V noci z 22. na 23. září 1707 seděla britská eskadra pod velením Zadního admirála Claudsey Shovell, která se vracela z divadla války Válečné španělské posloupnosti, pod plnou plachtou na útesech u ostrovů Scilly, jihozápadně od pobřeží Cornwallu, těsně nad 24 hodin před návratem domů. Ostrovy Scilly jsou součástí starodávného kornubianského masolitu, žulového masivu způsobeného erupcí poruch karbonského a permského období, takže hloubka blízko jejich břehů velmi prudce klesá a kromě toho jsou první zemí na cestě té větve toku Perského zálivu, která jde do anglického kanálu. Scilly je velmi nebezpečná a zrádná oblast, kde lodě pravidelně umíraly, ale měřítko ztroskotání lodi v roce 1707 bylo extrémně velké.
Na útesy západního útesu Scilly, sotva viditelných nad vodou, se sneslo pět lodí linie a jedna hasičská loď. Tři lodě se potopily, včetně vlajkové lodi Asociace eskadry, která se za tři minuty potopila s osádkou 800. Sám admirál Shovell se utopil. Celkový počet obětí katastrofy se pohyboval od 1200 do 2000 lidí. Možná by bylo méně obětí, kdyby námořníci věděli, jak plavat, ale tato dovednost byla v 18. století vzácná. Pověrčiví námořníci věřili, že schopnost plavat znamená ztroskotání.
Následně legendy obvinily admirála aristokratickou aroganci za katastrofu, která údajně nařídila pověsit námořníka, rodáka z těchto míst, na jachtu, který ho informoval o nebezpečí, takže by bylo odrazující zpochybňovat autoritu svých nadřízených. Realita byla mnohem nepříjemnější: až do poslední chvíle nikdo v letce neměl tušení, že lodě nebyly tam, kde měly. Admirál Shovell, který absolvoval všechny fáze námořní služby, poctil námořníka 35letou zkušeností a jeho navigátoři vypočítali svou délku kvůli špatnému počasí a byli si jisti, že jsou dále na východ, v přepravní oblasti kanálu La Manche. Rovněž byly shrnuty mapy, na nichž byly ostrovy Scilly ve vzdálenosti asi 15 kilometrů od jejich skutečné polohy, což bylo známo o několik desetiletí později, již v polovině 18. století.
Ztroskotání letky Claudisly Shovell v roce 1707. Rytina neznámého umělce Národní námořní muzeum.
V době katastrofy Scilly byla potřeba přesných metod určování délky uznána již více než století. Éra geografických objevů ostře ukázala zpoždění kartografických metod z potřeb praxe. Španělští Habsburkové nabízejí ceny za řešení „problému zeměpisné délky“od roku 1567, Holandska od roku 1600 a Francouzská akademie věd takovou úlohu získala, když byla vytvořena. Odměny byly velmi štědré - v roce 1598 slíbil španělský Filip III. 6 000 dukátů najednou za úspěšnou metodu stanovení délky, 2 000 dukátů za celoživotní roční důchod a 1 000 dukátů za výdaje. Dukát („dogeova mince“), rovný 3,5 gramům zlata, byl mezinárodní peněžní ekvivalent, původem z Benátek; Habsburkové ražili své dukáty stejné váhy. Během tohoto období byl celkový objem benátského mezinárodního obchodu odhadován na přibližně dva miliony dukátů ročně,a 15 tisíc dukátů stálo výstavbu bojové kuchyně.
Jaký byl „problém délky“? Je obtížné, ale ne nemožné, určit šířku lodi na volném moři na nejbližší úhlovou minutu. Zeměpisná šířka je zlomek vzdálenosti od rovníku k pólu, a proto je tato hodnota absolutní. Úhel mezi zemskou osou a pozicí lodi lze určit jak ze slunce, tak ze známých hvězd pomocí astrolabe nebo sextantu. Zeměpisná délka se měří od určitého poledníku, a proto je podmíněna: všechny body na planetě vzhledem k nebeské kouli jsou stejné, každý bod lze považovat za nulu. Poblíž pobřeží lze polohu určit podle orientačních bodů viditelných z lodi - pohoří, řek, věží, které byly na mapách za tímto účelem označeny již od doby prvních portantánů. Ptáci a rostliny mohou také naznačovat blízkost k zemi. Ale v neznámých vodáchv otevřeném oceánu nebo za špatného počasí se vypočítal úkol určení délky. Mnoho oceánských tras, které nebyly opatrné, nebylo položeno v přímé linii od přístavu k přístavu, ale podél pobřeží kontinentu do zeměpisných šířek, které byly zjevně prosté nebezpečných útesů a ostrovů a odtud podél geografické rovnoběžky s protilehlým pobřežím. Soukromí a piráti často čekali na své oběti v těchto „splavných“zeměpisných šířkách (Dunn, Richard, Higgit, Rebeccah. Hledání zeměpisné délky. Jak lodě, hodiny a hvězdy pomohly vyřešit problém zeměpisné délky. Collins, 2014). Soukromí a piráti často čekali na své oběti v těchto „splavných“zeměpisných šířkách (Dunn, Richard, Higgit, Rebeccah. Hledání zeměpisné délky. Jak lodě, hodiny a hvězdy pomohly vyřešit problém zeměpisné délky. Collins, 2014). Soukromí a piráti často čekali na své oběti v těchto „splavných“zeměpisných šířkách (Dunn, Richard, Higgit, Rebeccah. Hledání zeměpisné délky. Jak lodě, hodiny a hvězdy pomohly vyřešit problém zeměpisné délky. Collins, 2014).
