Engineering

John Harrison - Solved the Longitude Problem

#016 · 5 min read

A ship struggles against turbulent waves under a stormy sky, with lightning illuminating the scene, symbolizing the challenges faced by navigators in the 18th century.

In 1714, the British Parliament offered a fortune to anyone who could fix the worst problem in navigation: knowing where you were at sea. A Yorkshire carpenter, working alone in a village workshop, took it apart with a clock.

On the night of 22 October 1707, a fleet of British warships under Admiral Cloudesley Shovell sailed home from Gibraltar in heavy weather and misjudged its position. The flagship struck the Scilly Isles in the dark. Three more ships followed her onto the rocks within the hour. Somewhere between 1,400 and 2,000 sailors drowned. Shovell himself washed up alive on a beach, where, by one contemporary account, a local woman murdered him for the emerald ring on his finger.

The disaster was not a freak of weather. It was a freak of arithmetic. Latitude — north–south position — had been solvable since antiquity: measure the angle of the noon Sun, or of Polaris at night, and you had it within a few miles. Longitude was a different animal. Because the Earth rotates, east–west position is a question about time. If you know it is noon where you are, and you also know it is, say, 2:30 p.m. at a fixed reference port, the difference of two and a half hours puts you 37.5 degrees of longitude west of that port. Simple, except for one thing: nothing in 1707 could keep accurate time aboard a pitching, salt-damp, temperature-swinging wooden ship.

Corpus Clock reflections arripay · BY-SA 2.0

In 1714, under pressure from a petition organised in part by Isaac Newton and Edmond Halley, Parliament passed the Longitude Act. It offered £20,000 — comfortably over £3 million today — for any method of determining longitude at sea to within half a degree on a voyage to the West Indies. A Board of Longitude was set up to administer the prize.

A carpenter's clock

The scientific establishment was sure the answer would come from the sky. Newton himself thought a mechanical clock at sea was hopeless, and that the prize would be won by the method of lunar distances — measuring the angle between the Moon and a fixed star, then comparing it to tables computed back in Greenwich. The Astronomer Royal kept observing. Mathematicians kept publishing.

A storm-damaged eighteenth-century naval coastline at night Illustration · AI-generated (FLUX.1-dev)

John Harrison was a village carpenter from Barrow-upon-Humber in Lincolnshire, born in 1693, the son of a joiner. He had no formal education in horology, mathematics or natural philosophy. He had taught himself to read by copying out a borrowed copy of a lecture series by the natural philosopher Nicholas Saunderson. By his twenties he was building tower clocks out of oak, with self-lubricating lignum vitae bushings instead of metal-on-metal bearings that would need oiling. They kept time to a second a month — better than any London-made brass clock of the period.

Harrison's idea was the one Newton had ruled out. A sea clock. He worked on it, in successive versions, for the rest of his life.

A 1714 London committee room lit by tall windows Illustration · AI-generated (FLUX.1-dev)

H1, H2, H3, H4

H1, finished in 1735, weighed 34 kilograms and looked like a brass cathedral: counter-oscillating dumbbells that cancelled the ship's roll, antifriction rollers, no pendulum. The Board sent it on a sea trial to Lisbon. It performed well enough that they gave Harrison £500 to keep going. H2 was heavier, more refined, and never went to sea — Harrison himself found a flaw in the bar balances and asked to start again. H3 took him nineteen years. It introduced the bimetallic strip, his own invention, to compensate for temperature, and the caged roller bearing, which is still in every modern wheel hub on Earth.

Then, around 1753, Harrison did something nobody saw coming. He abandoned the cathedral approach and built H4: a pocket watch, 13 centimetres across, 1.45 kilograms, with a tiny diamond-and-ruby escapement and a high-frequency balance. In 1761 his son William carried it to Jamaica aboard HMS *Deptford*. After 81 days at sea, the watch had lost five seconds. That was an error of about one nautical mile of longitude — six times better than the prize required.

The Board did not pay.

John Harrison in a Lincolnshire carpenter workshop Illustration · AI-generated (FLUX.1-dev)

What we still don't know

The historical record is unusually clear about Harrison's instruments and unusually murky about why the Board treated him as it did. The Astronomer Royal at the time, Nevil Maskelyne, was a partisan of the lunar-distance method and sat on the Board that judged Harrison's watch. Whether Maskelyne acted in bad faith or in honest scientific scepticism — the watch was, after all, a single object whose principles he could not yet verify — is still argued by historians.

John Harrison Thomas King († circa 1796date QS:P,+1796-00-00T00:00:00Z/9,P · Public domain

We do not fully know how Harrison's escapement worked. The H4 was sealed, and when Maskelyne's committee finally dismantled it in 1765 the drawings they made are incomplete. Modern reconstructions are educated guesses.

A macro museum-style study of Harrison engineering: a brass sea-clock mechanism open on a Illustration · AI-generated (FLUX.1-dev)

And we do not know what Harrison would have built next. He died in 1776, three years after a personal intervention by King George III finally forced Parliament to pay him the balance of the award. He was 83. By then the watchmaker Larcum Kendall had already produced K1, a copy of H4, which James Cook carried on his second Pacific voyage and called "our trusty friend the watch."

The principle Harrison settled — that position is a problem about time, and that the way to solve it is to carry a clock you trust — is the principle on which every GPS satellite still operates. The satellites overhead are, in the end, very accurate clocks, broadcasting the time. A Lincolnshire carpenter got there first, with brass and lignum vitae, alone.

1714年，英国议会悬赏重金，寻觅能攻克航海史头号难题——确定海上方位的人。一位约克郡木匠，在乡间作坊里孑然一身，凭着一座时钟，拆解了这一难题。

1707年10月22日夜，海军上将 Cloudesley Shovell 统领的一支英国战舰编队在恶劣天气中从直布罗陀启程回国，却误判了方位。旗舰在黑暗中触礁，撞上了 Scilly Isles。一小时内，又有三艘船随之触礁。约1400至2000名水手溺亡。Shovell本人被冲上海滩时还活着，但据当时的一份记录，当地一名妇女为了抢夺他手指上的祖母绿戒指而杀害了他。

这场灾难并非天气的异象，而是算术的谬误。纬度——即南北位置——自古以来便是可解的：只需测量正午太阳的角度，或夜晚北极星的角度，便能将误差控制在几英里之内。经度则是完全不同的难题。由于地球自转，东西位置本质上是一个关于时间的问题。如果你知道所在地是正午，同时也知道某个参考港口的时间（例如下午2:30），那么两个半小时的时差就意味着你位于该港口以西经度37.5度处。道理很简单，但有一点除外：在1707年，没有任何工具能在颠簸剧烈、盐渍潮湿、温差巨大的木制船只上保持精准计时。

1714年，在由 Isaac Newton 和 Edmond Halley 等人发起的请愿压力下，议会通过了 Longitude Act。法案悬赏2万英镑——相当于今天的300多万英镑——征集任何能在前往西印度群岛的航程中，将海上经度定位误差控制在半度以内的方案。为此，政府设立了 Board of Longitude 来管理这一奖项。

木匠的时钟

科学权威坚信答案将来自星空。牛顿本人认为在海上运行机械钟毫无希望，大奖必将归属于 lunar distances 法——即测量月球与某颗恒星之间的夹角，然后对比格林威治预先算好的星表。皇家天文学家继续观测，数学家们继续发表论文。

John Harrison 是林肯郡巴罗昂亨伯村的一名乡村木匠，出生于1693年，父亲也是一名木工。他从未受过钟表制造、数学或自然哲学方面的正式教育。他通过抄写借来的自然哲学家尼古拉斯·桑德森（Nicholas Saunderson）的系列讲义自学成才。二十多岁时，他就开始用橡木制造塔楼大钟，并使用具有自润滑功能的愈疮木轴衬，而非需要润滑油的金属轴承。这些大钟每月误差仅一秒——精度优于当时伦敦制造的所有黄铜钟。

哈里森的想法正是被牛顿否定的那一个：航海钟。在其余生中，他不断改进，推出了一个又一个版本。

H1, H2, H3, H4

完工于1735年的H1重达34公斤，外观酷似一座黄铜大教堂：它采用反向振动的哑铃形摆轮以抵消船只晃动，配有防摩擦滚轮，且无需摆锤。经度委员会将其送往里斯本进行海试。由于表现尚佳，委员会资助了哈里森500英镑以继续研发。H2更重、更精细，但从未出海——哈里森本人发现了横杆平衡器的缺陷，要求重头再来。H3耗费了他十九年的心血。它引入了由他发明的双金属片以补偿温度变化，还有笼式滚针轴承——这种设计至今仍应用于地球上每一个现代轮毂中。

随后，在1753年前后，哈里森做出了一件出人意料的事。他放弃了“大教堂”式的复杂结构，制造了H4：这是一款直径13厘米、重1.45公斤的怀表，配有微小的钻石及红宝石擒纵机构和高频摆轮。1761年，他的儿子威廉携带H4乘坐“特普福德号”（HMS *Deptford*）前往牙买加。海上航行81天后，这块表仅慢了5秒。经度误差约为1海里——其精度比大奖的要求高出六倍。

