Nella notte tra il 22 e il 23 settembre 1707, uno squadrone britannico al comando del contrammiraglio Claudsey Shovell, di ritorno dal teatro delle operazioni della guerra di successione spagnola, sedeva a vele spiegate sugli scogli al largo delle Isole Scilly, a sud-ovest della costa della Cornovaglia, appena oltre 24 ore prima di tornare a casa. Le Isole Scilly fanno parte dell'antico batolite di Kornubian, un massiccio granitico derivante da un'eruzione di faglia dell'era Carbonifero-Permiano, quindi la profondità vicino alle loro rive scende molto bruscamente, e inoltre, sono la prima terra sul percorso di quel ramo della Corrente del Golfo, che si immette nel Canale della Manica. Scilly è una zona molto pericolosa e pericolosa, dove le navi morivano regolarmente, ma le dimensioni del naufragio nel 1707 erano estremamente grandi.
Cinque navi di linea e una nave antincendio piombarono sulle scogliere del West Reef di Scilly, appena visibili sopra l'acqua. Tre navi affondarono, inclusa l'ammiraglia dell'Associazione Squadron, che affondò con un equipaggio di 800 persone in tre minuti. L'ammiraglio Shovell stesso è annegato nell'Associazione. Il numero totale delle vittime del disastro variava da 1200 a 2000 persone. Forse ci sarebbero state meno vittime se i marinai avessero saputo nuotare, ma questa abilità era rara nel XVIII secolo. I marinai superstiziosi credevano che essere in grado di nuotare significasse naufragare.
Successivamente, le leggende incolpavano l'aristocratica arroganza dell'ammiraglio per il disastro, il quale avrebbe ordinato di impiccare su uno yacht un marinaio, originario di questi luoghi, che lo informava del pericolo in modo che sarebbe stato scoraggiante mettere in discussione l'autorità dei suoi superiori. La realtà era molto più spiacevole: fino all'ultimo, nessuno nello squadrone aveva la minima idea che le navi non fossero dove dovevano essere. L'ammiraglio Shovell, che ha superato tutte le fasi del servizio navale, un onorato marinaio con 35 anni di esperienza, ei suoi navigatori hanno calcolato male la loro longitudine a causa del maltempo ed erano sicuri di trovarsi più a est, nell'area di navigazione della Manica. Sono state anche riassunte le mappe, sulle quali le Isole Scilly si trovavano a una distanza di circa 15 chilometri dalla loro vera posizione, divenute note alcuni decenni dopo, già a metà del XVIII secolo.
Naufragio dello squadrone di Claudisly Shovell nel 1707. Incisione di un artista sconosciuto National Maritime Museum.
Al tempo della catastrofe di Scilly, la necessità di metodi accurati per determinare la longitudine era stata riconosciuta per più di un secolo. L'era delle scoperte geografiche ha chiaramente dimostrato il ritardo dei metodi cartografici rispetto alle esigenze della pratica. Gli Asburgo spagnoli hanno offerto premi per aver risolto il "problema della longitudine" dal 1567, l'Olanda dal 1600, e l'Accademia francese delle scienze ha ricevuto tale incarico quando è stata creata. Le ricompense furono molto generose: nel 1598, Filippo III di Spagna promise 6.000 ducati alla volta per un metodo di successo per determinare la longitudine, 2.000 ducati per una pensione annuale a vita e 1.000 ducati per le spese. Il ducato ("moneta del doge"), pari a 3,5 grammi d'oro, era l'equivalente monetario internazionale, originario di Venezia; Gli Asburgo coniavano i loro ducati dello stesso peso. Durante questo periodo, l'intero volume del commercio internazionale veneziano era stimato in circa due milioni di ducati all'anno,e 15mila ducati costarono la costruzione di una galea da battaglia.
Qual era il "problema di longitudine"? È difficile, ma non impossibile, determinare la latitudine di una nave in alto mare al minuto angolare più vicino. La latitudine è una frazione della distanza dall'equatore al polo, e quindi il valore è assoluto. L'angolo tra l'asse terrestre e la posizione della nave può essere determinato sia dal sole che da stelle note usando un astrolabio o un sestante. La longitudine è misurata da un certo meridiano e quindi è condizionale: tutti i punti del globo relativi alla sfera celeste sono uguali, qualsiasi punto può essere preso come zero. Vicino alla costa, la posizione può essere determinata dai punti di riferimento visibili dalla nave: montagne, fiumi, torri, che sono stati contrassegnati sulle mappe a questo scopo sin dai tempi dei primi portolani. Gli uccelli e le piante possono anche indicare la vicinanza alla terra. Ma in acque sconosciutein mare aperto o in caso di maltempo, il compito di determinare la longitudine veniva calcolato. Per cautela, molte rotte oceaniche non furono tracciate in linea retta da un porto all'altro, ma lungo la costa del continente fino a latitudini che erano ovviamente libere da scogli e isole pericolose, e da lì lungo il parallelo geografico alla costa opposta. Corsari e pirati spesso aspettavano le loro vittime a queste latitudini "navigabili" (Dunn, Richard, Higgit, Rebeccah. Trovare la longitudine. Come navi, orologi e stelle hanno contribuito a risolvere il problema della longitudine. Collins, 2014). Corsari e pirati spesso aspettavano le loro vittime a queste latitudini "navigabili" (Dunn, Richard, Higgit, Rebeccah. Trovare la longitudine. Come navi, orologi e stelle hanno contribuito a risolvere il problema della longitudine. Collins, 2014). Corsari e pirati spesso aspettavano le loro vittime a queste latitudini "navigabili" (Dunn, Richard, Higgit, Rebeccah. Trovare la longitudine. Come navi, orologi e stelle hanno contribuito a risolvere il problema della longitudine. Collins, 2014).
