В нощта на 22 срещу 23 септември 1707 г. британска ескадра под командването на контраадмирал Клаудси Шовал, завръщаща се от театъра на операциите на войната за испанската наследство, седнала под пълно платно на рифовете край островите Сили, югозападно от брега на Корнуол, малко над 24 часа преди да се върнете у дома. Островите Сили са част от древния корнубийски батолит, гранитен масив от разривно изригване на карбоно-пермската епоха, така че дълбочината в близост до бреговете им спада много рязко и освен това те са първата земя по пътя на онзи клон на Гълфстрийм, който влиза в Ламанша. Scilly е много опасна и коварна зона, където корабите умират редовно, но мащабът на корабокрушението през 1707 г. е изключително голям.
Пет кораба от линията и един пожарен кораб се спуснаха върху скалите на Западния риф на Сили, едва забележими над водата. Потънаха три кораба, включително флагманът на Асоциацията ескадрон, който потъна с 800 души екипаж за три минути. Самият адмирал Шовал се удави в Асоциацията. Общият брой на жертвите на бедствието варира от 1200 до 2000 души. Може би щеше да има по-малко жертви, ако моряците знаеха да плуват, но това умение беше рядко през 18 век. Суеверните моряци вярвали, че да можеш да плуваш, означава да си корабокрушен.
Впоследствие легендите обвиниха аристократичното високомерие на адмирала за бедствието, който уж нарежда моряк, родом от тези места, да бъде обесен на яхта, който го информира за опасността, така че би било обезкуражаващо да поставя под въпрос авторитета на властите. Реалността беше много по-неприятна: до последния момент никой от ескадрилата нямаше представа, че корабите не са там, където е трябвало. Адмирал Шоуъл, преминал всички етапи на военноморската служба, почете моряка с 35-годишен опит и неговите навигатори неправилно изчислиха дължината си поради лошото време и бяха сигурни, че са по-далеч на изток, в корабоплавателната зона на Ламанша. Картите, на които островите на Сили се намираха на разстояние около 15 километра от истинското им положение, също бяха обобщени, които станаха известни няколко десетилетия по-късно, вече в средата на 18 век.
Корабокрушение на ескадрата на Клаудисли Шоуел през 1707 г. Гравиране от неизвестен художник Национален морски музей.
По времето на катастрофата на Сцили необходимостта от точни методи за определяне на дължината беше призната повече от век. Ерата на географските открития рязко демонстрира изоставането на картографските методи от нуждите на практиката. Испанските Хабсбурги предлагат награди за решаване на "проблема с дължината" от 1567 г., Холандия от 1600 г., а Френската академия на науките получи такова задание, когато бе създадено. Наградите бяха много щедри - през 1598 г. Филип III от Испания обещава 6000 дуката наведнъж за успешен метод за определяне на дължината, 2000 дуката за доживотна годишна пенсия и 1000 дуката за разходи. Дукатът („монета на дожите“), равен на 3,5 грама злато, беше международният паричен еквивалент, първоначално от Венеция; Хабсбургите сечеха дукатите си със същото тегло. През този период целият обем на венецианската международна търговия се оценяваше на около два милиона дуката годишно, т.е.и 15 хиляди дуката струват изграждането на бойна галера.
Какъв беше "проблемът с дължината"? Трудно е, но не и невъзможно, да се определи широчината на кораб в открито море до най-близката ъглова минута. Широтата е част от разстоянието от екватора до полюса и следователно стойността е абсолютна. Ъгълът между земната ос и положението на кораба може да се определи както от слънцето, така и от известни звезди, като се използва астролаб или секстант. Географската дължина се измерва от определен меридиан и следователно е условна: всички точки на земното кълбо спрямо небесната сфера са равни, всяка точка може да се приеме за нула. Близо до брега местоположението може да се определи по забележителностите, които се виждат от кораба - планини, реки, кули, които са отбелязани на карти за тази цел още от времето на първите портолани. Птиците и растенията също могат да означават близост до сушата. Но в непознати водив открития океан или при лошо време, задачата за определяне на дължината стана изчислена. Без предпазливост много океански маршрути бяха положени не по права линия от пристанище до пристанище, а по крайбрежието на континента до географски ширини, които очевидно бяха свободни от опасни рифове и острови, а оттам по географския паралел до отсрещния бряг. Частниците и пиратите често чакаха жертвите си в тези „плаващи” географски ширини (Dunn, Richard, Higgit, Rebeccah. Намиране на дължина. Как кораби, часовници и звезди помогнаха за решаването на проблема с дължината. Collins, 2014). Частниците и пиратите често чакаха жертвите си в тези „плаващи” географски ширини (Dunn, Richard, Higgit, Rebeccah. Намиране на дължина. Как кораби, часовници и звезди помогнаха за решаването на проблема с дължината. Collins, 2014). Частниците и пиратите често чакаха жертвите си в тези „плаващи” географски ширини (Dunn, Richard, Higgit, Rebeccah. Намиране на дължина. Как кораби, часовници и звезди помогнаха за решаването на проблема с дължината. Collins, 2014).