委员会并未支付奖金。

我们仍未解开的谜团

历史记录对哈里森的时钟记载得异常清晰，但对委员会为何如此对待他却讳莫如深。时任皇家天文学家 Nevil Maskelyne 是月距法的坚定拥护者，也是评审哈里森怀表的委员会成员。马斯基林是出于恶意，还是基于诚实的科学怀疑（毕竟这块表是孤本，其原理在当时尚无法验证），史学界至今仍争论不休。

我们至今不完全清楚哈里森的擒纵机构是如何运作的。H4曾被密封，当马斯基林的委员会在1765年最终将其拆解时，他们绘制的图纸并不完整。现代的复刻版本大多只是推测之作。

我们也不知道哈里森接下来的作品会是什么。他在1776年去世，三年前，在国王 George III 的直接干预下，议会终于被迫向他支付了奖金余款。他终年83岁。彼时，钟表匠 Larcum Kendall 已经制造出了K1（H4的复制品），James Cook 在他的第二次太平洋航行中携带了此表，并称之为“我们信赖的朋友”。

哈里森确立的原则——定位是一个关于时间的问题，而解决之道是携带一台值得信赖的时钟——至今仍是每一颗GPS卫星运行的基石。头顶上的卫星本质上就是极其精准的时钟，在不停地广播时间。而一名林肯郡的木匠，凭借黄铜、愈疮木和一腔孤勇，率先抵达了真理的彼岸。

في عام ١٧١٤، رصد البرلمان البريطاني ثروة طائلة لمن يستطيع حل المعضلة الكبرى في الملاحة: تحديد الموقع في عرض البحر. نجار من يوركشاير، يعمل بمفرده في ورشة قروية، فكك لغزها بساعة.

في ليلة 22 أكتوبر 1707، كان أسطول من السفن الحربية البريطانية بقيادة الأدميرال Cloudesley Shovell في طريقه إلى الوطن قادمًا من جبل طارق وسط طقس عاصف، وقد أخطأ في تقدير موقعه. اصطدمت سفينة القيادة بـ Scilly Isles في الظلام، وتبعتها ثلاث سفن أخرى لتتحطم فوق الصخور خلال ساعة واحدة. غرق ما بين 1400 و2000 بحار. أما شوفيل نفسه، فقد قذفته الأمواج حيًا إلى الشاطئ، حيث تذكر إحدى الروايات المعاصرة أن امرأة محلية قتلته طمعًا في خاتم الزمرد الذي كان في إصبعه.

لم تكن الكارثة مجرد نوبة غضب من الطبيعة، بل كانت خللاً في الحساب. فخطوط العرض — الموقع بين الشمال والجنوب — كانت قابلة للحل منذ العصور القديمة: يكفي قياس زاوية الشمس عند الظهر، أو نجم القطب ليلاً، لتعرف موقعك بدقة تصل إلى بضعة أميال. أما خطوط الطول فكانت شأنًا آخر تمامًا. وبما أن الأرض تدور، فإن الموقع شرقًا وغربًا هو مسألة تتعلق بالزمن. إذا كنت تعلم أن الوقت هو الظهر حيث أنت، وتعلم أيضًا أنه، لنقل، الساعة الثانية والنصف بعد الظهر في ميناء مرجعي محدد، فإن فرق الساعتين والنصف يضعك عند 37.5 درجة من خط الطول غرب ذلك الميناء. الأمر بسيط، لولا عقبة واحدة: في عام 1707، لم يكن هناك شيء يمكنه الحفاظ على دقة الوقت على متن سفينة خشبية تترنح وسط الرطوبة الملحية وتقلبات درجات الحرارة.

في عام 1714، وتحت ضغط عريضة ساهم في تنظيمها كل من Isaac Newton وEdmond Halley، أقر البرلمان Longitude Act. عرض القانون جائزة قدرها 20,000 جنيه إسترليني — ما يعادل بشكل مريح أكثر من 3 ملايين جنيه اليوم — لمن يبتكر أي طريقة لتحديد خطوط الطول في عرض البحر بدقة تصل إلى نصف درجة خلال رحلة إلى جزر الهند الغربية. كما أُنشئ Board of Longitude للإشراف على الجائزة.

ساعة نجار

كانت النخبة العلمية واثقة من أن الحل سيأتي من السماء. رأى نيوتن نفسه أن الاعتماد على ساعة ميكانيكية في عرض البحر أمر ميؤوس منه، وأن الجائزة ستُحسم بطريقة lunar distances — وهي قياس الزاوية بين القمر ونجم ثابت، ثم مقارنتها بجداول حسابية تم إعدادها في غرينتش. واصل الفلكي الملكي رصده، وواصل علماء الرياضيات نشر أبحاثهم.

كان John Harrison نجارًا ريفيًا من قرية بارو-أبون-هامبر في لينكولنشاير، ولد عام 1693، وهو ابن نجار بناء. لم يتلقَ تعليمًا رسميًا في علم الساعات أو الرياضيات أو الفلسفة الطبيعية. تعلم القراءة بمفرده من خلال نسخ نسخة مستعارة من سلسلة محاضرات للفيلسوف الطبيعي نيكولاس سوندرسون. وبحلول العشرينات من عمره، كان يبني ساعات أبراج من خشب البلوط، مستخدمًا جِلبًا من خشب "ليجنوم فيتا" ذاتي التشحيم بدلاً من المحامل المعدنية التي تتطلب تزييتًا. كانت تلك الساعات تحافظ على دقة الوقت بفارق ثانية واحدة في الشهر — وهو أداء يتفوق على أي ساعة نحاسية مصنوعة في لندن في ذلك العصر.

كانت فكرة هاريسون هي تلك التي استبعدها نيوتن: ساعة بحرية. عكف على تطويرها، في نسخ متتالية، لما تبقى من حياته.

H1، H2، H3، H4

كان وزن ساعة H1، التي اكتملت في عام 1735، يبلغ 34 كيلوغرامًا، وبدت وكأنها كاتدرائية نحاسية: أثقال موازنة تتأرجح بشكل متعاكس لإلغاء تأثير تمايل السفينة، وبكرات مضادة للاحتكاك، وبلا بندول. أرسلها المجلس في تجربة بحرية إلى لشبونة، وكان أداؤها جيدًا لدرجة أنهم منحوا هاريسون 500 جنيه لمواصلة العمل. كانت H2 أثقل وأكثر دقة، لكنها لم تذهب إلى البحر أبدًا؛ إذ اكتشف هاريسون بنفسه عيبًا في موازين القضبان وطلب البدء من جديد. استغرقت H3 تسعة عشر عامًا من حياته، وقدم فيها "الشريط ثنائي المعدن"، وهو اختراعه الخاص لتعويض تغيرات الحرارة، ومحمل البكرات المغطى، الذي لا يزال مستخدمًا في كل محور عجلات حديث على وجه الأرض.

ثم، قرابة عام 1753، فعل هاريسون شيئًا لم يتوقعه أحد. تخلى عن نهج الكاتدرائية وبنى H4: ساعة جيب بقطر 13 سنتيمترًا ووزن 1.45 كيلوغرامًا، مزودة بميزان ساعة صغير من الماس والياقوت وتوازن عالي التردد. في عام 1761، حملها ابنه ويليام إلى جامايكا على متن السفينة الملكية *Deptford*. وبعد 81 يومًا في عرض البحر، فقدت الساعة خمس ثوانٍ فقط. كان ذلك يعني خطأً قدره ميل بحري واحد تقريبًا من خط الطول — وهو أداء أفضل بست مرات مما كانت تتطلبه الجائزة.

ولم يدفع المجلس الجائزة.

ما لا نزال نجهله

السجل التاريخي واضح بشكل غير عادي فيما يتعلق بآلات هاريسون، لكنه غامض بشكل غير عادي حول السبب الذي دفع المجلس لمعاملته بتلك الطريقة. كان الفلكي الملكي آنذاك، Nevil Maskelyne، من أنصار طريقة "المسافات القمرية" وكان عضوًا في المجلس الذي حكم على ساعة هاريسون. ولا يزال المؤرخون يتجادلون حول ما إذا كان ماسكيلين قد تصرف بسوء نية أم بدافع الشك العلمي الصادق — فالساعة كانت، في النهاية، قطعة فريدة لم يستطع بعد التحقق من مبادئ عملها.

لا نعرف تمامًا كيف كان ميزان ساعة هاريسون يعمل. كانت H4 محكمة الإغلاق، وعندما قامت لجنة ماسكيلين أخيرًا بتفكيكها في عام 1765، كانت الرسوم التي وضعوها غير مكتملة. أما عمليات إعادة البناء الحديثة فليست سوى تخمينات مدروسة.

ولا نعرف ماذا كان هاريسون سيبني تاليًا. توفي في عام 1776، بعد ثلاث سنوات من تدخل شخصي من الملك George III أجبر البرلمان أخيرًا على دفع ما تبقى من مكافأته. كان قد بلغ من العمر 83 عامًا. وبحلول ذلك الوقت، كان صانع الساعات Larcum Kendall قد أنتج بالفعل نسخة K1، وهي محاكاة لـ H4، حملها James Cook في رحلته الثانية عبر المحيط الهادئ ووصفها بأنها "ساعتنا الصديقة الموثوقة".