Způsob zúčtování, který používali všichni námořníci této doby, byl založen na měření rychlosti lodi a doby jejího pohybu podél určitého rumu kompasu. Rychlost byla určena zpožděním - provaz s uzly, který byl hoden přes palubu; pozorovatelé spočítali počet uzlů, které se plavily kolem, a měřili čas počítáním nebo recitováním standardní modlitby „Náš otec“nebo „Theotokos“. Proto se rychlost „námořní míle za hodinu“nazývala „uzel“. Námořní míle sama o sobě je měřítkem zeměpisné šířky - je to jedna oblouková minuta poledníku. Výsledný vektor byl vynesen z bodu, kde se pohyb začal, s přihlédnutím k laterálnímu posunu větru a proudů - tímto způsobem byla získána aktuální souřadnice. Tato metoda měla velkou chybu, která se hromadila čím více, čím déle byla loď na otevřeném moři. Přesnost 50 kilometrů v transoceanské cestě pro tuto metodu je již velkým úspěchem, chyby 100–150 kilometrů nebyly neobvyklé ani pro zkušené navigátory.
Aktuální délka se dá přesně spočítat, pokud znáte místní čas a aktuální astronomický čas v hlavním poledníku (od roku 1960 se používá pojem „univerzální čas“- UTC). Aktuální čas je zaznamenáván Sluncem na astronomické nebo pravdivé poledne (ve chvíli, kdy je slunce nejvyšší). Astronomické poledne je obtížné přesně určit, kdy k němu dojde, a v praxi je častěji definován jako střed časového rozpětí mezi polohami slunce ve stejné výšce ráno a odpoledne. Protože je 1440 minut denně a 21 600 obloukových minut v plném kruhu, 1 oblouková minuta odpovídá 4 sekundám času. Přepočítáním rozdílu mezi místním časem a časem v hlavním poledníku ve stupních získáte posun v zeměpisné délce. Ale jak zjistit čas v hlavním poledníku?
Propagační video:
Na nebeské sféře nejsou pevně stanoveny žádné orientační body, ale existují periodické. Zatmění Slunce a Měsíce jsou nejpohodlnějšími orientačními body, ale díky své vzácnosti jsou v periodické navigaci nepoužitelné, byly použity k měření hlavně délky bodů na souši. Například došlo k mapování španělského Nového světa: všichni místní koloniální administrátoři obdrželi od Madridu předem stejné sluneční hodiny a byli instruováni, aby změřili přesnou polohu stínů gnomonu v den zatmění. Shromážděné souřadnice byly přeneseny do Madridu, kde byly zpracovány. Přesnost těchto společných měření nebyla vysoká, někteří pozorovatelé se dopustili chyb 2–5 stupňů délky.
Zatmění Jupiterových měsíců je mnohem běžnější. Galileo, který je otevřel a velmi rychle si uvědomil, že před ním jsou přirozené nebeské hodiny, dokonce vyvinul pro tento účel celaton - držák pro připevnění dalekohledu k hlavě pozorovatele. Ale všechny pokusy je vidět z lodi, i za jasného počasí, byly neúspěšné. Ale tato metoda byla úspěšně použita na souši. To bylo používáno Giovanni Cassini a Jean Picard mapovat Francii v 1670s. V důsledku rafinovaného průzkumu se francouzské území zmenšilo na nových mapách natolik, že za krále Slunce se říká: „Astronomové ode mě odebrali více půdy, než všichni nepřátelé dohromady.“
Začátkem 16. století byly učiněny pokusy vypočítat nebo pečlivě popsat relativní polohy Měsíce, Slunce a klíčových navigačních hvězd. Tato metoda „lunárních vzdáleností“předpokládala stanovení úhlu mezi Měsícem a jinými nebeskými tělesy v takzvaném „mořském soumraku“(před úsvitem a bezprostředně po západu slunce, kdy jsou současně vidět hvězdy i horizont). Na začátku 18. století však byla přesnost této metody stále příliš nízká, s chybou 2–3 ° délky. Se snahou zlepšit výpočet měsíční oběžné dráhy, aby se korigovaly tabulky pro navigátory, je spojena formulace „problému tří těl“(Slunce, Země a Měsíc), která, jak ukázal G. Bruns a A. Poincaré na konci 19. století, nemá analytické řešení v obecný pohled.
Pozorování napříč tyčemi se používají ke stanovení lunárních vzdáleností a měření výšek.
Nakonec se můžete jen podívat na univerzální čas synchronizovaný s hodinami. Za tímto účelem však hodinky nesmí ztratit svou přesnost za podmínek kolísání, změn v gravitačních a magnetických polích Země, vysoké vlhkosti a teplotních skoků. Dokonce i na stacionární zemi byl tento úkol obtížný a nejlepší mysl 17. století vyvinula značné úsilí k vytvoření kvalitních hodinek.