Методът на разчитане, който се използва от всички моряци от това време, се основаваше на измерване на скоростта на кораба и времето на неговото движение по определена компас румба. Скоростта се определяше от лаг - въже с възли, което беше хвърлено зад борда; наблюдателите преброиха броя на възлите, които плаваха минали, и отброиха времето, като преброиха или рецитираха стандартната молитва „Отче наш“или „Богородица“. Следователно скоростта "морски мили в час" се наричаше "възел". Самата морска миля е мярка за ширина - тя е една дъгова минута от меридиана. Полученият вектор е начертан от точката, в която движението е започнало, като се взема предвид страничното отклонение от ветровете и теченията - така се получава текущата координата. Този метод имаше голяма грешка, която се натрупваше колкото повече, толкова по-дълго корабът беше в открито море. Точността на 50 километра в трансокеанско пътуване за този метод вече е голям успех, грешки от 100–150 километра не са рядкост дори за опитни навигатори.
Сегашната дължина може да бъде изчислена точно, ако знаете местното време и текущото астрономическо време на основния меридиан (от 1960 г. се използва концепцията за „универсално време“- UTC). Текущото време се записва от слънцето в астрономически или истински обед (моментът, когато слънцето е най-високо). Астрономическият обяд е трудно да се определи точно кога се случва, а на практика по-често се определя като средната точка на времето между позициите на слънцето на една и съща надморска височина сутрин и следобед. Тъй като на ден има 1440 минути и 21 600 дъгови минути в пълен кръг, 1 дъгова минута съответства на 4 секунди време. Преизчислявайки разликата между местното време и времето на основния меридиан в градуси, можете да получите изместване в дължината. Но как да се определи времето на основния меридиан?
Промоционално видео:
Няма ориентири, фиксирани по дължина върху небесната сфера, но има периодични. Затъмненията на Слънцето и Луната са най-удобните забележителности, но тяхната рядкост ги прави неприложими при периодична навигация, те се използват главно за географската дължина на сушата. Например се извърши картографирането на испанския Нов свят: всички местни колониални администратори получиха един и същи слънчев часовник от Мадрид предварително и бяха инструктирани да измерват точното положение на сянката на гномона в деня на затъмнението. Събраните координати бяха прехвърлени в Мадрид, където бяха обработени. Точността на такива колективни измервания не беше висока; някои наблюдатели направиха грешки с дължина 2–5 градуса.
Затъмненията на луните на Юпитер са много по-чести. Галилео, който ги отвори и много бързо разбра, че има естествен небесен часовник пред него, дори разработи за целта келатон - скоба за закрепване на телескопа към главата на наблюдателя. Но всички опити да ги видят от кораба, дори и при ясно време, бяха неуспешни. Но този метод успешно се използва на сушата. Той е използван от Джовани Касини и Жан Пикард за картографиране на Франция през 1670-те. В резултат на усъвършенстваното проучване територията на Франция се е свила на нови карти толкова много, че кралят на Слънцето е кредитиран с думите „Астрономите са взели повече земи от мен, отколкото всички врагове взети заедно“.
В началото на 16 век се правят опити за изчисляване или внимателно описание на относителните положения на Луната, Слънцето и ключовите навигационни звезди. Този метод на „лунните разстояния“предполагаше определянето на ъгъла между Луната и други небесни тела в така наречения „морски здрач“(преди разсъмване и веднага след залез, когато и звездите, и хоризонтът се виждат едновременно). Но в началото на 18 век точността на този метод все още е твърде ниска, с грешка от 2-3 градуса дължина. Именно с опита да се подобри изчисляването на лунната орбита, за да се коригират таблиците за навигатори, е свързана формулировката на „проблема с три тела“(Слънцето, Земята и Луната), който, както показаха Г. Брунс и А. Поанкаре в края на 19 век, няма аналитично решение в общ изглед.
Наблюдения на кръстосани пръчки, използвани за определяне на лунните разстояния и измерване на височината.
И накрая, можете просто да разгледате универсалното време на синхронизирания с него часовник. Но за това часовникът не трябва да губи своята точност при условия на търкаляне, промени в земните гравитационни и магнитни полета, скокове с висока влажност и температура. Дори на неподвижна земя задачата беше трудна и най-добрите умове от 17-ти век положиха значителни усилия да създадат качествени часовници.