المبدأ الذي أرساه هاريسون — وهو أن الموقع مسألة تتعلق بالزمن، وأن الطريق لحلها هو حمل ساعة تثق بها — هو المبدأ الذي لا يزال كل قمر صناعي في نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) يعمل بموجبه. إن الأقمار الصناعية فوق رؤوسنا هي، في نهاية المطاف، ساعات دقيقة للغاية تبث الوقت. لقد وصل نجار من لينكولنشاير إلى هناك أولاً، بالنحاس وخشب "ليجنوم فيتا"، وبمفرده تمامًا.

En 1714, el Parlamento británico ofreció una fortuna a quien lograra resolver el peor problema de la navegación: saber dónde se hallaba uno en alta mar. Un carpintero de Yorkshire, trabajando a solas en el taller de una aldea, lo desarmó con un reloj.

En la noche del 22 de octubre de 1707, una flota de buques de guerra británicos bajo el mando del almirante Cloudesley Shovell navegaba de regreso a casa desde Gibraltar en medio de un fuerte temporal y erró en el cálculo de su posición. El buque insignia encalló en las Scilly Isles al amparo de la oscuridad. Otros tres barcos le siguieron hacia las rocas antes de que transcurriera una hora. Entre 1.400 y 2.000 marineros perecieron ahogados. El propio Shovell llegó vivo a una playa donde, según un relato de la época, una lugareña lo asesinó para arrebatarle el anillo de esmeraldas que lucía en el dedo.

Aquel desastre no fue un capricho del clima. Fue un capricho de la aritmética. La latitud —la posición norte-sur— se podía determinar desde la antigüedad: bastaba con medir el ángulo del sol al mediodía, o de la estrella Polar por la noche, y se obtenía con un margen de error de pocas millas. La longitud era un asunto muy distinto. Dado que la Tierra gira, la posición este-oeste es una cuestión de tiempo. Si uno sabe que es mediodía donde se encuentra y sabe también que son, por ejemplo, las 2:30 p. m. en un puerto de referencia fijo, la diferencia de dos horas y media lo sitúa a 37,5 grados de longitud al oeste de dicho puerto. Sencillo, excepto por un detalle: en 1707 nada era capaz de mantener la hora con precisión a bordo de un navío de madera sometido a los cabeceos, la humedad salina y las oscilaciones térmicas.

En 1714, bajo la presión de una petición organizada en parte por Isaac Newton y Edmond Halley, el Parlamento aprobó la Longitude Act. Se ofrecía una recompensa de 20.000 libras —fácilmente más de 3 millones de libras actuales— por cualquier método que permitiera determinar la longitud en el mar con un margen de medio grado en un viaje a las Indias Occidentales. Se constituyó una Board of Longitude para administrar el premio.

El reloj de un carpintero

El estamento científico estaba convencido de que la respuesta vendría del cielo. El propio Newton consideraba que un reloj mecánico en el mar era una causa perdida, y que el premio lo ganaría el método de las lunar distances: medir el ángulo entre la Luna y una estrella fija para luego compararlo con tablas calculadas en Greenwich. El Astrónomo Real continuó observando. Los matemáticos siguieron publicando.

John Harrison era un carpintero de aldea de Barrow-upon-Humber, en Lincolnshire, nacido en 1693 e hijo de un ebanista. No poseía educación formal en relojería, matemáticas o filosofía natural. Había aprendido a leer por su cuenta transcribiendo un ejemplar prestado de una serie de conferencias del filósofo natural Nicholas Saunderson. A los veinte años ya construía relojes de torre hechos de roble, con bujes de madera de guayacán autolubricantes en lugar de cojinetes de metal que habrían requerido aceite. Mantenían la hora con una precisión de un segundo al mes, mejor que cualquier reloj de latón fabricado en Londres en aquella época.

La idea de Harrison era precisamente la que Newton había descartado. Un cronómetro marino. Trabajó en él, en versiones sucesivas, durante el resto de su vida.

H1, H2, H3, H4

El H1, terminado en 1735, pesaba 34 kilogramos y parecía una catedral de latón: pesantes oscilantes contrapuestos que compensaban el balanceo del barco, rodillos antifricción y nada de péndulo. La Junta lo envió a una prueba de navegación hacia Lisboa. Se desempeñó lo suficientemente bien como para que entregaran a Harrison 500 libras para que continuara. El H2 fue más pesado y refinado, pero nunca se hizo a la mar; el propio Harrison halló un defecto en los balancines y pidió empezar de nuevo. El H3 le tomó diecinueve años. En él introdujo la lámina bimetálica, invención propia para compensar los cambios de temperatura, y el rodamiento de rodillos enjaulados, que todavía hoy se encuentra en los cubos de rueda de todo el planeta.

Entonces, hacia 1753, Harrison hizo algo que nadie vio venir. Abandonó el enfoque de la "catedral" y construyó el H4: un reloj de bolsillo de 13 centímetros de diámetro y 1,45 kilogramos, con un diminuto escape de diamantes y rubíes y un volante de alta frecuencia. En 1761, su hijo William lo llevó a Jamaica a bordo del HMS *Deptford*. Tras 81 días en el mar, el reloj había perdido cinco segundos. Aquello suponía un error de aproximadamente una milla náutica de longitud: seis veces mejor de lo que exigía el premio.

La Junta no pagó.

Lo que aún desconocemos

El registro histórico es inusualmente claro respecto a los instrumentos de Harrison e inusualmente turbio sobre por qué la Junta lo trató de esa manera. El Astrónomo Real de entonces, Nevil Maskelyne, era partidario del método de las distancias lunares y formaba parte de la Junta que juzgó el reloj de Harrison. Si Maskelyne actuó de mala fe o movido por un honesto escepticismo científico —el reloj era, al fin y al cabo, un objeto único cuyos principios aún no podía verificar— es algo que los historiadores todavía debaten.

No sabemos con total certeza cómo funcionaba el escape de Harrison. El H4 estaba sellado, y cuando el comité de Maskelyne finalmente lo desmanteló en 1765, los dibujos que realizaron resultaron incompletos. Las reconstrucciones modernas no son más que conjeturas fundamentadas.

Y no sabemos qué habría construido Harrison después. Murió en 1776, tres años después de que una intervención personal del rey George III obligara finalmente al Parlamento a pagarle el resto de la recompensa. Tenía 83 años. Para entonces, el relojero Larcum Kendall ya había fabricado el K1, una copia del H4, que James Cook llevó en su segundo viaje al Pacífico y al que llamó "nuestro fiel amigo el reloj".

El principio que Harrison estableció —que la posición es un problema de tiempo y que la forma de resolverlo es llevar un reloj en el que se confíe— es el principio sobre el cual opera todavía cada satélite GPS. Los satélites que sobrevuelan nuestras cabezas son, en última instancia, relojes muy precisos que transmiten la hora. Un carpintero de Lincolnshire llegó allí primero, a solas, con latón y madera de guayacán.

१७१४ में, ब्रितानी संसद ने नौवहन की सबसे विकट समस्या को सुलझाने वाले के लिए एक बड़ी धनराशि की पेशकश की: समुद्र में अपनी सही स्थिति का पता लगाना। यॉर्कशायर के एक बढ़ई ने, गाँव की एक कार्यशाला में अकेले काम करते हुए, एक घड़ी के ज़रिए इस गुत्थी को सुलझा दिया।

22 अक्टूबर 1707 की रात को, एडमिरल Cloudesley Shovell के नेतृत्व में ब्रिटिश युद्धपोतों का एक बेड़ा खराब मौसम के बीच जिब्राल्टर से घर वापस लौट रहा था और अपनी स्थिति का गलत आकलन कर बैठा। अंधेरे में उनका प्रमुख जहाज Scilly Isles से टकरा गया। एक घंटे के भीतर ही तीन और जहाज उसी के पीछे चट्टानों से जा टकराए। लगभग 1,400 से 2,000 के बीच नाविक डूब गए। शोवेल स्वयं जीवित अवस्था में बहकर एक तट पर पहुँच गए थे, जहाँ उस समय के एक विवरण के अनुसार, एक स्थानीय महिला ने उनकी उंगली में पहनी पन्ने की अंगूठी के लिए उनकी हत्या कर दी।