Začátkem 18. století se objevily stacionární věže s kyvadly, které se mýlily asi 15 sekund denně. Jejich vývoj byl možný díky výzkumu Galileo Galilei, který zjistil, že oscilace kyvadla jsou v čase konstantní (1601). V 1637, téměř slepý Galileo vyvinul první útěk (zařízení pro kyvné kyvadlo), a v 1640s jeho syn pokusil se vytvořit hodiny s kyvadlem z náčrtků jeho otce, ale k ničemu.
První proveditelné a prozatím velmi přesné kyvadlové hodiny vytvořil v roce 1656 Christian Huygens, který možná věděl o experimentech Galileo Jr. od svého otce, nizozemského politika, který se účastnil jednání s Galileo Jr. (Gindikin S. G. Mathematical and mechanické problémy v Huygensových pracích na kyvadlových hodinách (Priroda, č. 12, 1979). Huygens, na druhé straně, byl první, kdo popsal a zdůvodnil izochronní křivku, po které se kyvadlo bude pohybovat konstantní rychlostí, a na základě toho přidal k hodinám ovladač kyvadla. Huygens dal schématický diagram a matematické zdůvodnění hodin s kyvadlem ve svém pojednání z roku 1673 „Horologium Oscillatorium: sive de motu pendulorum ad horologia aptato demostrationes geometricae“(lat. „Kyvadlové hodiny nebo Geometrické demonstrace pohybu kyvadla pro hodinové práce“). Po nějaké době se v designu hodin objeví kotevní vidlička, jejímž účelem je omezit kmitání kyvadla na malý úhel, protože ve velkých úhlech zmizí izochronní vlastnost rovného kyvadla. Vytvoření příhradové vidlice bylo často přičítáno Robertovi Hookovi nebo hodináři George Grahamovi, ale nyní má prioritu astronom a hodinář Richard Townley, který vytvořil první příhradové hodinky v roce 1676.
Christian Huygens.
Současně došlo k průlomu ve vytváření jarních hodin. Hookeovy slavné studie pramenů byly zaměřeny právě na zlepšení hnutí hodinek. Pružina se používá v balancerech, které kontrolují přesnost hodinek bez kyvadla; a to je věřil, že první balancer byl vyroben Hooke kolem 1657. V 1670s, Huygens produkoval moderní typ vyvažovače pružiny vinutí, který umožnil vytvoření kapesních hodinek (Headrick, Michael. Původ a vývoj Anchor Clock Escapement. Řídicí systémy časopis, Inst. Of Electrical and Electronic Engineers. 22 (2), 2002).
Na konci 18. století se dříve vyráběné mechanické hodiny začaly masivně zásobovat kyvadly. Kyvadlo poskytovalo přesnost mnohem vyšší než u jarních hodin, ale mohlo fungovat pouze na rovném povrchu a uvnitř. Kyvadlo nebylo vhodné pro dlouhé cesty, protože vlhkost a teplota ovlivňují jeho délku a role srazí frekvenci jeho kmitání. To se ukázalo hned v prvních pokusech na moři v 60. letech 20. století. A i za ideálních podmínek by měl pohyb hodin vzít v úvahu, že frekvence kmitání kyvadla konstantní délky se při přibližování k rovníku snižuje - tento jev objevil francouzský astronom Jean Richet, Cassiniho asistent, v roce 1673 v Guyaně.
Právě tento komplex problémů vedl k tomu, že v roce 1714 vydal britský parlament zákon o vlastních cenách za objev metod pro určování délky. Na doporučení Isaaca Newtona a Edmunda Halleyho Parlament udělil odměnu 10 000 GBP za 1 stupeň přesnosti, 15 000 GBP za 40 obloukových minut a 20 000 liber za 30 obloukových minut. Pro určení výherců zřídil parlament Komisi pro určování zeměpisné délky na moři, nebo, jak je často zkrácena, Komise pro zeměpisnou délku.
Počáteční roky britského programu nebyly nijak zvlášť úspěšné. Velikost první ceny vytvořila senzaci ve společnosti a hlavní obsazení uchazečů o cenu zahrnovalo podvodníky a projektory, z nichž někteří se během rozmachu jižních moří v roce 1720 odlišili. Pouze několik projektů pocházelo od zkušených vědců, mechaniků a techniků a podporovalo porozumění problémům a jejich řešení. Zákon neformalizoval postup práce komise a postup udělování ceny a žadatelé obléhali členy komise jeden po druhém podle jejich spojení - někteří z lordů admirality, někteří z astronomů Royal a první vedoucí Greenwichské observatoře, John Flamsteed nebo Newton. Členové komise buď uchazeče odradili, nebo podrobně přezkoumali svou práci s doporučeními na zlepšení a změnu směru vyhledávání, ale v prvních desetiletích nikomu neponúkali žádná ocenění azjevně se na schůzce ani nesetkal.