Към началото на 18 век се появяват неподвижни часовникови кули с махала, които грешат с около 15 секунди на ден. Развитието им стана възможно благодарение на изследванията на Галилео Галилей, който откри, че трептенията на махалото са постоянни във времето (1601 г.). През 1637 г. почти слепият Галилео разработва първото бягство (устройство за завъртане на махалото), а през 1640-те неговият син се опитва да създаде часовник с махало от скиците на баща си, но безрезултатно.
Първият работещ и за времето си много точен махален часовник е създаден през 1656 г. от Кристиан Хюйгенс, който може би е знаел за експериментите на Галилео-младши от баща си, холандски политик, участвал в преговори с Галилео-младши (Гиндикин С. Г. Математически и механични проблеми в произведенията на Хюйгенс върху махаловите часовници (Природа, № 12, 1979). Хюйгенс, от друга страна, беше първият, който описа и обоснове изохронна крива, по която махалото ще се движи с постоянна скорост и добави контролер на махалото към часовника, базиран на него. Хюйгенс даде схематична диаграма и математическа обосновка за часовник с махало в трактата си от 1673 г. „Horologium Oscillatorium: sive de motu pendulorum ad horologia aptato demostrationes geometricae“След известно време в дизайна на часовника се появява анкерна вилка, чиято цел е да ограничи колебанията на махалото до малък ъгъл, тъй като при големи ъгли изохронното свойство на правият махало изчезва. Създаването на вилицата за ферми по-рано често се приписваше на Робърт Хук или на часовникаря Джордж Греъм, но сега приоритет се дава на астронома и часовникаря Ричард Таунли, който създаде първия часовник за ферми през 1676 година.
Кристиан Хюгенс.
В същото време се случи пробив в създаването на пролетни часовници. Известните проучвания на Хук за извори бяха насочени именно към подобряване на движението на часовника. Пружината се използва в балансьори, които контролират точността на часовниците без махала; и се смята, че първият балансьор е направен от Хук около 1657г. През 1670-те години Хюйгенс произвежда модерен тип пружинен балансир на спиралата, който дава възможност за създаване на джобни часовници (Headrick, Michael. Origin and Evolution of Anchor Clock Escapement. Списание Control Systems, Inst. Of Engineers and Electronic Engineers. 22 (2), 2002 г.).
В края на 18-ти век по-рано направените механични часовници започват масово да се снабдяват с махала. Махалото осигуряваше точност, много по-висока от тази на пружинния часовник, но можеше да работи само върху равна повърхност и на закрито. Махалото не беше подходящо за дълги пътувания, тъй като влажността и температурата влияят на дължината му, а ролката събаря честотата на нейните трептения. Това стана ясно още в първите морски изпитания от 1660-те. И дори при идеални условия при движението на часовника трябва да се вземе предвид, че честотата на трептенията на махалото с постоянна дължина намалява, когато се приближава до екватора - този феномен е открит от френския астроном Жан Ричет, помощник на Касини, през 1673 г. в Гвиана.
Именно този комплекс от проблеми доведе до факта, че през 1714 г. британският парламент прие закон за собствените си награди за откриването на методи за определяне на дължината. По препоръка на Исак Нютон и Едмънд Халей, Парламентът присъди награда от 10 000 британски лири за точност 1 степен, 15 000 паунда за 40 дъгови минути и 20 000 паунда за 30 дъгови минути. За да определи победителите, парламентът създаде Комисията за определяне на дължината в морето или, както често се съкращава, Комисията за дължина.
Първите години на британската програма не бяха особено успешни. Размерът на първата награда създава усещане в обществото, а основният състав на кандидатите за наградата включва измамници и прожектори, някои от които се отличават по време на бума на Южните морета през 1720 година. Само няколко проекта дойдоха от опитни учени, механици и инженери и насърчиха разбирането на проблемите и решаването на проблеми. Законът не формализира процедурата за работата на комисията и процедурата за присъждане на наградата и жалбоподателите обсаждат членовете на комисията един по един според връзките им - някои от лордовете на Адмиралтейството, някои от Астронома Роял и първият ръководител на Обсерваторията в Гринуич, Джон Фламстед или Нютон. Членовете на комисията или прогониха кандидатите, или прегледаха подробно работата им с препоръки за преразглеждане и промяна на посоката на търсенето, но през първите десетилетия те не предложиха награди на никого и, т.е.явно дори не се срещнаха на срещата.