यह आपदा मौसम की कोई अनहोनी नहीं थी, बल्कि अंकगणित का एक फेर थी। अक्षांश — उत्तर-दक्षिण की स्थिति — प्राचीन काल से ही ज्ञात की जा सकती थी: दोपहर के सूर्य या रात में ध्रुवतारे का कोण मापें, और आपको कुछ ही मील के भीतर अपनी स्थिति का पता चल जाता था। देशांतर की गुत्थी बिल्कुल अलग थी। क्योंकि पृथ्वी घूमती है, इसलिए पूर्व-पश्चिम की स्थिति का सवाल समय से जुड़ा है। यदि आप जानते हैं कि जहाँ आप हैं वहाँ दोपहर है, और आपको यह भी पता है कि किसी संदर्भ बंदरगाह पर, उदाहरण के लिए, दोपहर के 2:30 बजे हैं, तो ढाई घंटे का यह अंतर आपको उस बंदरगाह से 37.5 डिग्री देशांतर पश्चिम में रखता है। यह सरल था, सिवाय एक बात के: 1707 में ऐसी कोई चीज़ नहीं थी जो लहरों पर डगमगाते, नमक की नमी से भरे और बदलते तापमान वाले लकड़ी के जहाज पर सटीक समय बता सके।

1714 में, Isaac Newton और Edmond Halley द्वारा आंशिक रूप से संगठित एक याचिका के दबाव में, संसद ने Longitude Act पारित किया। इसमें वेस्ट इंडीज की यात्रा के दौरान समुद्र में आधे डिग्री की सटीकता के भीतर देशांतर निर्धारित करने की किसी भी विधि के लिए 20,000 पाउंड का पुरस्कार रखा गया था — जो आज के हिसाब से 30 लाख पाउंड से भी कहीं अधिक है। पुरस्कार के प्रबंधन के लिए एक Board of Longitude का गठन किया गया।

एक बढ़ई की घड़ी

वैज्ञानिक जगत को यकीन था कि इसका समाधान आकाश से मिलेगा। न्यूटन स्वयं मानते थे कि समुद्र में यांत्रिक घड़ी का उपयोग निरर्थक है, और यह पुरस्कार 'चंद्र दूरी' (lunar distances) की विधि से जीता जाएगा — यानी चंद्रमा और किसी स्थिर तारे के बीच के कोण को मापना और फिर ग्रीनविच में गणना की गई तालिकाओं से उसकी तुलना करना। 'एस्ट्रोनॉमर रॉयल' निरंतर अवलोकन करते रहे। गणितज्ञ अपने शोध प्रकाशित करते रहे।

John Harrison लिंकनशायर के बैरो-अपॉन-हंबर के एक ग्रामीण बढ़ई थे, जिनका जन्म 1693 में एक बढ़ई के घर हुआ था। उनके पास घड़ीसाज़ी, गणित या प्राकृतिक दर्शन की कोई औपचारिक शिक्षा नहीं थी। उन्होंने प्राकृतिक दार्शनिक निकोलस सॉन्डरसन की व्याख्यान श्रृंखला की एक उधार ली गई प्रति की नकल करके खुद को पढ़ना सिखाया था। अपने बीसवें दशक तक वे ओक की लकड़ी से 'टावर क्लॉक' बनाने लगे थे, जिसमें धातु-पर-धातु वाले बेयरिंग के बजाय स्व-स्नेहक 'लिग्नम विटा' (lignum vitae) बुशिंग का उपयोग किया गया था। वे महीने में एक सेकंड की सटीकता के साथ समय बताती थीं — जो उस दौर की लंदन में बनी पीतल की किसी भी घड़ी से बेहतर थी।

हैरिसन का विचार वही था जिसे न्यूटन ने खारिज कर दिया था। एक समुद्री घड़ी। उन्होंने अपने शेष जीवन में इसके क्रमिक संस्करणों पर काम किया।

H1, H2, H3, H4

1735 में बनकर तैयार हुई H1 का वजन 34 किलोग्राम था और यह पीतल के किसी गिरजाघर जैसी दिखती थी: इसमें विपरीत दिशाओं में दोलन करने वाले डंबल थे जो जहाज की हलचल के प्रभाव को खत्म करते थे, घर्षण-रोधी रोलर्स थे, और कोई पेंडुलम नहीं था। बोर्ड ने इसे लिस्बन की समुद्री यात्रा पर परीक्षण के लिए भेजा। इसने इतना अच्छा प्रदर्शन किया कि उन्होंने हैरिसन को काम जारी रखने के लिए 500 पाउंड दिए। H2 अधिक भारी और परिष्कृत थी, लेकिन वह कभी समुद्र में नहीं गई — स्वयं हैरिसन ने बार-बैलेंस में एक खामी पाई और नए सिरे से शुरुआत करने की अनुमति मांगी। H3 को बनाने में उन्हें उन्नीस साल लगे। इसमें उन्होंने तापमान की भरपाई के लिए अपनी स्वयं की खोज 'बाइमेटालिक स्ट्रिप' और 'केज्ड रोलर बेयरिंग' का परिचय दिया, जो आज भी दुनिया के हर आधुनिक पहिए के हब में मौजूद है।

फिर, 1753 के आसपास, हैरिसन ने कुछ ऐसा किया जिसकी किसी को उम्मीद नहीं थी। उन्होंने विशालकाय घड़ियों का विचार त्याग दिया और H4 बनाई: एक जेब घड़ी, जिसका व्यास 13 सेंटीमीटर और वजन 1.45 किलोग्राम था, जिसमें हीरे और माणिक से बना एक छोटा सा 'एस्केपमेंट' और एक उच्च-आवृत्ति वाला बैलेंस था। 1761 में उनके बेटे विलियम ने इसे HMS *Deptford* जहाज पर जमैका पहुँचाया। समुद्र में 81 दिनों के बाद, घड़ी केवल पाँच सेकंड पीछे हुई थी। यह देशांतर के लगभग एक समुद्री मील की त्रुटि थी — जो पुरस्कार के लिए आवश्यक सटीकता से छह गुना बेहतर थी।

बोर्ड ने भुगतान नहीं किया।

वह जो हम अब भी नहीं जानते

हैरिसन के उपकरणों के बारे में ऐतिहासिक रिकॉर्ड असामान्य रूप से स्पष्ट हैं, लेकिन इस बारे में उतने ही धुंधले हैं कि बोर्ड ने उनके साथ ऐसा व्यवहार क्यों किया। उस समय के 'एस्ट्रोनॉमर रॉयल', Nevil Maskelyne, चंद्र-दूरी विधि के पक्षधर थे और उसी बोर्ड के सदस्य थे जिसने हैरिसन की घड़ी का मूल्यांकन किया था। मास्कलिन ने दुर्भावना से काम किया या ईमानदारी से वैज्ञानिक संदेह के कारण — क्योंकि आखिरकार वह घड़ी एक अकेली वस्तु थी जिसके सिद्धांतों को वे अभी सत्यापित नहीं कर सकते थे — इस पर इतिहासकार आज भी बहस करते हैं।

हम पूरी तरह से नहीं जानते कि हैरिसन का 'एस्केपमेंट' कैसे काम करता था। H4 को सील कर दिया गया था, और जब 1765 में मास्कलिन की समिति ने अंततः इसे खोला, तो उनके द्वारा बनाए गए चित्र अधूरे थे। आधुनिक पुनर्निर्माण केवल शिक्षित अनुमानों पर आधारित हैं।

और हम नहीं जानते कि हैरिसन आगे क्या बनाते। 1776 में उनकी मृत्यु हो गई, राजा George III के व्यक्तिगत हस्तक्षेप के तीन साल बाद, जिसने अंततः संसद को उन्हें पुरस्कार की शेष राशि का भुगतान करने के लिए मजबूर किया था। वे 83 वर्ष के थे। तब तक घड़ीसाज़ Larcum Kendall पहले ही K1 बना चुके थे, जो H4 की एक प्रति थी। इसे James Cook अपनी दूसरी प्रशांत यात्रा पर ले गए थे और इसे "हमारी भरोसेमंद दोस्त घड़ी" कहा था।

हैरिसन ने जो सिद्धांत स्थापित किया — कि स्थिति का निर्धारण समय की एक समस्या है, और इसे हल करने का तरीका एक ऐसी घड़ी साथ रखना है जिस पर आप भरोसा कर सकें — वही सिद्धांत है जिस पर आज भी हर GPS उपग्रह काम करता है। ऊपर चक्कर लगा रहे उपग्रह, अंततः, समय प्रसारित करने वाली बहुत सटीक घड़ियाँ ही हैं। लिंकनशायर के एक बढ़ई ने पीतल और 'लिग्नम विटा' के सहारे, अकेले ही, वहाँ सबसे पहले पहुँचने का मार्ग प्रशस्त किया था।

1714年、英国議会は、航海における最大の難題——海上での自らの位置を知ること——を解決した者に、巨額の報奨金を提示した。ヨークシャーのひとりの大工が、村の作業場に独り籠もり、一台の時計をもってその謎を解き明かした。

1707年10月22日の夜、提督 Cloudesley Shovell 率いるイギリス艦隊は、悪天候の中をジブラルタルから帰途に就いていたが、自艦の位置を見誤った。旗艦は暗闇の中で Scilly Isles に衝突。その後1時間足らずの間に、さらに3隻の艦船が後を追うように岩礁に乗り上げた。溺死した水兵は1,400人から2,000人に及んだという。シャベル自身は生きて海岸に流れ着いたが、当時の記録によれば、指にはめられたエメラルドの指輪を狙った地元の女に殺害された。