Il metodo di calcolo, che era usato da tutti i marinai di questo tempo, era basato sulla misurazione della velocità della nave e del tempo del suo movimento lungo una certa rumba della bussola. La velocità è stata determinata da un ritardo: una corda con nodi, che è stata lanciata fuori bordo; gli osservatori hanno contato il numero di nodi passati e hanno calcolato il tempo contando o recitando la preghiera standard "Padre nostro" o "Theotokos". Quindi la velocità "miglia nautiche all'ora" è stata chiamata "nodo". Il miglio nautico stesso è una misura della latitudine: è un minuto d'arco del meridiano. Il vettore risultante è stato tracciato dal punto in cui è iniziato il movimento, tenendo conto della deriva laterale da venti e correnti: è così che è stata ottenuta la coordinata corrente. Questo metodo aveva un grosso errore, che si accumulava tanto più a lungo la nave era in mare aperto. La precisione di 50 chilometri in un viaggio transoceanico per questo metodo è già un grande successo, errori di 100-150 chilometri non erano rari anche per navigatori esperti.
La longitudine attuale può essere calcolata con precisione se si conoscono l'ora locale e l'ora astronomica corrente sul primo meridiano (dal 1960 è stato utilizzato il concetto di "tempo universale" - UTC). L'ora corrente è registrata dal sole a mezzogiorno astronomico, o vero (il momento in cui il sole è più alto). Il mezzogiorno astronomico è difficile da individuare esattamente quando si verifica, e in pratica è più spesso definito come il punto medio del tempo tra le posizioni del sole alla stessa altitudine al mattino e al pomeriggio. Poiché ci sono 1440 minuti in un giorno e 21.600 minuti d'arco in un cerchio completo, 1 minuto d'arco corrisponde a 4 secondi di tempo. Ricalcolando la differenza tra l'ora locale e l'ora del primo meridiano in gradi, è possibile ottenere uno spostamento di longitudine. Ma come determinare l'ora sul primo meridiano?
Video promozionale:
Non ci sono punti di riferimento fissi in longitudine sulla sfera celeste, ma ce ne sono di periodici. Le eclissi di Sole e Luna sono i punti di riferimento più convenienti, ma la loro rarità le rende inapplicabili nella navigazione periodica, venivano utilizzate per misurare principalmente la longitudine dei punti sulla terraferma. Ad esempio, ha avuto luogo la mappatura del Nuovo Mondo spagnolo: tutti gli amministratori coloniali locali hanno ricevuto in anticipo la stessa meridiana da Madrid e sono stati incaricati di misurare la posizione esatta dell'ombra dello gnomone il giorno dell'eclissi. Le coordinate raccolte sono state trasferite a Madrid, dove sono state elaborate. La precisione di tali misurazioni collettive non era elevata: alcuni osservatori hanno commesso errori di 2-5 gradi di longitudine.
Le eclissi delle lune di Giove sono molto più comuni. Galileo, che li aprì e si rese conto molto rapidamente che c'era un orologio celeste naturale di fronte a lui, sviluppò anche un celatone per questo scopo: una staffa per attaccare il telescopio alla testa dell'osservatore. Ma tutti i tentativi di vederli dalla nave, anche con tempo sereno, non hanno avuto successo. Ma questo metodo è stato utilizzato con successo sulla terra. È stato utilizzato da Giovanni Cassini e Jean Picard per mappare la Francia negli anni 1670. Come risultato della raffinata indagine, il territorio della Francia si è ridotto a tal punto sulle nuove mappe che il Re Sole ha il merito di aver detto "Gli astronomi mi hanno portato via più terre di tutti i nemici messi insieme".
A partire dal XVI secolo, furono fatti dei tentativi per calcolare o descrivere con attenzione le posizioni relative della luna, del sole e delle principali stelle di navigazione. Questo metodo di "distanze lunari" presupponeva la determinazione dell'angolo tra la Luna e altri corpi celesti nel cosiddetto "crepuscolo marino" (prima dell'alba e immediatamente dopo il tramonto, quando sono visibili contemporaneamente sia le stelle che l'orizzonte). Ma all'inizio del XVIII secolo l'accuratezza di questo metodo era ancora troppo bassa, con un errore di 2-3 gradi di longitudine. È al tentativo di migliorare il calcolo dell'orbita lunare per correggere le tabelle per i navigatori che si associa la formulazione del "problema dei tre corpi" (Sole, Terra e Luna) che, come dimostrarono G. Bruns e A. Poincaré alla fine del XIX secolo, non ha soluzione analitica in vista generale.
Osservazioni cross-rod utilizzate per determinare le distanze lunari e misurare le altezze.
Infine, puoi semplicemente guardare l'ora universale sull'orologio sincronizzato con esso. Ma per questo, l'orologio non deve perdere la sua precisione in condizioni di rotolamento, cambiamenti nei campi gravitazionali e magnetici della Terra, alta umidità e sbalzi di temperatura. Anche su una terra ferma, il compito era difficile e le menti più raffinate del 17 ° secolo hanno compiuto sforzi significativi per creare orologi di qualità.