Задачата изглеждаше толкова неуловима, че търсещите дължина станаха обект на подигравки. Джонатан Суифт споменава "дължината" заедно с "вечното движение" и "панацеята" в Пътешествията на Гъливър (1730 г.), а Уилям Хогарт представя в графичния роман "Пътят на рейка" (1732 г.) луд, рисуващ се на стена в Бедлам, известната лондонска къща безумни, географски проучвателни проекти. Някои изследователи смятат, че политикът и сатирик Джон Арбутнот е написал цяла книга "Longitude Examin'd" (края на 1714 г.), където той твърди, че е описал сериозно проекта "вакуум хронометър" от името на известен "Джереми Такер" (Роджърс, Пат. Котателна дължина. Как е взела измама от осемнадесети век в Дава Собел и други историци. Интересно е, че дори тази книга да е сатира,тя не само показва дълбоко познаване на механиката и часовникарството, но и въведе за пръв път в историята термина „хронометър“.
Най-известният „търсач на дължина” от ранния период все пак беше доста сериозен учен - Уилям Уистън (1667-1752), по-млад съвременник, колега и популяризатор на Нютон. Той замени Нютон като ръководител на председателя на Лукас в Кеймбридж, загуби го поради факта, че започна открито да защитава религиозните възгледи, близки до арианството (което Нютон, близък до него по гледни точки, разумно не го правеше) и поради същото „ ереси”той не беше приет в Кралското общество. След експулсирането си от Кеймбридж, Уистън премина към популяризиране на науката, изнасяйки публични лекции в Лондон за най-новите научни постижения. Именно неговият доклад в началото на 1714 г. (в съавторство с Хъмфри Дитън) предизвика приемането на закона за дължината.
Лудият дълга коса. Детайл от картина на Хогарт от серията Mota Career.
Когато наградата беше обявена, Уистън започна активно да разработва методи за определяне на дължината. В своята дейност той използва новите канали за масова комуникация, с които разполага, за да формира масова обществена подкрепа, а именно той рекламира във вестници, публикува плакати и говори в кафенета, които по това време са дискусионни клубове и обществени заседателни зали. Социалните мрежи и онлайн медиите могат да послужат като груба аналогия за началото на 21 век. Социалното влияние на Уистън беше толкова голямо, че той беше отличен с лична сатира от Мартинус Скриблерус (колективен сатиричен проект на А. Поуп, Дж. Суифт и Дж. Арбутнот; в руската литература неговият близък аналог е Козма Прутков). Един от проектите на Уистън описва корабизакотвен в открито море в точки с известни координати и редовно изстрелващи сигнали пламва във въздуха - това е проектът, който лудият на снимката на Хогарт рисува на стената.
Уистън смяташе за най-обещаващото определяне на дължината чрез магнитно отклонение (този метод очевидно е предложен първо от Едмънд Халей). На тази основа Уистън се сблъска с Нютон, чрез когото той представяше своите проекти и който редовно изискваше да се занимава с астрономически изследвания вместо с магнитни (За тези и други прегледи на Нютон за проекти по дължина вижте: Библиотека на университета в Кеймбридж, отдел за ръкописи и университетски архиви. MS Add.3972 Доклади за намиране на географската дължина). В резултат Уистън направи една от първите карти на магнитно отклонение (беше карта на Южна Англия). В крайна сметка комисията присъди на Уистън почетно споменаване в размер на 500 британски лири за изработка на инструменти за измерване на магнитно склонение (1741 г.). Това беше безизходичен клон на изследване: както знаем сега, след векове на наблюдение,Магнитното поле на Земята се променя много динамично и магнитният наклон не може да посочи координатите на дадено място.
От 1732 г. постепенно се очертава абсолютен лидер в търсенето на методи за определяне на дължината - Джон Гарисън (1693–1776), лондонски часовникар. Харисън, механик самоук, разработи няколко пробивни нововъведения в младостта си. Той е избрал дърва за фугас (guaiac wood) за лагерите на часовника. Backout има висока твърдост и износоустойчивост, не реагира на влага, а също така излъчва естествена смазка, която за разлика от часовниковата смазка от 18-ти век, не променя свойствата в морския въздух (през 19-20 век, резервът се оказа отличен в лагери за витлата) … Благодарение на лагери от гръб, часовникът на Харисън все още работи. Гарисън създаде и първото биметално махало под формата на успоредни пръти от стомана и месинг. Коефициентът на топлинно разширение на тези материали се различава,така че когато температурата се повиши или падне, общата дължина не се променя. Биметалното махало може да се движи от умерените ширини към тропиците, без да променя честотата на трептенията, освен в резултат на промяна в гравитационното поле. Гарисън също разработи оригинален задействащ механизъм "скакалец" (Michal, Stanislav. Clock. От гномон до атомен часовник. Транс. От чешки RE Meltzer. М. 1983). Тези постижения през 1726 г. донесоха на младия часовникар покровителството на Дж. Греъм, който предаде опита му на него, даде му пари за работа и представи работата си на Комисията по дължина. Гарисън също разработи оригинален задействащ механизъм "скакалец" (Michal, Stanislav. Clock. От гномон до атомен часовник. Транс. От чешки RE Meltzer. М. 1983). Тези постижения през 1726 г. донесоха на младия часовникар покровителството на Дж. Греъм, който предаде опита му на него, даде му пари за работа и представи работата си на Комисията по дължина. Гарисън също разработи оригинален задействащ механизъм "скакалец" (Michal, Stanislav. Clock. От гномон до атомен часовник. Превод. От чешки RE Meltzer. М. 1983). Тези постижения през 1726 г. донесоха на младия часовникар покровителството на Дж. Греъм, който предаде опита му върху него, даде му пари за работа и представи работата си на Комисията по дължина.
