Admiraliteit. Op basis van de resultaten van de tests uitte Maskelein zijn twijfels of de chronometer stabiele resultaten geeft en in de productieversie kan worden gebruikt zonder parallel gebruik van de "maantabellen".
Maskelyne zelf bereidde zich op dat moment met een team van astronomen uit Greenwich voor de publicatie van de eerste "Nautical Almanac", die samenvattende tabellen bevatte van de posities van de zon, de maan, planeten en "navigatiesterren" voor een gegeven lengte- en breedtegraad en de bijbehorende tijdwaarden op nul. meridiaan voor elke dag van het jaar. De eerste editie van de Almanak verscheen in 1767.
De eerste chronometer gemaakt in 1735.
Harrison, die ervan overtuigd was dat Maskelein opzettelijk zijn uitvinding aan het verdrinken was om een voordeel te geven aan astronomische methoden, ging op zoek naar gerechtigheid bij de jonge koning George III. De vorst, die een goede wetenschappelijke opleiding had genoten, nam de H5-chronometer om voor zichzelf te testen en maakte hem persoonlijk zes maanden lang elke dag af. Als resultaat van deze tests stelde George III voor dat Garrison met een petitie rechtstreeks het parlement binnengaat, de Longitude Commission omzeilt en zijn eerste prijs eist, en als het parlement weigert, zal hij, de koning, persoonlijk plechtig in het parlement verschijnen en hetzelfde eisen van de troon. Het Parlement verzette zich nog een aantal jaren, en als gevolg daarvan vaardigde Harrison in 1773 de laatste toekenning uit van 8.750 pond (na aftrek van kosten en materiaalkosten).
De activiteiten van de Longitude Commission resulteerden in:
De Lengtegraadcommissie werkte tot 1828, combineerde de functies van een subsidieorganisatie en een onderzoekscentrum, en reikte een aantal prijzen en beurzen uit, waaronder een onderscheiding van 5000 pond aan poolreiziger W. Parry, die aan het begin van de 19e eeuw 82,45 ° noorderbreedte bereikte in pool Canada.
Om dit korte essay samen te vatten, moet men nogmaals de aandacht vestigen op het feit dat de oplossing voor het lengtegraadprobleem niet werd bereikt door een of zelfs meerdere doorbraken, maar lang en moeilijk, uit een groot aantal stappen, die elk een belangrijke prestatie waren op hun eigen gebied. Zelfs nadat de Harrison-chronometer en de Mayer-Euler-methode van experimenten naar navigatiepraktijken gingen, bleven de navigatie- en cartografiemethoden verbeteren.
De leidende rol van de wetenschap in Groot-Brittannië bij het oplossen van navigatieproblemen hielp haar niet alleen om de status van 'heerser van de zeeën' te winnen en te behouden (de vroege nationalistische mars 'Rule Britain, by the seas' was gecompliceerd in 1740-1745), maar ook om Greenwich te vestigen als de nulmeridiaan, in de eerste een wending van kwaliteitsvolle nautische almanakken door Maskelein en zijn volgelingen. De Internationale Meridiaanconferentie van 1884 in Washington nam de meridiaan van Greenwich als nul aan, wat het begin markeerde van de creatie van het universele standaardtijdsysteem. Vóór deze datum was de discrepantie in de lokale tijd van verschillende landen en zelfs steden zodanig dat dit ernstige problemen veroorzaakte, bijvoorbeeld voor de dienstregeling van de spoorwegen. Het laatste land dat volgens Greenwich overschakelde op coördinaten was Frankrijk (1911), en de eenmaking van de tijdtelling is tot op de dag van vandaag niet voltooid,dat bij de mensen in Rusland goed bekend is door het veranderende beleid van de zomertijd.
Britse chronometers werden ook beschouwd als de kwaliteitsstandaard onder zeelieden van alle landen, tenminste tot het midden van de 19e eeuw. Maar hoewel het tellen van lengtegraden door de chronometer sneller en nauwkeuriger was dan het tellen op basis van de "maanafstanden", hielden de nautische almanakken hun positie gedurende de 19e eeuw vast. Chronometers waren in het midden van de 19e eeuw verre van op alle schepen aanwezig vanwege hun hoge kosten. Bovendien kwamen de matrozen er heel snel achter dat er minstens drie chronometers op het schip hadden moeten zijn, zodat fouten in hun metingen konden worden opgespoord en geëlimineerd. Als twee van de drie chronometers dezelfde tijd aangeven, is het duidelijk dat de derde fout is en hoeveel hij fout heeft (dit is het eerste bekende voorbeeld van drievoudige modulaire redundantie). Maar zelfs in dit geval werden de chronometermetingen vergeleken met astronomische gegevens. "… Eerwaarde Stepan Iljitsj maakt haastig zijn derde glas leeg,maakt de tweede dikke sigaret op en gaat met een sextant naar boven om de hoogte van de zon te nemen om de lengtegraad van de plaats te bepalen ” - zo beschreef K. Stanyukovich het werk van een zeevaarder in de vroege jaren 1860, ondanks het feit dat het schip was uitgerust met verschillende chronometers.