All'inizio del XVIII secolo apparvero orologi da torre fissi con pendoli, che erano sbagliati di circa 15 secondi al giorno. Il loro sviluppo divenne possibile grazie alle ricerche di Galileo Galilei, che scoprì che le oscillazioni di un pendolo sono costanti nel tempo (1601). Nel 1637, Galileo quasi cieco sviluppò il primo scappamento (un dispositivo per far oscillare un pendolo), e negli anni '40 del 1640 suo figlio cercò di creare un orologio con un pendolo dagli schizzi di suo padre, ma senza successo.
Il primo orologio a pendolo funzionante e per i suoi tempi molto preciso fu creato nel 1656 da Christian Huygens, che potrebbe aver saputo degli esperimenti di Galileo Jr. da suo padre, un politico olandese che prese parte alle trattative con Galileo Jr. (Gindikin S. G. Mathematical and problemi meccanici nei lavori di Huygens sugli orologi a pendolo (Priroda, n. 12, 1979). Huygens, d'altra parte, è stato il primo a descrivere e convalidare una curva isocrona lungo la quale il pendolo si muoverà a velocità costante, e ha aggiunto un controller del pendolo all'orologio basato su di essa. Huygens ha fornito un diagramma schematico e una giustificazione matematica per un orologio con pendolo nel suo trattato del 1673 "Horologium Oscillatorium: sive de motu pendulorum ad horologia aptato demostrationes geometricae" (lat. "Orologio a pendolo, o Dimostrazione geometrica del movimento di un pendolo per un orologio"). Dopo un po 'di tempo, nel design dell'orologio appare una forcella di ancoraggio, il cui scopo è limitare le oscillazioni del pendolo a un piccolo angolo, poiché ad angoli grandi la proprietà isocrona del pendolo diritto scompare. La creazione della forcella a traliccio era in precedenza spesso attribuita a Robert Hooke o all'orologiaio George Graham, ma ora la priorità è data all'astronomo e orologiaio Richard Townley, che creò il primo orologio a traliccio nel 1676.
Christian Huygens.
Allo stesso tempo, si è verificata una svolta nella creazione di orologi a molla. I famosi studi di Hooke sulle molle miravano proprio a migliorare i movimenti dell'orologio. La molla viene utilizzata nei bilanciatori che controllano la precisione degli orologi senza pendoli; e si ritiene che il primo bilanciatore sia stato realizzato da Hooke intorno al 1657. Nel 1670, Huygens produsse un moderno tipo di bilanciatore a molla elicoidale che consentì la creazione di orologi da tasca (Headrick, Michael. Origin and Evolution of the Anchor Clock Escapement. Magazine Control Systems, Inst. Of Electrical and Electronic Engineers. 22 (2), 2002).
Alla fine del XVIII secolo, gli orologi meccanici realizzati in precedenza iniziarono ad essere massicciamente forniti di pendoli. Il pendolo forniva una precisione molto superiore a quella di un orologio a molla, ma poteva funzionare solo su una superficie piana e al chiuso. Il pendolo non era adatto per lunghi viaggi, poiché l'umidità e la temperatura influiscono sulla sua lunghezza e il rullo abbatte la frequenza delle sue oscillazioni. Questo divenne chiaro nelle primissime prove in mare del 1660. E anche in condizioni ideali, il movimento dell'orologio dovrebbe tener conto che la frequenza delle oscillazioni di un pendolo di lunghezza costante diminuisce man mano che si avvicina all'equatore - questo fenomeno fu scoperto dall'astronomo francese Jean Richet, assistente di Cassini, nel 1673 in Guyana.
Fu questo complesso di problemi che portò al fatto che nel 1714 il Parlamento britannico approvò una legge sui propri premi per la scoperta di metodi per determinare la longitudine. Su raccomandazione di Isaac Newton e Edmund Halley, il Parlamento ha assegnato una ricompensa di £ 10.000 per 1 grado di precisione, £ 15.000 per 40 minuti d'arco e 20.000 libbre per 30 minuti d'arco. Per determinare i vincitori, il parlamento ha istituito la Commissione per la determinazione della longitudine in mare o, come viene spesso abbreviata, la Commissione per la longitudine.
I primi anni del programma britannico non furono particolarmente riusciti. Le dimensioni del primo premio hanno creato scalpore nella società e il cast principale dei candidati al premio comprendeva truffatori e proiettori, alcuni dei quali si sono distinti durante il boom dei mari del sud nel 1720. Solo pochi progetti provenivano da scienziati, meccanici e ingegneri esperti e hanno promosso la comprensione e la risoluzione dei problemi. La legge non formalizzava la procedura per il lavoro della commissione e la procedura per l'assegnazione del premio, ei candidati assediarono i membri della commissione uno per uno secondo i loro collegamenti: alcuni dei Lord dell'Ammiragliato, alcuni dell'Astronomo Reale e il primo capo dell'Osservatorio di Greenwich, John Flamsteed o Newton. I membri della commissione hanno cacciato via i candidati o hanno rivisto il loro lavoro in dettaglio con raccomandazioni per migliorare e cambiare la direzione della ricerca, ma nei primi decenni non hanno offerto alcun premio a nessuno e,a quanto pare non si sono nemmeno incontrati alla riunione.