Към 1735 г. Гарисън сглобява първия си морски хронометър, който нарича H1 (това е съвременната номенклатура, предложена от реставратора Рупърт Гулд през 20-те години). H1 беше показан в работилницата на Греъм, където беше разгледан от членове на комисията, Кралското общество и всички останали. Качеството на изработка, сглобяване и движение е толкова очевидно и високо, че през 1736 г. Гарисън и Н1 отиват на пробно пътуване до Лисабон на кораба "Центурион". Въпреки че H1 в началото се обърка, Гарисън бързо го върна на път, а на връщане от Лисабон, измерванията на Гарисън попречиха на Centurion да кацне върху скалите при нос Лизард (Корнуел, близо до островите Сили). След положителни доклади на капитана и навигаторите на Центуриона, Адмиралтейството поиска да бъде свикана Комисия по дължина и Харисън да бъде награден. Комисията се срещна за първи път от много години и издаде първата си награда в размер на £ 250 с формулировката „за по-нататъшна работа“(Howse, Дерек. Британски съвет на дълготата: финансите, 1714-1828 г. Огледалото на Mariner's, Vol. 84, № 4, ноември 1998 г.).
От този момент до 1760 г. Гарисън всъщност става единственият получател на безвъзмездна финансова помощ на комисията, който редовно се срещаше, за да инспектира новите му модели и му даваше пари за по-нататъшна работа, започвайки с втората субсидия през 1741 г. - 500 паунда наведнъж (в същото време на срещата Уилям Уистън също получи наградата). Оттогава Гарисън работи изключително върху хронометрите и отправя претенции към комисията, че е бил толкова зает с работата по безвъзмездните средства, че е лишен от възможността да изкарва прехраната и да издържа семейството си (Потвърдени протоколи от Съвета на дълготата. 4 юни 1746 г. Университетската библиотека в Кеймбридж. RGO 14 / пет). Може би това е било преувеличение, характерно за неговата епоха, тъй като в резултат на тази "сълза" Гарисън получи още една безвъзмездна помощ в размер на 500 паунда. Гарисън вероятно попълваше бюджета си,начислява такса за демонстрацията на своите изобретения - известно е, че Бенджамин Франклин, който често посещавал Лондон, платил 10 шилинга и 6 пенса (1 фунт = 20 шилинга = 240 пенса) за правото да разгледа хронометрите в работилницата на Харисън и бил доволен от изразходваната сума. Обществената слава на Харисън беше достатъчно голяма. В ерата след Нютон учените се радваха на вниманието и уважението на обществото, а разпространението на знанията беше значително улеснено от периодични издания, допълвани от кафенета, където информацията се предаваше от уста на уста, както в съвременните социални мрежи. През 1749 г. Харисън е награден с медала Копли, създаден от Кралското дружество през 1731 година.плати 10 шилинга и 6 пенса (1 фунт = 20 шилинга = 240 пенса) за правото да гледа хронометрите в работилницата на Харисън и беше доволен от изразходваната сума. Обществената слава на Харисън беше достатъчно голяма. В ерата след Нютон учените се радваха на вниманието и уважението на обществото, а разпространението на знанията беше значително улеснено от периодични издания, допълвани от кафенета, където информацията се предаваше от уста на уста, както в съвременните социални мрежи. През 1749 г. Харисън е удостоен с медала Копли, създаден от Кралското дружество през 1731 година.плати 10 шилинга и 6 пенса (1 фунт = 20 шилинга = 240 пенса) за правото да гледа хронометрите в работилницата на Харисън и беше доволен от изразходваната сума. Обществената слава на Харисън беше достатъчно голяма. В ерата след Нютон учените се радваха на вниманието и уважението на обществото, а разпространението на знанията беше значително улеснено от периодични издания, допълвани от кафенета, където информацията се предаваше от уста на уста, както в съвременните социални мрежи. През 1749 г. Харисън е награден с медала Копли, създаден от Кралското дружество през 1731 година. През 1749 г. Харисън е награден с медала Копли, създаден от Кралското дружество през 1731 година. През 1749 г. Харисън е награден с медала Копли, създаден от Кралското дружество през 1731 година.