Úkol vypadal tak nepolapitelně, že hledači zeměpisné délky se stali předmětem výsměchu. Jonathan Swift zmínil o „zeměpisné délce“spolu s „věčným pohybem“a „všelékem“v Gulliver's Travels (1730) a William Hogarth vylíčil v grafickém románu „Rake's Way“(1732) šílence, který kreslí na zdi v slavném londýnském domě Bedlam. šílené projekty zaměřené na průzkum zeměpisné délky. Někteří vědci se domnívají, že politik a satirista John Arbuthnot napsal celou knihu „The Longitude Examin'd“(pozdní 1714), kde údajně vážně popsal projekt „vakuového chronometru“jménem určitého „Jeremyho Tuckera“(Rogers, Pat „Délka kované. Jak se v Dava Sobel a dalších historikech zmocnilo hoax osmnáctého století. The Literary Supplement. 12. listopadu 2008). Je zajímavé, že i když je tato kniha satira,Ona nejen ukazuje hluboké znalosti mechaniky a hodinářství, ale také razil termín "chronometr" poprvé v historii.
Nejslavnějším „hledačem délky“raného období byl nicméně poměrně vážný vědec - William Whiston (1667–1752), mladší současník, kolega a popularizátor Newtonu. On nahradil Newtona jako předseda Lucas křesla v Cambridge, ztratil to kvůli skutečnosti, že on začal otevřeně bránit náboženské názory blízko k Arianism (který Newton, blízký jemu v názorech, rozumně neudělal), a protože stejný “hereze “nebyl přijat do Královské společnosti. Po jeho vyloučení z Cambridge, Whiston přešel k popularizaci vědy, přednášel v Londýně veřejné přednášky o nejnovějších vědeckých pokrokech. Podnět k přijetí zákona o zeměpisné délce byl jeho zpráva z počátku roku 1714 (spoluautor s Humphreyem Dittonem).
Dlouhé vlasy-šílenec. Detail obrazu Hogarth ze série Mota Career.
Když byla cena vyhlášena, Whiston začal aktivně vyvíjet metody pro určování délky. Ve své činnosti využíval nové dostupné kanály hromadné komunikace, které měl k dispozici, k masové veřejné podpoře, konkrétně inzeroval v novinách, zveřejňoval plakáty a hovořil v kavárnách, které byly v té době diskusními kluby a veřejnými zasedacími místnostmi. Sociální sítě a online média mohou sloužit jako hrubá analogie pro začátek 21. století. Whistonův společenský vliv byl tak velký, že byl poctěn osobním satirem od Martinuse Scribleruse (kolektivní satirický projekt A. Pope, J. Swift a J. Arbuthnot; v ruské literatuře je jeho blízkým analogem Kozma Prutkov). Jeden z Whistonových projektů popsal loděkotvící na otevřeném moři v místech se známými souřadnicemi a pravidelně střílícími signální světlice do vzduchu - to je projekt, který šílenec na obrázku Hogartha přitáhl na zeď.
Whiston považoval nejslibnější stanovení délky pomocí magnetické deklinace (tato metoda byla zjevně poprvé navržena Edmundem Halleym). Na tomto základě se Whiston střetl s Newtonem, prostřednictvím kterého předkládal své projekty a který pravidelně požadoval, aby se místo magnetického výzkumu angažoval v astronomickém výzkumu (Pro tyto a další Newtonovy recenze projektů v zeměpisné délce viz: Cambridge University Library, Katedra rukopisů a archivů univerzity. MS Add.3972 Příspěvky o hledání zeměpisné délky na moři). Výsledkem bylo, že Whiston vytvořil jednu z prvních magnetických map deklinace (byla to mapa jižní Anglie). Nakonec komise udělila Whistonu čestné uznání 500 liber za výrobu nástrojů pro měření magnetické deklinace (1741). To byl slepý obor výzkumu: jak víme nyní, po staletí pozorování,Magnetické pole Země se mění velmi dynamicky a magnetická deklinace nemůže ukazovat souřadnice místa.