Il compito sembrava così sfuggente che i cercatori di longitudine furono oggetto di scherno. Jonathan Swift ha menzionato "longitudine" insieme a "moto perpetuo" e "panacea" in I viaggi di Gulliver (1730), e William Hogarth ha ritratto nella graphic novel "The Rake's Way" (1732) un pazzo che disegna su un muro a Bedlam, la famosa casa londinese folli progetti di esplorazione della longitudine. Alcuni ricercatori ritengono che il politico e satirico John Arbuthnot abbia scritto un intero libro "The Longitude Examin'd" (fine 1714), dove avrebbe descritto seriamente il progetto del "cronometro a vuoto" per conto di un certo "Jeremy Tucker" (Rogers, Pat. Longitudine forgiata. Come una bufala del diciottesimo secolo ha preso Dava Sobel e altri storici. The Times Literary Supplement. 12 novembre 2008). È interessante notare che, anche se questo libro è una satira,non solo mostra una profonda conoscenza della meccanica e dell'orologeria, ma ha anche coniato il termine "cronometro" per la prima volta nella storia.
Il più famoso "cercatore di longitudine" del primo periodo era tuttavia uno scienziato piuttosto serio: William Whiston (1667-1752), un giovane contemporaneo, collega e divulgatore di Newton. Ha sostituito Newton come capo della Lucas Chair a Cambridge, la perse a causa del fatto che iniziò a difendere apertamente le visioni religiose vicine all'arianesimo (cosa che Newton, vicino a lui in quanto a visioni, sensibilmente non fece), e per lo stesso " eresie”non fu accettato nella Royal Society. Dopo la sua espulsione da Cambridge, Whiston passò alla divulgazione scientifica, tenendo conferenze pubbliche a Londra sugli ultimi progressi scientifici. Fu il suo rapporto all'inizio del 1714 (scritto in collaborazione con Humphrey Ditton) che diede impulso all'adozione della legge sulla longitudine.
Pazzo dai capelli lunghi. Particolare di un dipinto di Hogarth della serie Mota Career.
Quando il premio è stato annunciato, Whiston ha iniziato a sviluppare attivamente metodi per determinare la longitudine. Nelle sue attività, ha utilizzato i nuovi canali di comunicazione di massa a sua disposizione per formare un sostegno pubblico di massa, vale a dire, ha fatto pubblicità sui giornali, affisso manifesti e ha parlato nei caffè, che a quel tempo erano club di discussione e sale riunioni pubbliche. I social network e i media online possono servire come un'analogia approssimativa per l'inizio del 21 ° secolo. L'influenza sociale di Whiston fu così grande che fu onorato con la satira personale di Martinus Scriblerus (un progetto satirico collettivo di A. Pope, J. Swift e J. Arbuthnot; nella letteratura russa, il suo stretto analogo è Kozma Prutkov). Uno dei progetti di Whiston descriveva le naviancorato in mare aperto in punti con coordinate note e lanciare regolarmente segnali luminosi nell'aria: questo era il progetto che il pazzo nella foto di Hogarth disegnava sul muro.
Whiston ha considerato la determinazione più promettente della longitudine mediante declinazione magnetica (questo metodo è stato apparentemente proposto per la prima volta da Edmund Halley). Su questa base, Whiston si scontrò con Newton, attraverso il quale presentava i suoi progetti e che chiedeva regolarmente che si impegnasse nella ricerca astronomica invece che magnetica (Per queste e altre revisioni di Newton dei progetti in longitudine, vedi: Cambridge University Library, Department of Manuscripts and University Archives. MS Add.3972 Documenti sulla ricerca della longitudine in mare). Di conseguenza, Whiston realizzò una delle prime mappe di declinazione magnetica (era una mappa dell'Inghilterra meridionale). Alla fine la commissione ha assegnato a Whiston una menzione d'onore di £ 500 per la realizzazione di strumenti per la misurazione della declinazione magnetica (1741). Questo è stato un ramo di ricerca senza uscita: come sappiamo ora, dopo secoli di osservazione,Il campo magnetico terrestre cambia in modo molto dinamico e la declinazione magnetica non può indicare le coordinate di un luogo.
Dal 1732, un leader assoluto emerse gradualmente nella ricerca di metodi per determinare la longitudine: John Garrison (1693–1776), un orologiaio londinese. Harrison, un meccanico autodidatta, ha sviluppato diverse innovazioni rivoluzionarie nella sua giovinezza. Ha selezionato il legno bakout (legno di guaiaco) per i cuscinetti dell'orologio. Backout ha elevata durezza e resistenza all'usura, non reagisce all'umidità, emettendo anche lubrificante naturale, che, a differenza del lubrificante per orologi del XVIII secolo, non modifica le sue proprietà nell'aria di mare (nel XIX-XX secolo il backout si è rivelato ottimo nei cuscinetti per eliche) … Grazie ai cuscinetti del backout, l'orologio di Harrison è ancora in funzione. Garrison ha anche creato il primo pendolo bimetallico sotto forma di barre parallele in acciaio e ottone. Il coefficiente di dilatazione termica di questi materiali è diverso,in modo che quando la temperatura aumenta o diminuisce, la lunghezza totale non cambia. Il pendolo bimetallico potrebbe spostarsi dalle latitudini temperate ai tropici senza cambiare la frequenza di oscillazione se non come risultato di un cambiamento nel campo gravitazionale. Garrison sviluppò anche un originale meccanismo di innesco a "cavalletta" (Michal, Stanislav. Orologio. Dallo gnomone all'orologio atomico. Trad. Dal ceco RE Meltzer. M. 1983). Questi risultati nel 1726 portarono al giovane orologiaio il patrocinio di J. Graham, che gli trasmise la sua esperienza, gli diede soldi per il lavoro e presentò il suo lavoro alla Commissione della longitudine. Garrison sviluppò anche un originale meccanismo di innesco a "cavalletta" (Michal, Stanislav. Orologio. Dallo gnomone all'orologio atomico. Trad. Dal ceco RE Meltzer. M. 1983). Questi risultati nel 1726 portarono al giovane orologiaio il patrocinio di J. Graham, che gli trasmise la sua esperienza, gli diede soldi per il lavoro e presentò il suo lavoro alla Commissione della longitudine. Garrison sviluppò anche un originale meccanismo di innesco a "cavalletta" (Michal, Stanislav. Orologio. Dallo gnomone all'orologio atomico. Trad. Dal ceco RE Meltzer. M. 1983). Questi risultati nel 1726 portarono al giovane orologiaio il patrocinio di J. Graham, che gli trasmise la sua esperienza, gli diede soldi per il lavoro e presentò il suo lavoro alla Commissione di longitudine.