この惨劇は、気象の気まぐれが引き起こしたものではない。それは算術の気まぐれによるものだった。緯度、つまり南北の位置関係は、古代から解決可能な問題だった。正午の太陽、あるいは夜の北極星の角度を測れば、数マイルの誤差で割り出すことができた。だが経度は全く別物だった。地球は自転しているため、東西の位置を知るということは「時間」を問うことに他ならない。もし自分のいる場所が正午だと分かっており、基準となる港（例えば母港）が午後2時30分だと分かれば、その2時間半の時差から、母港より西経37.5度の地点にいることが導き出される。理屈は単純だが、一つだけ問題があった。1707年当時、激しく揺れ、潮気にさらされ、激しい温度変化に晒される木造船の上で、正確に時を刻み続けられる装置は存在しなかったのである。

1714年、Isaac Newton や Edmond Halley らが組織した請願の圧力を受け、議会は Longitude Act（経度法）を可決した。これは、西インド諸島への航海において経度を0.5度以内の誤差で測定できる手法を確立した者に、2万ポンド（現在の価値で300万ポンド、約6億円を優に超える）の賞金を与えるというものだった。この賞金を管理するために Board of Longitude（経度委員会）が設立された。

大工の時計

科学界の主流派は、答えは空からもたらされると確信していた。ニュートン自身、洋上で動く機械式時計など望み薄だと考えており、月と固定された星の間の角度を測定し、グリニッジで算出された表と比較する「lunar distances（月角距離法）」が勝利を収めるだろうと予想していた。王室天文官は観測を続け、数学者たちは計算表を出版し続けた。

John Harrison は、リンカーンシャー州バロウ・アポン・ハンバー出身の村の大工だった。1693年、指物師の息子として生まれた彼は、時計学や数学、自然哲学の正規教育を受けたことはなかった。彼は自然哲学者ニコラス・サンダーソンの講義録を借りて書き写すことで、独学で読み書きを身につけた。20代になる頃には、彼はオーク材で塔時計を作っていた。金属同士の摩耗を防ぐための注油を必要としないよう、軸受には自己潤滑性のあるリグナムバイタ（パロサント）を用いていた。彼の時計は月に1秒の狂いもなかった。当時のロンドンで作られていたどんな真鍮製時計よりも正確だったのである。

ハリソンのアイデアは、ニュートンが不可能だと断じたものだった。すなわち「航海用時計」である。彼はその後の生涯をかけて、次々と改良版を製作し、その実現に挑み続けた。

H1, H2, H3, H4

1735年に完成したH1は、重量34キログラムで、まるで「真鍮の聖堂」のような外観をしていた。船の揺れを打ち消すために逆方向に振動するダンベル状の天輪や、摩擦を抑えるローラーを備え、振り子は使われていない。委員会はこの時計をリスボンへの試験航海に送り出した。結果は良好で、委員会は研究継続のためにハリソンに500ポンドを支給した。続くH2はより重く精巧なものだったが、一度も海へ出ることはなかった。ハリソン自身が天輪の欠陥に気づき、やり直しを求めたからである。H3の製作には19年を要した。この過程で彼は、温度変化を補正するための「バイメタル」や、現在も世界中のあらゆる車のホイールハブに使われている「ケージ付きローラーベアリング」を発明した。

そして1753年頃、ハリソンは誰も予想しなかった行動に出た。それまでの「聖堂」のようなアプローチを捨て、H4を製作したのである。それは直径13センチ、重さ1.45キログラムの懐中時計だった。微小なダイヤモンドとルビーを用いた脱進機と、高振動の天輪を備えていた。1761年、彼の息子ウィリアムはこの時計を携え、英海軍軍艦デプトフォード号でジャマイカへと向かった。81日間の航海の後、時計の遅れはわずか5秒だった。これは経度にして約1海里の誤差であり、賞金の条件よりも6倍も高い精度だった。

だが、委員会は賞金を支払わなかった。

今なお謎に包まれていること

歴史的な記録は、ハリソンの製作した計器については驚くほど詳細に残っているが、委員会がなぜ彼にあれほど冷酷な仕打ちをしたのかについては、驚くほど不透明である。当時の王室天文官 Nevil Maskelyne は月角距離法の支持者であり、ハリソンの時計を審査する委員会のメンバーでもあった。マスケリンが悪意を持って行動したのか、あるいは誠実な科学的懐疑心（結局のところ、その時計はまだ原理を検証できない一点物の魔法の箱に見えたのかもしれない）によるものだったのかは、今なお歴史家の間で議論が分かれている。

ハリソンの脱進機が実際にどのように機能していたのか、私たちは完全には理解していない。H4は密閉されており、1765年にマスケリンの委員会がようやくそれを解体した際に作成された図面は、不完全なものだった。現代の復元モデルは、あくまで学術的な推測に基づいている。

そして、ハリソンが次に何を製作したはずだったのかも、私たちは知る由もない。1776年、国王 George III の個人的な介入によってようやく議会が賞金の残額を支払うことを決めてから3年後、彼はこの世を去った。83歳だった。その頃にはすでに、時計職人の Larcum Kendall がH4の複製であるK1を完成させていた。James Cook は第2次太平洋航海にこれを携え、「我らが信頼すべき友、時計」と呼んだ。

ハリソンが確立した原理、すなわち「位置を知ることは時間の問題であり、それを解決する道は信頼できる時計を携行することである」という考えは、現在もすべてのGPS衛星が依拠している原理そのものである。頭上を飛ぶ衛星は、結局のところ、正確な時間を発信し続けている非常に精密な時計に他ならない。リンカーンシャーの一人の大工が、真鍮とリグナムバイタだけを手に、独力でその境地にたどり着いていたのである。

Pada tahun 1714, Parlemen Inggris menjanjikan kekayaan bagi siapa saja yang sanggup memecahkan kemelut terburuk dalam navigasi: mengetahui posisi di tengah laut. Seorang tukang kayu Yorkshire, yang bekerja sendirian di sebuah bengkel desa, membedahnya dengan sebuah jam.

Pada malam tanggal 22 Oktober 1707, armada kapal perang Inggris di bawah komando Laksamana Cloudesley Shovell berlayar pulang dari Gibraltar di tengah cuaca buruk dan keliru memperhitungkan posisinya. Kapal benderanya menghantam Scilly Isles dalam kegelapan. Tiga kapal lainnya menyusul karam ke karang dalam waktu satu jam. Antara 1.400 hingga 2.000 pelaut tenggelam. Shovell sendiri terdampar di pantai dalam keadaan hidup, di mana menurut salah satu catatan sezaman, seorang wanita setempat membunuhnya demi cincin zamrud di jarinya.

Bencana tersebut bukanlah sekadar kebetulan cuaca. Itu adalah kegagalan aritmetika. Lintang — posisi utara–selatan — telah dapat dipecahkan sejak zaman kuno: ukur sudut Matahari pada tengah hari, atau Bintang Polaris pada malam hari, dan Anda akan mendapatkannya dalam rentang beberapa mil. Bujur adalah perkara yang berbeda. Karena Bumi berputar, posisi timur–barat adalah pertanyaan tentang waktu. Jika Anda tahu bahwa sekarang tengah hari di tempat Anda berada, dan Anda juga tahu bahwa saat ini, katakanlah, pukul 14.30 di pelabuhan referensi tetap, selisih dua setengah jam tersebut menempatkan Anda 37,5 derajat bujur di sebelah barat pelabuhan itu. Sederhana saja, kecuali satu hal: tidak ada apa pun pada tahun 1707 yang dapat menjaga waktu secara akurat di atas kapal kayu yang terombang-ambing, lembap oleh garam, dan suhunya berubah-ubah.

Pada tahun 1714, di bawah tekanan dari petisi yang sebagian disusun oleh Isaac Newton dan Edmond Halley, Parlemen mengesahkan Longitude Act. Undang-undang ini menawarkan imbalan sebesar £20.000 — nilainya jauh melampaui £3 juta saat ini — untuk metode apa pun yang dapat menentukan garis bujur di laut hingga akurasi setengah derajat dalam pelayaran ke Hindia Barat. Sebuah Board of Longitude dibentuk untuk mengelola hadiah tersebut.

Jam sang tukang kayu

Kalangan ilmuwan yakin bahwa jawabannya akan datang dari langit. Newton sendiri menganggap jam mekanis di laut adalah hal yang mustahil, dan hadiah tersebut akan dimenangkan melalui metode lunar distances — mengukur sudut antara Bulan dan bintang tetap, lalu membandingkannya dengan tabel yang dihitung di Greenwich. Astronom Kerajaan terus melakukan pengamatan. Para matematikawan terus menerbitkan karya.

John Harrison adalah seorang tukang kayu desa dari Barrow-upon-Humber di Lincolnshire, lahir pada tahun 1693 sebagai putra seorang perajin kayu. Ia tidak memiliki pendidikan formal dalam bidang horologi, matematika, atau filsafat alam. Ia belajar membaca secara autodidak dengan menyalin rangkaian kuliah pinjaman karya filsuf alam Nicholas Saunderson. Menjelang usia dua puluhan, ia membangun jam menara dari kayu ek, dengan bantalan kayu *lignum vitae* yang melumasi sendiri sebagai pengganti bantalan logam-pada-logam yang perlu diminyaki. Jam-jam tersebut menjaga waktu dengan akurasi hingga satu detik per bulan — lebih baik daripada jam kuningan buatan London mana pun pada masa itu.