Od roku 1732 se při hledání metod pro určování zeměpisné délky postupně objevil absolutní vůdce - londýnský hodinář John Garrison (1693–1776). Harrison, samouk mechanik, vyvinul v mládí několik průlomových inovací. Pro ložiska hodinek vybral pekařské dřevo (guajakové dřevo). Výplň má vysokou tvrdost a odolnost proti opotřebení, nereaguje na vlhkost a zároveň vydává přírodní mazivo, které na rozdíl od maziva hodinek z 18. století nemění své vlastnosti v mořském vzduchu (v 19.-20. Století se zátka ukázala jako vynikající v ložiskách pro vrtule) … Díky ložiskům z backoutu Harrisonovy hodinky stále běží. Garrison také vytvořil první bimetalické kyvadlo ve formě rovnoběžných tyčí z oceli a mosazi. Součinitel tepelné roztažnosti těchto materiálů se liší,takže když teplota stoupá nebo klesá, celková délka se nemění. Bimetalové kyvadlo se mohlo pohybovat z mírných zeměpisných šířek do tropů, aniž by změnilo kmitočet kmitání, kromě změny gravitačního pole. Garrison také vyvinul originální spouštěcí mechanismus „kobylky“(Michal, Stanislav. Hodiny. Od gnomonu k atomovým hodinám. Transl. Od Czech RE Melzer. M. 1983). Tyto úspěchy v roce 1726 přinesly mladému hodináři záštitu nad J. Grahamem, který mu předal své zkušenosti, dal mu peníze za práci a svou práci předal komisi Longitude. Garrison také vyvinul originální spouštěcí mechanismus „kobylky“(Michal, Stanislav. Hodiny. Od gnomonu k atomovým hodinám. Transl. Od Czech RE Melzer. M. 1983). Tyto úspěchy v roce 1726 přinesly mladému hodináři záštitu nad J. Grahamem, který mu předal své zkušenosti, dal mu peníze za práci a svou práci předal komisi Longitude. Garrison také vyvinul originální spouštěcí mechanismus „kobylky“(Michal, Stanislav. Hodiny. Od gnomonu k atomovým hodinám. Transl. Od Czech RE Melzer. M. 1983). Tyto úspěchy v roce 1726 přinesly mladému hodináři záštitu nad J. Grahamem, který mu předal své zkušenosti, dal mu peníze za práci a svou práci předal komisi Longitude.
1735, Garrison sestavil jeho první námořní chronometr, který on volal H1 (moderní nomenklatura navrhovaná restaurátorem Rupert Gould ve dvacátých létech). H1 byl vystaven v Grahamově dílně, kde byl zkoumán členy komise, Královské společnosti a všech ostatních. Kvalita zpracování, montáže a pohybu byla tak zřejmá a vysoká, že v roce 1736 šli Harrison a H1 na zkušební plavbu do Lisabonu na lodi „Centurion“. Přestože H1 zpočátku špatně dopadla, Garrison to rychle dostal zpět na trať a na cestě zpět z Lisabonu Garrisonova měření zabránila Centurionovi přistát na útesech na mysu Lizard (Cornwell, poblíž ostrovů Scilly). Po pozitivních zprávách od kapitána a navigátorů Centurionu admirál požadoval svolání komise pro délku a cenu Harrisonovi. Komise se poprvé setkala za mnoho let a vydala svou vůbec první cenu ve výši 250 GBP se zněním „za další práci“(Howse, Derek. Britská rada pro délku: finance, 1714–1828. Námořnické zrcadlo, svazek 84, Č. 4, listopad 1998).
Od té chvíle do roku 1760 se Harrison stal ve skutečnosti jediným příjemcem grantu komise, který se pravidelně setkal, aby si prohlédl své nové modely a dal mu peníze na další práci, počínaje druhým grantem v roce 1741 - 500 liber najednou (na stejnou dobu) cenu získal také William Whiston). Od té doby pracoval Garrison výhradně na chronometrech a vznesl nároky na komisi, že byl tak zaneprázdněn prací na grantech, že byl zbaven možnosti vydělávat si na živobytí a podporovat svou rodinu (potvrzené zápisy z rady longitude. 4. června 1746. Cambridge University Library. RGO 14 /Pět). Možná to byla přehnaná charakteristika jeho éry, protože v důsledku této „slzy“získal Garrison další grant ve výši 500 liber. Garrison pravděpodobně doplňoval svůj rozpočet,poplatek za demonstraci jeho vynálezů - je známo, že Benjamin Franklin, který často navštěvoval Londýn, zaplatil 10 šilinků a 6 pencí (1 libra = 20 šilinků = 240 pencí) za právo podívat se na chronometry v Harrisonově dílně a byl potěšen vynaloženou částkou. Harrisonova veřejná sláva byla dost velká. V post-newtonské éře se vědci těšili pozornosti a úctě ke společnosti a šíření znalostí bylo značně usnadněno časopisy doplněnými kavárnami, kde byly informace předávány ústně, jako v moderních sociálních sítích. V roce 1749 byla Harrisonovi udělena Copleyova medaile, založená královskou společností v roce 1731.zaplatil 10 šilinků a 6 pencí (1 libra = 20 šilinků = 240 pencí) za právo sledovat chronometry v Harrisonově dílně a byl potěšen vynaloženou částkou. Harrisonova veřejná sláva byla dost velká. V post-newtonské éře se vědci těšili pozornosti a úctě ke společnosti a šíření znalostí bylo značně usnadněno časopisy doplněnými kavárnami, kde byly informace předávány ústně, jako v moderních sociálních sítích. V roce 1749 byla Harrisonovi udělena Copleyova medaile, založená královskou společností v roce 1731.zaplatil 10 šilinků a 6 pencí (1 libra = 20 šilinků = 240 pencí) za právo sledovat chronometry v Harrisonově dílně a byl potěšen vynaloženou částkou. Harrisonova veřejná sláva byla dost velká. V post-newtonské éře se vědci těšili pozornosti a úctě ke společnosti a šíření znalostí bylo značně usnadněno časopisy doplněnými kavárnami, kde byly informace předávány ústně, jako v moderních sociálních sítích. V roce 1749 byla Harrisonovi udělena Copleyova medaile, založená královskou společností v roce 1731. V roce 1749 byla Harrisonovi udělena Copleyova medaile, založená královskou společností v roce 1731. V roce 1749 byla Harrisonovi udělena Copleyova medaile, založená královskou společností v roce 1731.