Nel 1735, Garrison aveva assemblato il suo primo cronometro da marina, che chiamò H1 (una nomenclatura moderna proposta dal restauratore Rupert Gould negli anni '20). L'H1 era in mostra nell'officina di Graham, dove è stato esaminato dai membri della commissione, dalla Royal Society e da tutti gli altri. La qualità della lavorazione, dell'assemblaggio e del movimento era così evidente e alta che nel 1736 Harrison e H1 partirono per un viaggio di prova a Lisbona sulla nave "Centurion". Sebbene l'H1 fosse andato male all'inizio, Garrison lo riportò rapidamente in carreggiata e, sulla via del ritorno da Lisbona, le misurazioni di Garrison impedirono al Centurion di atterrare sulle scogliere di Capo Lizard (Cornwell, vicino alle Isole Scilly). A seguito di rapporti positivi da parte del capitano e dei navigatori del Centurion, l'Ammiragliato ha chiesto che fosse convocata la Commissione di longitudine e che Harrison ricevesse il premio. La Commissione si è riunita per la prima volta in molti anni e ha emesso il suo primo premio in assoluto di £ 250 con la dicitura "per ulteriori lavori" (Howse, Derek. Britain's Board of Longitude: the finances, 1714-1828. The Mariner's Mirror, vol. 84, N. 4, novembre 1998).
Da quel momento fino al 1760, Harrison divenne, infatti, l'unico beneficiario della commissione, che si riuniva regolarmente per ispezionare i suoi nuovi modelli e gli diede i soldi per ulteriori lavori, a partire dalla seconda borsa nel 1741 - 500 sterline alla volta (sullo stesso all'incontro, anche William Whiston ha ricevuto il premio). Da allora, Garrison ha lavorato esclusivamente sui cronometri e ha dichiarato alla commissione di essere così impegnato con il lavoro sulle borse di studio da essere privato dell'opportunità di guadagnarsi da vivere e mantenere la sua famiglia (Verbale confermato del Board of Longitude. 4 giugno 1746. Biblioteca dell'Università di Cambridge. RGO 14 /cinque). Forse questa era un'esagerazione caratteristica della sua epoca, poiché come risultato di questa "lacrima" Garrison ricevette un'altra sovvenzione di £ 500. Garrison stava probabilmente riempiendo il suo budget,chiedendo una tassa per la dimostrazione delle sue invenzioni - è noto che Benjamin Franklin, che spesso visitava Londra, pagò 10 scellini e 6 pence (1 sterlina = 20 scellini = 240 pence) per il diritto di guardare i cronometri nell'officina di Harrison ed era soddisfatto della cifra spesa. La fama pubblica di Harrison era abbastanza grande. Nell'era post-Newton, gli scienziati godevano dell'attenzione e del rispetto della società e la diffusione della conoscenza era molto facilitata dai periodici, integrati dai coffee shop, dove le informazioni venivano trasmesse con il passaparola, come nei moderni social network. Nel 1749, Harrison ricevette la Medaglia Copley, istituita dalla Royal Society nel 1731.pagato 10 scellini e 6 pence (1 sterlina = 20 scellini = 240 pence) per il diritto di guardare i cronometri nell'officina di Harrison ed era soddisfatto dell'importo speso. La fama pubblica di Harrison era abbastanza grande. Nell'era post-Newton, gli scienziati godevano dell'attenzione e del rispetto della società e la diffusione della conoscenza era molto facilitata dai periodici, integrati dai coffee shop, dove le informazioni venivano trasmesse con il passaparola, come nei moderni social network. Nel 1749, Harrison ricevette la Medaglia Copley, istituita dalla Royal Society nel 1731.pagato 10 scellini e 6 pence (1 sterlina = 20 scellini = 240 pence) per il diritto di guardare i cronometri nell'officina di Harrison ed era soddisfatto dell'importo speso. La fama pubblica di Harrison era abbastanza grande. Nell'era post-Newton, gli scienziati godevano dell'attenzione e del rispetto della società e la diffusione della conoscenza era molto facilitata dai periodici, integrati dai coffee shop, dove le informazioni venivano trasmesse con il passaparola, come nei moderni social network. Nel 1749, Harrison ricevette la Medaglia Copley, istituita dalla Royal Society nel 1731. Nel 1749, Harrison ricevette la Medaglia Copley, istituita dalla Royal Society nel 1731. Nel 1749, Harrison ricevette la Medaglia Copley, istituita dalla Royal Society nel 1731.
John Garrison.