Ide Harrison adalah ide yang telah dikesampingkan oleh Newton. Sebuah jam laut. Ia mengerjakannya, dalam versi-versi yang berurutan, sepanjang sisa hidupnya.

H1, H2, H3, H4

H1, yang diselesaikan pada tahun 1735, berbobot 34 kilogram dan tampak seperti katedral kuningan: barbel yang saling berosilasi secara berlawanan untuk menetralkan guncangan kapal, rol antipenggesek, tanpa pendulum. Dewan mengirimnya untuk uji coba laut ke Lisbon. Jam itu bekerja cukup baik sehingga mereka memberi Harrison £500 untuk melanjutkan pekerjaannya. H2 lebih berat, lebih halus, dan tidak pernah melaut — Harrison sendiri menemukan cacat pada timbangan batangnya dan meminta untuk memulainya dari awal. H3 memakan waktu sembilan belas tahun. Jam ini memperkenalkan strip bimetal, temuannya sendiri, untuk mengompensasi suhu, dan bantalan rol bersangkar, yang hingga kini masih ada di setiap poros roda modern di Bumi.

Lalu, sekitar tahun 1753, Harrison melakukan sesuatu yang tidak disangka-sangka oleh siapa pun. Ia meninggalkan pendekatan katedral dan membangun H4: sebuah jam saku, berdiameter 13 sentimeter, seberat 1,45 kilogram, dengan *escapement* berlian dan rubi kecil serta penyeimbang frekuensi tinggi. Pada tahun 1761, putranya William membawanya ke Jamaika di atas kapal HMS *Deptford*. Setelah 81 hari di laut, jam tersebut terlambat lima detik. Itu adalah galat sekitar satu mil laut bujur — enam kali lebih baik daripada yang disyaratkan oleh hadiah tersebut.

Dewan tidak membayar.

Apa yang masih belum kita ketahui

Catatan sejarah sangat jelas mengenai instrumen-instrumen Harrison, namun sangat samar mengenai alasan mengapa Dewan memperlakukannya seperti itu. Astronom Kerajaan saat itu, Nevil Maskelyne, adalah pendukung metode jarak lunar dan duduk di dalam Dewan yang menilai jam tangan Harrison. Apakah Maskelyne bertindak dengan niat buruk atau karena skeptisisme ilmiah yang jujur — bagaimanapun juga, jam itu adalah objek tunggal yang prinsip-prinsipnya belum bisa ia verifikasi — masih diperdebatkan oleh para sejarawan.

Kita tidak sepenuhnya tahu bagaimana cara kerja *escapement* Harrison. H4 tersebut disegel, dan ketika komite Maskelyne akhirnya membongkarnya pada tahun 1765, gambar yang mereka buat tidaklah lengkap. Rekonstruksi modern hanyalah rekaan yang berdasar.

Dan kita tidak tahu apa yang akan dibangun Harrison selanjutnya. Ia meninggal pada tahun 1776, tiga tahun setelah campur tangan pribadi dari Raja George III akhirnya memaksa Parlemen untuk membayarkan sisa hadiah kepadanya. Ia berusia 83 tahun. Saat itu, pembuat jam Larcum Kendall telah memproduksi K1, salinan dari H4, yang dibawa James Cook dalam pelayaran Pasifik keduanya dan ia sebut sebagai "teman kami, jam tangan yang tepercaya."

Prinsip yang ditetapkan Harrison — bahwa posisi adalah masalah tentang waktu, dan cara menyelesaikannya adalah dengan membawa jam yang Anda percayai — adalah prinsip yang masih digunakan oleh setiap satelit GPS. Satelit-satelit di atas sana, pada akhirnya, adalah jam-jam yang sangat akurat, yang memancarkan waktu. Seorang tukang kayu Lincolnshire sampai di sana lebih dulu, dengan kuningan dan kayu *lignum vitae*, seorang diri.

En 1714, le Parlement britannique offrit une fortune à quiconque résoudrait le pire problème de la navigation : savoir où l’on se trouvait en mer. Un charpentier du Yorkshire, travaillant seul dans un atelier de village, en vint à bout avec une horloge.

Dans la nuit du 22 octobre 1707, une flotte de navires de guerre britanniques, sous le commandement de l'amiral Cloudesley Shovell, faisait route depuis Gibraltar par gros temps lorsqu'elle commit une erreur de positionnement. Le navire amiral percuta les Scilly Isles dans l'obscurité. Trois autres bâtiments le suivirent sur les récifs en moins d'une heure. Entre 1 400 et 2 000 marins périrent noyés. Shovell lui-même s’échoua vivant sur une plage où, selon un récit de l'époque, une habitante l’aurait assassiné pour lui dérober l’émeraude qu'il portait au doigt.

Cette catastrophe n'était pas un caprice de la météo, mais un caprice de l'arithmétique. La latitude — la position nord-sud — était maîtrisée depuis l'Antiquité : il suffisait de mesurer l'angle du Soleil à midi, ou celui de l'Étoile polaire la nuit, pour l'obtenir à quelques milles près. La longitude était d'une tout autre nature. Parce que la Terre tourne, la position est-ouest est une question de temps. Si vous savez qu'il est midi là où vous vous trouvez, et que vous savez également qu'il est, par exemple, 14h30 dans un port de référence fixe, la différence de deux heures et demie vous place à 37,5 degrés de longitude à l'ouest de ce port. C'est simple, à une exception près : en 1707, rien ne pouvait garder l'heure avec précision à bord d'un navire en bois soumis au tangage, à l'humidité saline et aux variations de température.

En 1714, sous la pression d'une pétition organisée en partie par Isaac Newton et Edmond Halley, le Parlement vota le Longitude Act. Il offrait une prime de 20 000 livres — plus de 3 millions de livres d'aujourd'hui — à quiconque trouverait une méthode permettant de déterminer la longitude en mer avec une précision d'un demi-degré lors d'un voyage vers les Antilles. Un Board of Longitude fut instauré pour administrer le prix.

L'horloge d'un charpentier

L'élite scientifique était certaine que la réponse viendrait du ciel. Newton lui-même pensait qu'une horloge mécanique en mer était une cause perdue, et que le prix serait remporté grâce à la méthode des lunar distances — mesurer l'angle entre la Lune et une étoile fixe, puis le comparer à des tables calculées à Greenwich. L'Astronome royal multipliait les observations. Les mathématiciens publiaient à foison.

John Harrison était un charpentier de village originaire de Barrow-upon-Humber, dans le Lincolnshire. Né en 1693, fils de menuisier, il n'avait reçu aucune éducation formelle en horlogerie, en mathématiques ou en philosophie naturelle. Il avait appris à lire seul en recopiant un exemplaire emprunté d'une série de conférences du philosophe naturel Nicholas Saunderson. Dès la vingtaine, il construisait des horloges de clocher en chêne, utilisant des bagues en gaïac autolubrifiantes au lieu de roulements métal sur métal qui auraient nécessité un huilage. Ses mécanismes ne dérivaient que d'une seconde par mois — une précision bien supérieure à celle des horloges en laiton fabriquées à Londres à l'époque.

L'idée de Harrison était précisément celle que Newton avait exclue : un chronomètre de marine. Il y travailla, version après version, jusqu'à la fin de sa vie.

H1, H2, H3, H4

H1, achevée en 1735, pesait 34 kilogrammes et ressemblait à une cathédrale de laiton : des haltères contre-oscillants qui annulaient le roulis du navire, des rouleaux antifriction, pas de balancier. Le Bureau l'envoya en essai en mer jusqu'à Lisbonne. Ses performances furent jugées suffisantes pour que Harrison reçoive 500 livres afin de poursuivre ses recherches. H2 était plus lourde, plus raffinée, mais ne prit jamais la mer — Harrison y décela lui-même un défaut dans les balanciers à barre et demanda à recommencer. H3 lui demanda dix-neuf ans de travail. Elle introduit la lame bimétallique, sa propre invention, pour compenser les variations de température, ainsi que le roulement à rouleaux en cage, que l'on retrouve encore aujourd'hui dans chaque moyeu de roue sur Terre.

Puis, vers 1753, Harrison fit ce que personne n'avait vu venir. Il abandonna l'approche « cathédrale » pour construire H4 : une montre de poche de 13 centimètres de diamètre, pesant 1,45 kilogramme, dotée d'un minuscule échappement de diamants et de rubis et d'un balancier à haute fréquence. En 1761, son fils William l'emporta vers la Jamaïque à bord du HMS *Deptford*. Après 81 jours de mer, la montre n'avait perdu que cinq secondes. Cela représentait une erreur d'environ un mille marin de longitude — soit une précision six fois supérieure à celle exigée pour le prix.

Le Bureau refusa de payer.