John Garrison.
Za granty obdržené od komise Garrison shromáždil další tři modely chronometrů. H2 a H3 obsahovaly nová inovativní řešení. Nejdůležitější z nich jsou první složená ložiska s klecí a bimetalickým pružinovým vyvažovačem, který vyrovnává teplotní nárůsty. Leonardo da Vinci má stále schematický diagram ložiska, ale až do H3 není jejich praktické použití neznámé. Ale průlom byl proveden na čtvrtém modelu, H4. H4 byl vyroben ve formě ne stolních hodin, ale kapesní „cibule“, a díky své malé velikosti používal spíše diamantová a rubínová ložiska než bacout, ale obdržel remontuar (navíjecí mechanismus) a bimetalickou vyvažovací tyč typu H3. H4 běžel rychlostí pěti vibrací za sekundu - mnohem rychlejší než jakékoli hodinky z 18. století. Ovládání pomalých vibrací bylo mnohem snazší než rychlé,ale Garrison úmyslně nastavil hodiny na kmitání na frekvenci mnohem vyšší, než je kmitočet lodi, aby neutralizoval vibrace trupu a výšky, a nemýlil se.
V roce 1761, bezprostředně po ukončení námořní hrozby z Francie během sedmileté války, se H4 vydal na zkušební plavbu do Port Royal na Jamajce s Harrisisonovým synem Williamem, také mistrovským mechanikem, na lodi Deptford, H3 zůstal v Harrisonově dílně. Chyba nashromážděná během 81 dnů byla asi pět sekund, což znamenalo přesnost 1,25 minuty - asi 1 námořní míle pro tyto zeměpisné šířky. Na zpáteční cestě William přesně předpověděl vzhled Madeiry. Nadšený kapitán „Deptfordu“chtěl takový chronometr obdržet a Garrison, který byl v té době již 67 let, se objevil v komisi se žádostí o udělení první ceny za splnění požadavků zákona z roku 1714.
Komise odmítla udělit cenu, citujíc skutečnost, že délka Port Royal nemusí být známa dostatečně přesně, štěstí může být náhodné, a chronometr je příliš drahý, aby byl praktický, to znamená jít do hromadné výroby. Garrison obdržel cenu 1 500 liber a příslib dalších 1 000 liber, pokud druhý test potvrdí, že měl pravdu. Garrison letěl do zuřivosti a zahájil veřejnou kampaň k tlaku na komisi. Neochota platit provizi byla způsobena nejen chamtivostí a opatrností, ale také nadějí, že alternativní astronomická metoda by poskytla řešení problému levnějším způsobem.
Když Garrison pracoval na hodinkách, zlepšily se nástroje pro pozorování nebeských objektů. V 1731, Oxford astronomický profesor John Hadley (1682-1744), místopředseda královské společnosti, představil na setkání společnosti Hadley kvadrant (později nazvaný “octant”) - nástroj založený na kombinaci objektu v hledí a jiného objektu odráženého v zrcadle … Oblouk 45 stupňů (jedna osmá kružnice, odtud název „oktant“) používající zrcadla umožňoval měřit úhly dvakrát tak velké, až do 90 stupňů. Octant fixuje úhel bez ohledu na pohyb pozorovatele a ukládá výsledek pozorování i po jeho ukončení.
E. Halley se zúčastnil námořních soudů s osmanským hadantem, který po Flamsteedovi převzal funkci vedoucího Greenwichské observatoře. Halley si z nějakého důvodu nevzpomněl, že podobný reflexní nástroj byl popsán v dopise, který mu byl kolem roku 1698 zaslán Isaacem Newtonem - tyto dokumenty byly v Halleyových archivech nalezeny o mnoho let později, spolu se živým popisem toho, jak vysoká vědecká komise na palubě bojovala s mořskou nemocí namísto pozorování.
John Hadley s oktantem v ruce.
Nezávisle na Hadley byl podobný nástroj vytvořen americkým Thomasem Godfreyem (1704-1749). Hadleyho nástroj se následně, s malými úpravami, proměnil v „oktant“, ze kterého se sextanty vyvinuly (s měřítkem 60 ° a měřicím úhlem 120 °). Přes veškerý praktický význam tohoto nástroje Hadley a Godfrey neobdrželi ceny, ale vylepšené nástroje umožnily najít alternativu k hodinkám.
V 50. letech 20. století vytvořil německý astronom Tobias Mayer (1723–1762), profesor na univerzitě v Göttingenu, zabývající se kartografií Německa, s pomocí Leonarda Eulera (1707–1783), tehdy profesor na univerzitě v Berlíně, zvláště přesné tabulky polohy měsíce. Euler navrhl teorii pohybu měsíce, Mayer sestavil lunární tabulky založené na této teorii a pozorování pomocí speciálního nástroje s 360 ° výhledem. Když se Mayer dozvěděl o ceně, nejdřív se neodvážil předložit své stoly komisi, protože si myslel, že cizinci budou okamžitě odmítnuti, ale nakonec se uchýlil k patronátu anglického krále a hejtmana Jiřího II. A jeho tabulky nakonec skončily v Londýně. V roce 1761, budoucí vedoucí Greenwichské observatoře, Neville Maskelyne (1732-1811), který cestoval do Svaté Heleny, aby pozoroval průchod Venuše před solárním diskem,provedli testy metody „lunárních vzdáleností“podle Mayerových tabulek s Hadleyovým oktantem a obdrželi stabilní výsledek s přesností jeden a půl stupně.