Per le sovvenzioni ricevute dalla commissione, Garrison raccolse altri tre modelli di cronometri. H2 e H3 contenevano nuove soluzioni innovative. I più importanti di questi sono i primi cuscinetti compositi con una gabbia e un bilanciatore a molla bimetallico per compensare i picchi di temperatura. Leonardo da Vinci ha ancora un diagramma schematico del rilevamento, ma fino a H3 la loro applicazione pratica è sconosciuta. Ma la svolta è stata fatta sul quarto modello, H4. L'H4 è stato realizzato non sotto forma di un orologio da tavolo, ma di una "cipolla" tascabile e, a causa delle sue dimensioni ridotte, utilizzava cuscinetti in diamanti e rubini anziché in rovere, ma ha ricevuto un remontuar (meccanismo di carica) e una barra bimetallica del bilanciere di tipo H3. L'H4 ha funzionato a cinque vibrazioni al secondo, molto più veloce di qualsiasi orologio del XVIII secolo. Controllare le vibrazioni lente era molto più facile di quelle veloci,ma Garrison ha deliberatamente impostato l'orologio in modo che oscilli a una frequenza molto più alta della frequenza di oscillazione della nave per neutralizzare le vibrazioni dello scafo e del beccheggio, e non si è sbagliato.
Nel 1761, subito dopo la fine della minaccia navale dalla Francia durante la Guerra dei Sette Anni, H4 partì per un viaggio di prova a Port Royal in Giamaica con il figlio di Harrison, William, anche lui un maestro meccanico, sulla nave Deptford. H3 rimase nell'officina di Harrison. L'errore accumulato in 81 giorni è stato di circa cinque secondi, il che significa una precisione di 1,25 minuti, circa 1 miglio nautico per queste latitudini. Sulla via del ritorno, William ha previsto con precisione l'aspetto di Madeira. L'entusiasta capitano del Deptford desiderava ricevere un tale cronometro e Garrison, che a quel tempo aveva già 67 anni, si presentò davanti alla commissione con la richiesta di assegnargli il primo premio per aver soddisfatto i requisiti della legge del 1714.
La commissione ha rifiutato di emettere il premio, citando il fatto che la longitudine di Port Royal potrebbe non essere conosciuta con sufficiente precisione, la fortuna potrebbe essere accidentale e il cronometro è troppo costoso per essere pratico, cioè entrare in produzione di massa. Garrison ha ricevuto un premio di 1.500 sterline e una promessa di altre 1.000 sterline se un secondo test conferma che aveva ragione. Garrison è andato su tutte le furie e ha lanciato una campagna pubblica per fare pressione sulla commissione. La riluttanza a pagare la commissione era dovuta non solo all'avidità e alla cautela, ma anche alla speranza che un metodo astronomico alternativo avrebbe fornito una soluzione al problema in modo meno costoso.
Mentre Garrison lavorava sull'orologio, gli strumenti per l'osservazione degli oggetti celesti miglioravano. Nel 1731, il professore di astronomia di Oxford John Hadley (1682-1744), vicepresidente della Royal Society, presentò a una riunione della società il quadrante Hadley (in seguito chiamato "ottante") - uno strumento basato sulla combinazione di un oggetto in una visiera e un altro oggetto riflesso in uno specchio … Un arco di 45 gradi (un ottavo di cerchio, da cui il nome "ottante") che utilizzava specchi consentiva di misurare angoli due volte più grandi, fino a 90 gradi. Octant fissa l'angolo indipendentemente dal movimento dell'osservatore e salva il risultato dell'osservazione anche dopo la sua conclusione.
E. Halley ha preso parte alle prove in mare dell'ottante Hadley, che dopo Flamsteed ha assunto la direzione dell'Osservatorio di Greenwich. Halley per qualche motivo non ricordava che uno strumento riflettente simile era stato descritto in una lettera a lui intorno al 1698 da Isaac Newton - questi documenti furono trovati negli archivi di Halley molti anni dopo, insieme a una vivida descrizione di come un'alta commissione scientifica a bordo della nave stava combattendo il mal di mare invece di osservazioni.
John Hadley con ottante in mano.
Indipendentemente da Hadley, uno strumento simile è stato creato dall'americano Thomas Godfrey (1704-1749). Successivamente lo strumento di Hadley, con piccole modifiche, si trasformò in un "ottante", da cui si svilupparono i sestanti (con scala di 60 ° e angolo di misura di 120 °). Nonostante tutta l'importanza pratica dello strumento, Hadley e Godfrey non hanno ricevuto premi, ma strumenti migliorati hanno permesso di trovare un'alternativa agli orologi.
Negli anni '50 del Settecento, l'astronomo tedesco Tobias Mayer (1723-1762), professore all'Università di Gottinga, impegnato nella cartografia della Germania, con l'aiuto di Leonard Euler (1707-1783), all'epoca professore all'Università di Berlino, creò delle tabelle particolarmente accurate della posizione della luna. Eulero ha proposto una teoria del moto della luna, Mayer ha compilato tabelle lunari basate su questa teoria e osservazioni utilizzando uno strumento speciale con una vista a 360 °. Dopo aver appreso del premio, Mayer all'inizio non osò sottoporre i suoi tavoli alla commissione, pensando che lo straniero sarebbe stato immediatamente rifiutato, ma alla fine ricorse al patrocinio del re d'Inghilterra e dell'elettore di Hannover, Giorgio II, e di conseguenza i suoi tavoli finirono a Londra. Nel 1761, il futuro capo dell'Osservatorio di Greenwich, Neville Maskelyne (1732-1811), che si recò a Sant'Elena per osservare il passaggio di Venere davanti al disco solare,condusse test del metodo delle "distanze lunari" secondo le tabelle Mayer con l'ottante Hadley e ottenne un risultato stabile con una precisione di un grado e mezzo.