Джон Гарисън.
За безвъзмездните средства, получени от комисията, Гарисън събра още три модела хронометри. H2 и H3 съдържаха нови иновативни решения. Най-важните от тях са първите композитни лагери с клетка и биметален пружинен балансьор, които компенсират температурните скокове. Леонардо да Винчи все още има схематична схема на лагера, но до H3 практическото им приложение е неизвестно. Но пробивът беше направен на четвъртия модел, H4. H4 беше направен във формата не на настолен часовник, а на джобен „лук“, и поради малкия си размер, той използваше диамант и рубин, а не лакери, но получи Remontuar (механизъм за навиване) и биметална лента за баланс от типа H3. H4 работи с пет вибрации в секунда - много по-бързо от всеки часовник от 18-ти век. Контролът на бавните вибрации беше много по-лесен от бързите,но Гарисън умишлено е настроил часовника да се колебае с честота, много по-висока от честотата на трептене на кораба, за да неутрализира вибрациите на корпуса и копаенето, и той не сбърка.
През 1761 г., веднага след края на военноморската заплаха от Франция по време на Седемгодишната война, H4 тръгва на пробно пътуване до Порт Роял в Ямайка със сина на Харисън Уилям, също майстор механик, на кораба Deptford. H3 остава в работилницата на Харисън. Грешката, натрупана за 81 дни, беше около пет секунди, което означаваше точност 1,25 минути - около 1 морски мили за тези географски ширини. На връщане Уилям точно прогнозира появата на Мадейра. Ентусиазираният капитан на Дептфорд пожела да получи такъв хронометър, а Гарисън, който по това време вече беше на 67 години, се появи пред комисията с искане да му издаде първата награда за изпълнение на изискванията на закона от 1714 година.
Комисията отказа да издаде награда, като се позова на факта, че дължината на Port Royal може да не се знае достатъчно точно, късметът може да е случаен, а хронометърът да е твърде скъп, за да бъде практичен, тоест да влезе в масово производство. Гарисън получи награда от 1500 паунда и обещание още 1000 лири, ако втори тест потвърди, че е бил прав. Гаризон изпадна в ярост и започна обществена кампания за натиск върху комисията. Нежеланието да плаща комисионна се дължеше не само на алчност и предпазливост, но и на надеждата, че алтернативен астрономически метод ще осигури решение на проблема по не толкова скъп начин.
Докато Гарисън работеше върху часовника, инструментите за наблюдение на небесни обекти се подобриха. През 1731 г. оксфордският професор по астрономия Джон Хадли (1682-1744), вицепрезидент на Кралското общество, представи на среща на обществото квадрант Хадли (по-късно наречен „октант“) - инструмент, основан на комбинацията на обект в козирка и друг предмет, отразен в огледало … Дъга от 45 градуса (една осма от окръжност, оттук и името "октант") с помощта на огледала позволява измерване на ъгли два пъти по-големи, до 90 градуса. Октантът фиксира ъгъла независимо от движението на наблюдателя и спестява резултата от наблюдението дори след неговото прекратяване.
Е. Хали участва в морските изпитания на октанта Хадли, който след Фламстед пое ръководител на обсерваторията в Гринуич. Хали по някаква причина не си спомни, че подобен отразяващ инструмент е описан в писмо до него от Исак Нютон около 1698 г. - тези документи са намерени в архивите на Халей много години по-късно, заедно с ярко описание на това как една висока научна комисия на борда на кораба се бори с морска болест вместо наблюдения.
Джон Хадли с октант в ръка.
Независимо от Хадли, подобен инструмент е създаден от американеца Томас Годфри (1704-1749). Впоследствие инструментът на Хадли, с незначителни модификации, се превърна в "октант", от който се развили секстанта (с мащаб 60 ° и ъгъл на измерване 120 °). Въпреки цялата практическа важност на инструмента, Хадли и Годфри не получиха награди, но подобрените инструменти позволиха да се намери алтернатива на часовниците.
През 1750-те години немският астроном Тобиас Майер (1723-1762), професор в Гьотингенския университет, занимаващ се с картография на Германия, с помощта на Леонард Ойлер (1707-1783), по това време професор в Берлинския университет, създава особено точни таблици за положението на Луната. Ойлер предложи теория за движението на Луната, Майер състави лунни таблици въз основа на тази теория и наблюдения, използвайки специален инструмент с 360 ° изглед. След като научил за наградата, в началото Майер не посмял да предаде таблиците си на комисията, мислейки, че чужденецът ще бъде отказан незабавно, но в крайна сметка прибягва до покровителството на английския крал и хановерския избраник Джордж II и в резултат на това неговите маси се озовават в Лондон. През 1761 г. бъдещият ръководител на обсерваторията в Гринуич Невил Маскелин (1732-1811 г.), който пътува до Света Елена, за да наблюдава преминаването на Венера пред слънчевия диск, т.е.проведе тестове на метода на „лунните разстояния“съгласно таблиците на Майер с октанта Хадли и получи стабилен резултат с точност от една и половина градуса.