Kontrolní plavba přes Atlantik z Londýna do Bridgetownu na Barbadosu byla naplánována na rok 1763. V Barbadosu musela Maskeline vypočítat referenční délku z Jupiterových měsíců z pevné země. H4, Mayerovy stoly a „mořské křeslo“Christophera Irwina na stabilizačním triaxiálním odpružení pro pozorování Jupiterových satelitů byly kontrolovány současně. Židle, kterou její developer aktivně inzeroval prostřednictvím londýnského tisku, se ukázala jako zbytečná a Harrisonův chronometr a „měsíční stoly“zajišťovaly přesnost na půl stupně přesnosti. V závěrečné zprávě byla přesnost chronometru H4 9,8 námořních mil (15 km) nebo 40 sekund zeměpisné délky, metoda lunární vzdálenosti, kterou provedli Maskelyne a jeho asistent Charles Green - asi půl stupně.
V roce 1765 se komise sešla na schůzku, na které se rozhodla dát Mayerově vdově odměnu 5 000 liber za stoly jejího zesnulého manžela, Euler - 300 liber a Harrison - 10 000 liber za úspěch a dalších 10 tisíc, když je splněna podmínka „praktičnosti“, to je náklady na chronometr se sníží a jeho výrobní technologie bude popsána tak, aby ji mohli reprodukovat jiní hodináři. Parlament, který schválil rozhodnutí komise, snížil odměnu za „lunární stoly“na 3 000 liber a odečetl 2 500 liber grantů, které již obdržel z Harrisonovy ceny.
Garrison věřil, že on byl zbaven ceny pro intriky Maskelein, kdo, téměř současně se zasedáním pověření, se stal novým Astronomer královským a hlava Greenwich Observatory (toto byla náhoda, protože předchozí Astronomer královský náhle umřel). V této pozici se Maskelein stal členem komise a předsedou podvýboru pro přijímání technologie chronometrů státem. Modely hodinek s kresbami a vysvětlením Harrisona byly přeneseny do Greenwiche, kde byly testovány Maskeleinem a zástupci Admirality dalších 10 měsíců. Na základě výsledků testů Maskelein vyjádřil pochybnosti, že chronometr dává stabilní výsledky a může být použit ve výrobní verzi bez paralelního použití „měsíčních tabulek“.
Sám Maskelyne se v této době s týmem Greenwichských astronomů připravoval k vydání prvního „Námořního almanachu“, který obsahoval souhrnné tabulky pozic Slunce, Měsíce, planet a „navigačních hvězd“pro danou délku a šířku a odpovídající časové hodnoty v nule poledník pro každý den v roce. První vydání almanachu bylo vydáno v roce 1767.
První chronometr vytvořený v roce 1735.
Garrison, který byl přesvědčen, že Maskelein úmyslně utopil svůj vynález, aby využil astronomických metod, šel hledat spravedlnost s mladým králem Jiřím III. Monarcha, který získal dobré vědecké vzdělání, vzal chronometr H5 pro testování na sebe a osobně ho denně každých šest měsíců likvidoval. V důsledku těchto testů George III navrhl, aby Garrison vstoupil s peticí přímo do parlamentu, obešel Longitude Commission a požadoval jeho první cenu, a pokud parlament odmítne, pak se on, král, osobně slavnostně objeví v parlamentu a vyžádá si totéž od trůnu. Parlament odolával ještě několik let a v důsledku toho v roce 1773 Harrison vydal poslední cenu 8 750 liber (po odečtení nákladů a nákladů na materiál).
Činnosti komise pro délku vedly k:
Longitude Commission pracovala do roku 1828, kombinovala funkce grantové organizace a výzkumného střediska a vydávala řadu dalších ocenění a grantů, včetně udělení 5 000 liber polárnímu průzkumníkovi W. Parrymu, který na začátku 19. století dosáhl v polární Kanadě 82,45 ° severní šířky.
Když shrneme tuto krátkou esej, je třeba znovu upozornit na skutečnost, že řešení problému délky nebylo dosaženo jedním nebo několika průlomy, bylo vytvořeno dlouhé, těžké, z velkého počtu kroků, z nichž každý byl významným úspěchem ve svém oboru. I poté, co Harrisonův chronometr a Mayer-Eulerova metoda přešly od experimentů k navigační praxi, navigační a kartografické metody se nadále zlepšovaly.