Un viaggio di controllo attraverso l'Atlantico da Londra a Bridgetown nelle Barbados era previsto per il 1763. In Barbados, Maskeline ha dovuto calcolare la longitudine di riferimento dalle lune di Giove dalla terra solida. H4, i tavoli Mayer e la "sedia sul mare" di Christopher Irwin su una sospensione triassiale stabilizzante per l'osservazione dei satelliti di Giove sono stati controllati simultaneamente. La sedia, che il suo sviluppatore pubblicizzò attivamente attraverso la stampa londinese, si rivelò inutile e il cronometro di Harrison e le "tavole lunari" garantirono una precisione di mezzo grado. Nel rapporto finale, la precisione del cronometro H4 era di 9,8 miglia nautiche (15 km), o 40 secondi di longitudine, il metodo della distanza lunare eseguito da Maskelyne e dal suo assistente Charles Green - circa mezzo grado.
Nel 1765, la commissione si riunì per una riunione, durante la quale decise di dare alla vedova di Mayer una ricompensa di 5.000 sterline per i tavoli del suo defunto marito, Euler - 300 sterline e Garrison - 10mila sterline per il successo e altre 10mila quando la condizione di "praticità" è soddisfatta, cioè il costo del cronometro sarà ridotto e la sua tecnologia di fabbricazione verrà descritta in modo che altri orologiai possano riprodurlo. Il Parlamento, che ha approvato le decisioni della commissione, ha tagliato la remunerazione per le "tavole lunari" a 3.000 sterline e ha detratto 2.500 sterline di sovvenzioni già ricevute dal premio di Harrison.
Garrison credeva di essere stato privato del premio per gli intrighi di Maskelein, che, quasi contemporaneamente alla riunione della commissione, divenne il nuovo astronomo reale e il capo dell'Osservatorio di Greenwich (questa fu una coincidenza, poiché il precedente astronomo reale morì improvvisamente). In questa posizione, Maskelein è diventato membro della commissione e capo del sottocomitato per l'accettazione da parte dello stato della tecnologia dei cronometri. I modelli di orologi con disegni e spiegazioni di Harrison furono trasferiti a Greenwich, dove furono testati da Maskelein e rappresentanti dell'Ammiragliato per altri 10 mesi. Sulla base dei risultati dei test, Maskelein ha espresso dubbi sul fatto che il cronometro dia risultati stabili e possa essere utilizzato nella versione di produzione senza l'uso parallelo delle "tavole lunari".
Lo stesso Maskelyne in questo periodo con un team di astronomi di Greenwich stava preparando per la pubblicazione il primo "Nautical Almanac", che conteneva tabelle riassuntive delle posizioni del Sole, della Luna, dei pianeti e delle "stelle di navigazione" per una data longitudine e latitudine e i corrispondenti valori temporali a zero. meridiano per tutti i giorni dell'anno. La prima edizione dell'Almanacco fu pubblicata nel 1767.
Il primo cronometro creato nel 1735.
Harrison, convinto che Maskelein stesse deliberatamente annegando la sua invenzione per dare un vantaggio ai metodi astronomici, andò a cercare giustizia con il giovane re Giorgio III. Il monarca, che aveva ricevuto una buona educazione scientifica, prese il cronometro H5 per testarlo e lo caricò personalmente ogni giorno per sei mesi. Come risultato di questi test, Giorgio III suggerì a Garrison di entrare con una petizione direttamente in parlamento, aggirando la Commissione di longitudine, e chiedendo il suo primo premio, e se il parlamento rifiuta, allora lui, il re, apparirà solennemente in parlamento e chiederà lo stesso dal trono. Il Parlamento resistette per molti altri anni e, di conseguenza, nel 1773, Harrison emise l'ultimo premio di 8.750 sterline (dopo aver dedotto i costi e i costi dei materiali).
Le attività della Commissione Longitudine hanno portato a:
La Commissione di longitudine lavorò fino al 1828, combinando le funzioni di un'organizzazione di sovvenzione e di un centro di ricerca, e emise una serie di altri premi e sovvenzioni, tra cui un premio di 5.000 sterline all'esploratore polare W. Parry, che raggiunse 82,45 ° di latitudine nord nel Canada polare all'inizio del XIX secolo.
Riassumendo questo breve saggio, si dovrebbe richiamare ancora una volta l'attenzione sul fatto che la soluzione al problema della longitudine non è stata raggiunta da uno o anche più scoperte, è stato creato lungo, duro, da un gran numero di passaggi, ognuno dei quali è stato un risultato significativo nel proprio campo. Anche dopo che il cronometro Harrison e il metodo Mayer-Euler sono passati dagli esperimenti alla pratica di navigazione, i metodi di navigazione e cartografia hanno continuato a migliorare.
Il ruolo guida della scienza in Gran Bretagna nella risoluzione dei problemi di navigazione non solo l'aiutò a conquistare e mantenere lo status di "governatrice dei mari" (la prima marcia nazionalista "Rule Britain, by the seas" fu complicata nel 1740-1745), ma anche a stabilire Greenwich come il primo meridiano, nel primo una svolta di almanacchi nautici di qualità di Maskelein e dei suoi seguaci. L'International Meridian Conference del 1884 a Washington adottò il meridiano di Greenwich come zero, che segnò l'inizio della creazione del sistema di tempo standard universale. Prima di questa data, la discrepanza nell'ora locale di diversi paesi e persino città era tale da creare seri problemi, ad esempio, per gli orari ferroviari. L'ultimo paese che è passato alle coordinate secondo Greenwich è stata la Francia (1911) e l'unificazione del conteggio del tempo non è stata completata fino ad oggi,che è ben noto al popolo russo per la mutevole politica dell'ora legale.