Aan het begin van de 20e eeuw bereikten chronometers een nauwkeurigheid van 0,1 seconde per dag, dankzij ontdekkingen in de metallurgie en materiaalkunde. In 1896 creëerde Charles Guillaume ijzer-nikkellegeringen, met minimale thermische uitzettingscoëfficiënten (invar) en thermo-elasticiteit (elinvar), die werden vergeleken om elkaar in paren te compenseren. Zo ontstond een hoogwaardig materiaal voor de veer en het handwiel (in 1920 ontving Guillaume de Nobelprijs voor natuurkunde voor deze werken). Moderne analogen van Invar en Elinvar omvatten ook beryllium.
Met de uitvinding van de radio begonnen terrestrische radiostations hun coördinaten uit te zenden. Aan het begin van de Eerste Wereldoorlog verdween de behoefte aan een maanafstandsmethode en werd tijdwaarneming een aanvullende controlemethode. Tegelijkertijd werd een nieuwe harmonische oscillator van betere kwaliteit gevonden dan een slinger of een veerbalancer. In 1880 ontdekten Pierre en Jacques Curie de piëzo-elektrische eigenschappen van kwarts en in 1921 ontwikkelde Walter Cady de eerste kwartsresonator. Zo ontstond de technologische basis voor het maken van kwartshorloges, die oorspronkelijk werden gebruikt als bronnen van nauwkeurige tijdsignalen en sinds de jaren zestig massa-instrumenten zijn geworden. Marine chronometers begonnen te worden vervangen door elektronische horloges.
Met het begin van het ruimtetijdperk nam de navigatie de volgende stap. Het is interessant dat het basisschema van satellietnavigatie in wezen niet verschilt van het voorstel van Whiston om stationaire schepen op zee te plaatsen, volgens de signalen waarvan de zeelieden hun coördinaten zullen bepalen - dit zijn satellieten die hun coördinaten en universele tijd uitzenden om ontvangers op aarde te signaleren. Technologieën van de 20e eeuw maakten het mogelijk om de plannen van de 18e eeuw op een nieuw niveau te implementeren. Van 1972 tot 1990 werd een orbitale constellatie van GPS-navigatiesatellieten gecreëerd, die in 1992 werd geopend voor civiel gebruik. Sinds 2011 heeft de Sovjet-Russische GLONASS zijn ontwerpcapaciteit bereikt en worden er nog twee systemen voorbereid voor lancering, de Europese (Galileo) en Chinese (Beidou). De uiteindelijke nauwkeurigheid van deze systemen wordt gemeten in meters. Satellieten worden ook gebruikt in verschillende moderne geodetische systemen, waarvan de grootste, het Franse DORIS, een centimeter nauwkeurigheid heeft. Smartphones van de jaren 2010 begonnen eenvoudige navigatiesystemen te bevatten die zijn gekoppeld aan satellieten met een nauwkeurigheid van 8 tot 32 meter en een automatische tijdsynchronisatiefunctie met behulp van signalen van mobiele operators en internetbronnen van "atoomtijd".
Desalniettemin begon de berekening van coördinaten "langs de maan" pas in de twintigste eeuw te worden uitgesloten van de trainingsprogramma's voor zeelieden, en nautische almanakken worden nog steeds gepubliceerd. Dit is een heel geschikt vangnet. Als een elektricien op een schip uitvalt, mag de zeeman zijn navigatiehulpmiddelen niet verliezen. Maar zelfs als hij niet weet hoe hij met de sextant en almanak moet omgaan, zal de zeeman (en iedereen die dit artikel heeft gelezen) zijn coördinaten kunnen bepalen met een nauwkeurigheid van een fractie van een graad, met behulp van een polshorloge en een schaduw van een verticaal object. De technologische vooruitgang van de afgelopen eeuwen heeft het mogelijk gemaakt om aan de hand te dragen, zo niet een chronometer, dan een vrij grote overeenkomst.
Auteur: Yuri Ammosov