Vedoucí role vědy v Británii při řešení navigačních problémů jí nejen pomohla získat a udržet si status „vládce moří“(časný nacionalistický pochod „Vláda Británie, po moři“byl komplikován v letech 1740–1745), ale také v první etapě zavést Greenwich jako hlavní poledník obrat kvalitních námořních almanachů od Maskeleina a jeho následovníků. Mezinárodní meridiánská konference z roku 1884 ve Washingtonu přijala greenwichský poledník jako nulu, což znamenalo začátek vytváření univerzálního standardního časového systému. Před tímto datem byl rozdíl v místním čase v různých zemích a dokonce i ve městech takový, že způsoboval vážné problémy, například pro železniční jízdní řády. Poslední zemí, která přešla na souřadnice podle Greenwiche, byla Francie (1911) a sjednocení počítání času nebylo dodnes dokončeno,což je dobře známo ruským lidem z měnící se politiky letního času.
Britské chronometry byly také považovány za standard kvality mezi námořníky všech zemí nejméně do poloviny 19. století. Ale ačkoli počítání délek chronometrem bylo rychlejší a přesnější než počítání podle „lunárních vzdáleností“, námořní almanachy si udržovaly své pozice po celé 19. století. Chronometry nebyly zdaleka na všech lodích v polovině 19. století, protože byly vysoké. Navíc námořníci velmi rychle zjistili, že na lodi měly být nejméně tři chronometry, aby bylo možné odhalit a odstranit chyby v jejich odečtech. Pokud dva ze tří chronometrů ukazují stejnou dobu, je zřejmé, že třetí je nesprávný a kolik se mýlí (toto je první známý příklad trojité modulární redundance). Ale i v tomto případě byly údaje chronometru porovnány s astronomickými údaji. … Ctihodný Stepan Ilyich spěšně dokončí svou třetí sklenici,dokončí druhou silnou cigaretu a jde nahoru po schodech, aby vzal sluneční výšky a určil délku místa “- takto popsal K. Stanyukovich práci námořního navigátora na počátku 60. let, přestože byla loď vybavena několika chronometry.
Počátkem 20. století dosahovaly chronometry přesnosti 0,1 sekundy za den díky objevům v metalurgii a vědě o materiálech. V roce 1896 vytvořil Charles Guillaume slitiny železo-nikl, s minimálními koeficienty tepelné roztažnosti (invar) a termoelasticity (elinvar), které byly vzájemně vyrovnány ve dvojicích. Takto se objevil vysoce kvalitní materiál pro jaro a vyvažovací kolo (v roce 1920 obdržela Guillaume za tyto práce Nobelovu cenu za fyziku). Moderní analogy Invar a Elinvar také zahrnují berylium.
S vynálezem rádia začaly pozemské rozhlasové stanice vysílat své souřadnice. Na počátku první světové války zmizela potřeba metody lunární vzdálenosti a časomíra se stala další metodou kontroly. Současně byl nalezen nový, kvalitnější harmonický oscilátor než kyvadlo nebo pružinový vyvažovač. V roce 1880 Pierre a Jacques Curie objevili piezoelektrické vlastnosti křemene a v roce 1921 Walter Cady vyvinul první křemenný rezonátor. Takto se objevil technologický základ pro tvorbu křemenných hodinek, které byly původně používány jako zdroje přesných časových signálů, a od šedesátých let se staly masovými nástroji. Námořní chronometry začaly nahrazovat elektronické hodinky.
Se začátkem kosmického věku navigace učinila další krok. Je zajímavé, že základní schéma družicové navigace se v zásadě neliší od Whistonova návrhu umístit stacionární lodě na moře, podle signálů, z nichž navigátoři určí své souřadnice - jedná se o satelity, které vysílají své souřadnice a univerzální čas pro příjem signálů na Zemi. Technologie 20. století umožnily realizovat plány 18. století na nové úrovni. Od roku 1972 do roku 1990 byla vytvořena orbitální soustava navigačních satelitů GPS, která byla v roce 1992 otevřena pro civilní použití. Od roku 2011 dosáhl sovětsko-ruský GLONASS své konstrukční kapacity a připravují se na spuštění dva další systémy, evropský (Galileo) a čínský (Beidou). Maximální přesnost těchto systémů se měří v metrech. Satelity se používají také v několika moderních geodetických systémech, z nichž největší, francouzský DORIS, má centimetrovou přesnost. Smartphony roku 2010 začaly zahrnovat jednoduché navigační systémy spojené se satelity s přesností 8 až 32 metrů a funkcí automatické synchronizace času pomocí signálů od mobilních operátorů a internetových zdrojů „atomového času“.
Nicméně výpočet souřadnic „podél Měsíce“teprve ve XX století začal být vyloučen z výcvikových programů pro námořníky a námořní almanachy jsou stále publikovány. Jedná se o velmi vhodnou záchrannou síť. Pokud elektrikář selže na lodi, námořník by neměl ztratit navigační pomůcky. Ale i když neví, jak zacházet se sextantem a almanachem, bude námořník (a kdokoli, kdo dokončil tento článek), schopen určit své souřadnice s přesností zlomku stupně pomocí náramkových hodinek a stínů z jakéhokoli svislého objektu. Technologický pokrok posledních staletí umožnil nosit na ruce, ne-li chronometr, pak spíše podobná.
Autor: Yuri Ammosov