Контролно пътуване през Атлантическия океан от Лондон до Бриджтаун в Барбадос е планирано за 1763 година. В Барбадос Maskeline трябваше да изчисли референтната дължина от луните на Юпитер от твърда земя. H4, таблиците на Майер и „морския стол“на Кристофър Ъруин върху стабилизиращо триосно окачване за наблюдение на спътниците на Юпитер. Столът, който неговият разработчик активно рекламираше през лондонската преса, се оказа безполезен, а хронометърът и „лунните маси“на Харисън гарантираха точност до половин градус. В окончателния доклад точността на хронометъра Н4 е била 9,8 морски мили (15 км), или 40 секунди дължина, методът на лунното разстояние, извършен от Маскелин и неговия асистент Чарлз Грийн - около половин градус.
През 1765 г. комисията се събира за среща, на която тя решава да даде на вдовицата на Майер награда от 5000 паунда за масите на покойния й съпруг, Ойлер - 300 паунда, а на Харисън - 10 хиляди паунда за успех и още 10 хиляди, когато е изпълнено условието за „практичност“, т.е. цената на хронометъра ще бъде намалена, а технологията му за производство ще бъде описана, така че другите часовници да могат да го възпроизведат. Парламентът, който одобри решенията на комисията, намали възнаграждението за „лунните маси“на 3000 паунда и приспадна 2500 паунда безвъзмездни средства, вече получени от наградата на Харисън.
Гарисън смяташе, че е лишен от наградата за интригите на Маскелейн, който почти едновременно със заседанието на комисията стана новият астроном кралски и ръководител на обсерваторията в Гринуич (това беше съвпадение, тъй като предишният астроном крал умря внезапно). На тази длъжност Маскелейн стана член на комисията и ръководител на подкомитета по приемането от страна на държавата на хронометровата технология. Модели на часовници с рисунки и обяснения на Харисън бяха прехвърлени в Гринуич, където бяха тествани от Маскелейн и представители на Адмиралтейството за още 10 месеца. Въз основа на резултатите от тестовете Maskelein изрази съмнения, че хронометърът дава стабилни резултати и може да се използва в производствената версия без паралелно използване на „лунните таблици“.
Самият Маскелин по това време с екип от астрономи от Гринуич подготвяше за публикуване първия „Морски алманах“, който съдържа обобщени таблици за позициите на Слънцето, Луната, планетите и „навигационните звезди“за дадена дължина и ширина и съответните стойности на времето при нула меридиан за всеки ден от годината. Първото издание на Алманаха е публикувано през 1767г.
Първият хронометър, създаден през 1735г.
Гарисън, който беше убеден, че Маскелен умишлено удави изобретението си, за да даде предимство на астрономическите методи, тръгна да търси справедливост с младия крал Джордж III. Монархът, получил добро научно образование, взе хронометъра Н5 за тестване за себе си и лично го навиваше ежедневно в продължение на шест месеца. В резултат на тези тестове Джордж III предложи Гарисън да влезе с петиция директно в парламента, заобикаляйки Комисията по дължина и да поиска първата си награда, а ако парламентът откаже, тогава той, кралят, лично тържествено ще се яви в парламента и ще поиска същото от престола. Парламентът се съпротивлява още няколко години и в резултат през 1773 г. Харисън издава последната награда от 8 750 паунда (след приспадане на разходите и разходите на материали).
Дейностите на Комисията по дължина доведоха до:
Комисията по дължина работи до 1828 г., съчетавайки функциите на безвъзмездна организация и изследователски център, и издаде редица други награди и безвъзмездни средства, включително награда от 5000 паунда на полярния изследовател У. Пари, който достигна 82,45 ° северна ширина в полярна Канада в началото на 19 век.
Обобщавайки това кратко есе, трябва още веднъж да обърнем внимание на факта, че решението на проблема с дължината не е постигнато чрез един или дори няколко пробива, той е създаден дълъг, упорит, от голям брой стъпки, всеки от които е значително постижение в своята област. Дори след хронометъра на Харисън и метода на Майер-Ойлер преминаха от експерименти към навигационна практика, навигационните и картографските методи продължиха да се подобряват.