Ce que nous ignorons encore

Les archives historiques sont exceptionnellement claires sur les instruments de Harrison, mais étrangement floues sur les raisons pour lesquelles le Bureau l'a traité ainsi. L'Astronome royal de l'époque, Nevil Maskelyne, était un partisan acharné de la méthode des distances lunaires et siégeait au Bureau qui jugeait la montre de Harrison. Les historiens débattent encore pour savoir si Maskelyne a agi de mauvaise foi ou par un scepticisme scientifique honnête — la montre était, après tout, un objet unique dont il ne pouvait pas encore vérifier les principes.

Nous ne savons pas non plus exactement comment fonctionnait l'échappement de Harrison. La H4 était scellée, et lorsque le comité de Maskelyne finit par la démonter en 1765, les dessins qu'ils en firent restèrent incomplets. Les reconstructions modernes ne sont que des conjectures éclairées.

Et nous ignorons ce que Harrison aurait construit par la suite. Il mourut en 1776, trois ans après qu'une intervention personnelle du roi George III eut finalement contraint le Parlement à lui verser le solde de la récompense. Il avait 83 ans. À cette date, l'horloger Larcum Kendall avait déjà produit la K1, une copie de la H4, que James Cook emporta lors de son deuxième voyage dans le Pacifique et qu'il surnomma « notre fidèle amie la montre ».

Le principe établi par Harrison — que la position est un problème de temps, et que la solution consiste à emporter une horloge en laquelle on a confiance — est celui sur lequel repose encore chaque satellite GPS. Les satellites au-dessus de nos têtes sont, au fond, des horloges très précises diffusant l'heure. Un charpentier du Lincolnshire y est parvenu le premier, seul, avec du laiton et du gaïac.

Em 1714, o Parlamento britânico ofereceu uma fortuna a quem conseguisse resolver o pior problema da navegação: saber onde se estava no mar. Um carpinteiro de Yorkshire, trabalhando sozinho numa oficina de aldeia, desmontou-o com um relógio.

Na noite de 22 de outubro de 1707, uma frota de navios de guerra britânicos sob o comando do Almirante Cloudesley Shovell navegava de regresso vinda de Gibraltar sob mau tempo e calculou mal a sua posição. A nau capitânia atingiu as Scilly Isles na escuridão. Mais três navios seguiram-na contra os rochedos no espaço de uma hora. Algures entre 1.400 e 2.000 marinheiros afogaram-se. O próprio Shovell foi dar à costa vivo numa praia onde, segundo um relato da época, uma mulher local o assassinou para lhe roubar o anel de esmeralda que trazia no dedo.

O desastre não foi um capricho do tempo. Foi um capricho da aritmética. A latitude — a posição norte-sul — era resolúvel desde a antiguidade: media-se o ângulo do Sol ao meio-dia, ou da Estrela Polar à noite, e obtinha-se a localização com uma margem de poucos quilómetros. A longitude era um bicho diferente. Como a Terra gira, a posição este-oeste é uma questão de tempo. Se souber que é meio-dia onde se encontra, e souber também que são, digamos, 14h30 num porto de referência fixo, a diferença de duas horas e meia coloca-o a 37,5 graus de longitude a oeste desse porto. Simples, exceto por um detalhe: nada em 1707 conseguia manter a hora exata a bordo de um navio de madeira oscilante, impregnado de salitre e sujeito a oscilações térmicas.

Em 1714, sob a pressão de uma petição organizada em parte por Isaac Newton e Edmond Halley, o Parlamento aprovou o Longitude Act. Oferecia 20.000 libras — confortavelmente mais de 3 milhões de libras em valores atuais — por qualquer método de determinação da longitude no mar com uma precisão de meio grau numa viagem às Índias Ocidentais. Foi criado um Board of Longitude para administrar o prémio.

O relógio de um carpinteiro

O *establishment* científico tinha a certeza de que a resposta viria do céu. O próprio Newton pensava que um relógio mecânico no mar era uma causa perdida, e que o prémio seria conquistado pelo método das lunar distances — medir o ângulo entre a Lua e uma estrela fixa, comparando-o depois com tabelas calculadas em Greenwich. O Astrónomo Real continuou a observar. Os matemáticos continuaram a publicar.

John Harrison era um carpinteiro de aldeia de Barrow-upon-Humber, em Lincolnshire, nascido em 1693 e filho de um marceneiro. Não tinha educação formal em relojoaria, matemática ou filosofia natural. Aprendeu a ler sozinho ao transcrever uma cópia emprestada de uma série de palestras do filósofo natural Nicholas Saunderson. Pelos seus vinte anos, construía relógios de torre em carvalho, com buchas de *lignum vitae* autolubrificantes em vez de rolamentos de metal sobre metal que necessitariam de óleo. Mantinham o tempo com a precisão de um segundo por mês — melhor do que qualquer relógio de latão fabricado em Londres na época.

A ideia de Harrison era aquela que Newton tinha descartado. Um relógio marítimo. Trabalhou nele, em versões sucessivas, durante o resto da sua vida.

H1, H2, H3, H4

O H1, terminado em 1735, pesava 34 quilos e parecia uma catedral de latão: halteres de contra-oscilação que anulavam o balanço do navio, roletes antifricção, sem pêndulo. O Conselho enviou-o para testes no mar rumo a Lisboa. Portou-se suficientemente bem para que concedessem a Harrison 500 libras para continuar. O H2 era mais pesado, mais refinado, e nunca foi ao mar — o próprio Harrison encontrou uma falha nos balanços de barra e pediu para recomeçar. O H3 levou-lhe dezanove anos. Introduziu a lâmina bimetálica, invenção sua, para compensar a temperatura, e o rolamento de rolos enjaulado, que ainda hoje se encontra em todos os cubos de roda modernos no planeta.

Depois, por volta de 1753, Harrison fez algo que ninguém esperava. Abandonou a abordagem da "catedral" e construiu o H4: um relógio de bolso, com 13 centímetros de diâmetro, 1,45 quilos, com um minúsculo escapamento de diamante e rubi e um balanço de alta frequência. Em 1761, o seu filho William transportou-o para a Jamaica a bordo do HMS *Deptford*. Após 81 dias no mar, o relógio tinha atrasado cinco segundos. Tratava-se de um erro de cerca de uma milha náutica de longitude — seis vezes melhor do que o exigido para o prémio.

O Conselho não pagou.

O que ainda não sabemos

O registo histórico é invulgarmente claro sobre os instrumentos de Harrison e invulgarmente obscuro sobre a razão pela qual o Conselho o tratou de tal forma. O Astrónomo Real da época, Nevil Maskelyne, era um entusiasta do método das distâncias lunares e tinha assento no Conselho que julgou o relógio de Harrison. Se Maskelyne agiu de má-fé ou por honesto ceticismo científico — o relógio era, afinal, um exemplar único cujos princípios ele ainda não conseguia verificar — é algo que os historiadores continuam a debater.

Não sabemos totalmente como funcionava o escapamento de Harrison. O H4 estava selado e, quando a comissão de Maskelyne finalmente o desmontou em 1765, os desenhos que produziram estavam incompletos. As reconstruções modernas são suposições fundamentadas.

E não sabemos o que Harrison teria construído a seguir. Morreu em 1776, três anos depois de uma intervenção pessoal do Rei George III ter finalmente forçado o Parlamento a pagar-lhe o remanescente do prémio. Tinha 83 anos. Por essa altura, o relojoeiro Larcum Kendall já tinha produzido o K1, uma cópia do H4, que James Cook levou na sua segunda viagem ao Pacífico e ao qual chamou "o nosso fiel amigo, o relógio".

O princípio que Harrison estabeleceu — o de que a posição é um problema de tempo, e que a forma de o resolver é levar um relógio em que se confie — é o princípio sobre o qual todos os satélites GPS ainda operam. Os satélites sobre as nossas cabeças são, em última análise, relógios muito precisos, transmitindo a hora. Um carpinteiro de Lincolnshire chegou lá primeiro, com latão e *lignum vitae*, sozinho.

В 1714 году британский парламент предложил целое состояние тому, кто решит величайшую проблему навигации: как узнать свое местонахождение в море. Плотник из Йоркшира, работая в одиночку в деревенской мастерской, разобрал её по частям с помощью часов.

В ночь на 22 октября 1707 года флотилия британских военных кораблей под командованием адмирала Cloudesley Shovell возвращалась домой из Гибралтара в сильный шторм и неверно определила свое местоположение. Флагман в темноте налетел на Scilly Isles. В течение часа еще три корабля последовали за ним на скалы. Погибло от 1400 до 2000 моряков. Сам Шовелл был выброшен живым на берег, где, согласно одному из свидетельств того времени, местная жительница убила его ради изумрудного кольца на пальце.