Anche i cronometri britannici erano considerati lo standard di qualità tra i marinai di tutti i paesi almeno fino alla metà del XIX secolo. Ma sebbene il conteggio delle longitudini da parte del cronometro fosse più veloce e più accurato del conteggio in base alle "distanze lunari", gli almanacchi nautici mantennero le loro posizioni per tutto il XIX secolo. I cronometri erano ben lungi dall'essere su tutte le navi a metà del XIX secolo a causa del loro alto costo. Inoltre, i marinai hanno capito molto rapidamente che avrebbero dovuto esserci almeno tre cronometri sulla nave in modo che gli errori nelle loro letture potessero essere rilevati ed eliminati. Se due dei tre cronometri mostrano la stessa ora, è chiaro che il terzo è sbagliato e quanto è sbagliato (questo è il primo esempio noto di tripla ridondanza modulare). Ma anche in questo caso, le letture del cronometro sono state confrontate con dati astronomici. "… Il venerabile Stepan Ilyich finisce frettolosamente il suo terzo bicchiere,finisce la seconda sigaretta spessa e sale al piano di sopra con un sestante per prendere le altezze del sole per determinare la longitudine del luogo "- così K. Stanyukovich descrisse il lavoro di un navigatore navale all'inizio degli anni '60 dell'Ottocento, nonostante la nave fosse dotata di diversi cronometri.
All'inizio del XX secolo, i cronometri hanno raggiunto una precisione di 0,1 secondi al giorno, grazie alle scoperte nella metallurgia e nella scienza dei materiali. Nel 1896, Charles Guillaume creò leghe ferro-nichel, con coefficienti minimi di espansione termica (invar) e termoelasticità (elinvar), che furono accoppiati per compensarsi a vicenda in coppia. È così che è apparso un materiale di alta qualità per la molla e il bilanciere (nel 1920 Guillaume ha ricevuto il premio Nobel per la fisica per questi lavori). Analoghi moderni di Invar ed Elinvar includono anche il berillio.
Con l'invenzione della radio, le stazioni radio terrestri iniziarono a trasmettere le loro coordinate. All'inizio della prima guerra mondiale, la necessità di un metodo di distanza lunare scomparve e il cronometraggio divenne un metodo di controllo aggiuntivo. Allo stesso tempo, è stato trovato un nuovo oscillatore armonico di migliore qualità rispetto a un pendolo o un bilanciatore a molla. Nel 1880 Pierre e Jacques Curie scoprirono le proprietà piezoelettriche del quarzo e nel 1921 Walter Cady sviluppò il primo risonatore al quarzo. È così che sono apparse le basi tecnologiche per la creazione di orologi al quarzo, che inizialmente erano utilizzati come fonti di segnali orari precisi, e dagli anni '60 sono diventati strumenti di massa. I cronometri marini iniziarono a essere soppiantati dagli orologi elettronici.
Con l'inizio dell'era spaziale, la navigazione fece il passo successivo. È interessante notare che lo schema di base della navigazione satellitare non è sostanzialmente diverso dalla proposta di Whiston di posizionare navi stazionarie in mare, in base ai segnali di cui i navigatori determineranno le loro coordinate: si tratta di satelliti che trasmettono le loro coordinate e l'ora universale per segnalare i ricevitori sulla Terra. Le tecnologie del 20 ° secolo hanno permesso di attuare i piani del 18 ° secolo a un nuovo livello. Dal 1972 al 1990 è stata creata una costellazione orbitale di satelliti per la navigazione GPS, che nel 1992 è stata aperta per uso civile. Dal 2011, il GLONASS sovietico-russo ha raggiunto la sua capacità di progettazione e altri due sistemi sono in preparazione per il lancio, quello europeo (Galileo) e quello cinese (Beidou). La massima precisione di questi sistemi si misura in metri. I satelliti sono utilizzati anche in diversi sistemi geodetici moderni, il più grande dei quali, il francese DORIS, ha una precisione al centimetro. Gli smartphone degli anni 2010 hanno iniziato a includere semplici sistemi di navigazione collegati a satelliti con una precisione da 8 a 32 metri e una funzione di sincronizzazione automatica dell'ora utilizzando segnali da operatori cellulari e risorse Internet di "tempo atomico".
Tuttavia, il calcolo delle coordinate "lungo la Luna" solo nel XX secolo iniziò ad essere escluso dai programmi di addestramento per i marinai, e gli almanacchi nautici sono ancora in corso di pubblicazione. Questa è una rete di sicurezza molto appropriata. Se un elettricista fallisce su una nave, il marinaio non deve perdere i suoi aiuti alla navigazione. Ma anche non sapendo come gestire il sestante e l'almanacco, il marinaio (e chiunque abbia finito di leggere questo articolo) potrà determinare le sue coordinate con una precisione di una frazione di grado, utilizzando un orologio da polso e un'ombra da qualsiasi oggetto verticale. Il progresso tecnologico degli ultimi secoli ha permesso di portare sulla mano, se non un cronometro, una somiglianza piuttosto stretta.
Autore: Yuri Ammosov