Водещата роля на науката във Великобритания в решаването на навигационните проблеми не само й помогна да спечели и поддържа статута на "владетел на моретата" (ранният националистически поход "Владее Британия, край моретата" беше сложен през 1740-1745 г.), но и да установи Гринуич като главен меридиан, в първия завой от качествени морски алманаси от Маскелейн и неговите последователи. Международната конференция за меридиан от 1884 г. във Вашингтон прие меридиана Гринуич като нула, което бележи началото на създаването на универсалната стандартна времева система. Преди тази дата, несъответствието с местното време на различни страни и дори градове беше такова, че създаде сериозни проблеми, например, за железопътните разписания. Последната страна, която премина на координати според Гринуич, беше Франция (1911 г.) и унифицирането на отброяването на времето не е приключило и до днес,което е добре известно на народа на Русия от променящата се политика на лятното време.
Британските хронометри също се считаха за стандарт за качество сред моряците от всички страни поне до средата на 19 век. Но въпреки че преброяването на дължините от хронометъра беше по-бързо и по-точно, отколкото броенето по „лунните разстояния“, морските алманаси държаха своите позиции през целия 19 век. Хронометрите далеч не са били на всички кораби в средата на 19 век поради високата им цена. Освен това моряците много бързо разбраха, че на кораба трябва да има поне три хронометра, за да могат да бъдат открити и отстранени грешки в техните показания. Ако два от трите хронометра показват едно и също време, става ясно, че третият греши и колко греши (това е първият известен пример за тройно модулно съкращение). Но дори и в този случай показанията на хронометъра се проверяват спрямо астрономическите данни. „… Преподобният Степан Илич прибързано довършва третата си чаша,довършва втората дебела цигара и се качва горе със секстант, за да вземе височините на слънцето, за да определи дължината на мястото - така К. Станюкович описа работата на морски навигатор в началото на 1860-те, въпреки факта, че корабът е оборудван с няколко хронометра.
До началото на 20 век хронометрите достигат точност от 0,1 секунди на ден, благодарение на откритията в металургията и материалознанието. През 1896 г. Чарлз Гийом създава желязо-никелови сплави с минимални коефициенти на термично разширение (инвар) и термоеластичност (елинвар), които се съчетават, за да се компенсират взаимно по двойки. Така се появи висококачествен материал за пролетта и колелото за балансирано колело (през 1920 г. Гийом получи Нобеловата награда по физика за тези произведения). Съвременните аналози на Invar и Elinvar също включват берилий.
С изобретяването на радиото наземните радиостанции започват да предават координатите си. До началото на Първата световна война необходимостта от метод на лунното разстояние изчезна, а часовата хронология стана допълнителен метод за контрол. В същото време беше открит нов, по-качествен хармоничен осцилатор от махалото или пружинния балансиращ механизъм. През 1880 г. Пиер и Жак Кюри откриват пиезоелектрическите свойства на кварца, а през 1921 г. Уолтър Кади разработва първия кварцов резонатор. Така се появи технологичната основа за създаването на кварцови часовници, които първоначално са били използвани като източници на точни времеви сигнали, а от 60-те години на миналия век се превръщат в масови инструменти. Морските хронометри започнаха да се заменят с електронни часовници.
С началото на космическата епоха навигацията предприе следващата стъпка. Интересно е, че основната схема на сателитната навигация по принцип не се различава от предложението на Уистън за поставяне на неподвижни кораби в морето, според сигналите на които навигаторите ще определят координатите им - това са спътници, които излъчват своите координати и универсално време за сигнализиране на приемници на Земята. Технологиите на 20 век позволяват реализирането на плановете на 18 век на ново ниво. От 1972 до 1990 г. е създадено орбитално съзвездие от GPS навигационни спътници, което през 1992 г. е отворено за гражданска употреба. От 2011 г. съветско-руският GLONASS достигна проектантския си капацитет и се подготвят още две системи за пускане, европейската (Galileo) и китайската (Beidou). Крайната точност на тези системи се измерва в метри. Сателитите се използват и в няколко съвременни геодезически системи, най-голямата от които - френският DORIS, има сантиметрова точност. Смартфоните от 2010 г. започнаха да включват прости навигационни системи, свързани със спътници с точност от 8 до 32 метра и функция за автоматична синхронизация на времето, използвайки сигнали от клетъчни оператори и интернет ресурси с „атомно време“.
Въпреки това изчисляването на координатите „по протежение на Луната“едва през XX век започва да се изключва от програмите за обучение на моряци, а морските алманахи все още се публикуват. Това е много подходяща предпазна мрежа. Ако електротехник се откаже на кораб, морякът не трябва да губи навигационните си средства. Но дори и да не знае как да се справи с секстанта и алманаха, морякът (и всеки, който е приключил да чете тази статия), ще може да определи координатите му с точност на част от градуса, използвайки ръчен часовник и сянка от всеки вертикален обект. Технологичният прогрес от последните векове направи възможно носенето на ръката, ако не и хронометър, то доста близка прилика с нея.
Автор: Юрий Амосов