Эта катастрофа не была случайностью погоды. Это была случайность арифметики. Широта — положение по оси север–юг — вычислялась со времен античности: достаточно измерить угол полуденного Солнца или Полярной звезды ночью, и вы знали координаты с точностью до нескольких миль. Долгота была совсем другим делом. Поскольку Земля вращается, положение восток–запад — это вопрос времени. Если вы знаете, что там, где вы находитесь, полдень, и вы также знаете, что, скажем, в порту приписки сейчас 14:30, разница в два с половиной часа означает, что вы находитесь на 37,5 градуса долготы к западу от этого порта. Все просто, за исключением одного: в 1707 году ничто не могло точно отсчитывать время на борту качающегося, сырого от соли, подверженного перепадам температур деревянного корабля.

В 1714 году под давлением петиции, организованной отчасти Isaac Newton и Edmond Halley, парламент принял Longitude Act. Он предлагал 20 000 фунтов стерлингов — что сегодня составляет более 3 миллионов фунтов — за любой метод определения долготы в море с точностью до половины градуса во время плавания к Вест-Индии. Для управления премией была создана Board of Longitude.

Часы плотника

Научное сообщество было уверено, что ответ придет с небес. Сам Ньютон считал, что механические часы в море — затея безнадежная, и что приз будет завоеван методом lunar distances — измерением угла между Луной и неподвижной звездой с последующим сравнением со справочными таблицами, составленными в Гринвиче. Королевский астроном продолжал наблюдения. Математики продолжали публикации.

John Harrison был сельским плотником из Барроу-апон-Хамбер в Линкольншире, родившимся в 1693 году в семье столяра. У него не было формального образования в области часового дела, математики или натурфилософии. Он выучился читать, переписывая одолженный экземпляр цикла лекций натурфилософа Николаса Сондерсона. К двадцати годам он строил башенные часы из дуба, используя самосмазывающиеся втулки из гваякового дерева вместо металлических подшипников, требующих смазки. Они шли с точностью до секунды в месяц — лучше, чем любые латунные часы лондонской работы того периода.

Идея Гаррисона была той самой, которую Ньютон исключил. Морские часы. Он работал над ними, создавая одну версию за другой, до конца своей жизни.

H1, H2, H3, H4

H1, законченные в 1735 году, весили 34 килограмма и напоминали латунный собор: противовращающиеся гантели, компенсирующие качку корабля, антифрикционные ролики, отсутствие маятника. Комиссия отправила их на морские испытания в Лиссабон. Они показали себя достаточно хорошо, и Гаррисону дали 500 фунтов на продолжение работы. H2 были тяжелее, совершеннее и никогда не выходили в море — Гаррисон сам нашел изъян в балансирах и попросил разрешения начать заново. H3 заняли у него девятнадцать лет. В них он применил биметаллическую пластину — собственное изобретение для компенсации температурных колебаний — и роликовый подшипник в обойме, который и по сей день используется в каждой автомобильной ступице на планете.

Затем, около 1753 года, Гаррисон сделал то, чего никто не ожидал. Он отказался от «соборного» подхода и построил H4: карманные часы диаметром 13 сантиметров и весом 1,45 килограмма, с крошечным алмазно-рубиновым спусковым механизмом и высокочастотным балансом. В 1761 году его сын Уильям отвез их на Ямайку на борту корабля «Дептфорд». После 81 дня в море часы отстали на пять секунд. Это соответствовало погрешности примерно в одну морскую милю долготы — в шесть раз лучше, чем требовали условия конкурса.

Комиссия не заплатила.

Чего мы до сих пор не знаем

Исторические хроники необычайно подробно описывают приборы Гаррисона и столь же туманно объясняют, почему Комиссия обошлась с ним подобным образом. Королевский астроном того времени, Nevil Maskelyne, был сторонником метода лунных расстояний и входил в состав Комиссии, судившей часы Гаррисона. Действовал ли Маскелайн злонамеренно или из честного научного скептицизма — в конце концов, часы были уникальным предметом, принципы работы которого он еще не мог проверить — историки спорят до сих пор.

Мы не знаем до конца, как работал спуск Гаррисона. Механизм H4 был опечатан, а когда комитет Маскелайна наконец разобрал его в 1765 году, сделанные ими чертежи оказались неполными. Современные реконструкции — это лишь обоснованные предположения.

И мы не знаем, что бы Гаррисон построил следующим. Он умер в 1776 году, через три года после того, как личное вмешательство короля George III наконец заставило парламент выплатить ему остаток вознаграждения. Ему было 83 года. К тому времени часовщик Larcum Kendall уже создал K1 — копию H4, которую James Cook взял с собой во второе тихоокеанское плавание и называл «нашим верным другом — часами».

Принцип, установленный Гаррисоном — что определение координат есть задача о времени, и решить ее можно, имея при себе часы, которым доверяешь — лежит в основе работы каждого спутника GPS. Спутники над нашими головами — это, по сути, очень точные часы, транслирующие время. Сельский плотник из Линкольншира пришел к этому первым, в одиночку, используя латунь и гваяковое дерево.

1714년, 영국 의회는 항해술의 최대 난제, 즉 바다 위에서 자신의 위치를 알아내는 법을 해결하는 이에게 거액의 포상금을 내걸었다. 요크셔의 한 목수가 마을 작업실에서 홀로 일하며, 시계 하나로 그 난제를 해체해 버렸다.

1707년 10월 22일 밤, Cloudesley Shovell 제독이 지휘하는 영국 군함 함대가 악천후 속에서 지브롤터로부터 고국으로 향하던 중 위치를 잘못 판단했습니다. 기함은 어둠 속에서 Scilly Isles에 부딪혔고, 한 시간 내에 세 척의 배가 그 뒤를 따라 암초에 좌초되었습니다. 1,400명에서 2,000명 사이의 해군이 익사했습니다. 쇼벨 자신은 해변으로 살아서 밀려왔으나, 당시의 한 기록에 따르면 현지의 한 여성이 그의 손가락에 끼워진 에메랄드 반지를 노리고 그를 살해했다고 합니다.

이 참사는 날씨가 일으킨 변덕이 아니었습니다. 그것은 산술이 일으킨 변덕이었습니다. 남북 위치를 나타내는 위도는 고대부터 해결 가능했습니다. 정오의 태양 각도나 밤의 북극성 각도를 측정하면 오차 범위 몇 마일 내로 위치를 파악할 수 있었기 때문입니다. 하지만 경도는 전혀 다른 문제였습니다. 지구가 자전하기 때문에 동서 위치는 시간의 문제입니다. 현재 있는 곳이 정오임을 알고, 동시에 기준항의 시간이 예를 들어 오후 2시 30분임을 안다면, 두 시간 반의 차이는 기준항에서 서쪽으로 경도 37.5도 지점에 있음을 의미합니다. 이론은 간단했지만 한 가지 문제가 있었습니다. 1707년 당시에는 요동치고 소금기에 젖으며 온도 변화가 극심한 목조선 위에서 정확한 시간을 유지할 수 있는 장치가 전혀 없었다는 점입니다.

1714년, Isaac Newton과 Edmond Halley 등이 주도한 청원에 압박을 느낀 의회는 Longitude Act를 통과시켰습니다. 이 법은 서인도 제도까지 항해하는 동안 경도를 0.5도 이내의 오차로 결정할 수 있는 방법이라면 무엇이든 20,000파운드의 상금을 내걸었습니다. 이는 오늘날 가치로 300만 파운드가 훨씬 넘는 거액이었습니다. 상금 관리를 위해 Board of Longitude가 설립되었습니다.

목수의 시계

과학계 주류는 하늘에서 답이 나올 것이라 확신했습니다. 뉴턴 자신도 바다 위의 기계식 시계는 가망이 없다고 생각했으며, 그리니치에서 계산된 도표와 비교하여 달과 고정된 별 사이의 각도를 측정하는 lunar distances 방식이 상금을 차지할 것이라 믿었습니다. 왕립 천문학자는 관측을 계속했고, 수학자들은 연구 결과를 계속 발표했습니다.

John Harrison은 링컨셔주 배로어폰험버 출신의 마을 목수로, 1693년에 가구 제작자의 아들로 태어났습니다. 그는 시계 제조나 수학, 자연 철학에 대해 정규 교육을 받은 적이 없었습니다. 그는 자연 철학자 니콜라스 손더슨의 강의록 사본을 빌려 베껴 쓰며 독학했습니다. 20대에 이미 그는 오크나무로 타워 시계를 만들고 있었는데, 기름칠이 필요한 금속 베어링 대신 자기 윤활 작용을 하는 유창목(lignum vitae) 부싱을 사용했습니다. 그 시계들은 한 달에 오차가 1초 미만으로, 당시 런던에서 제작된 어떤 황동 시계보다도 정확했습니다.

해리슨의 아이디어는 뉴턴이 불가능하다고 못 박았던 바로 그것, 해상 시계였습니다. 그는 남은 평생 동안 수차례의 개량형을 만들며 이 작업에 매진했습니다.

H1, H2, H3, H4

1735년에 완성된 H1은 무게가 34킬로그램에 달했고 황동으로 만든 대성당 같은 모습이었습니다. 배의 흔들림을 상쇄하는 역회전 덤벨과 마찰 방지 롤러를 갖추었으며 추는 없었습니다. 위원회는 이 시계를 리스본행 시험 항해에 보냈습니다. 성능이 충분히 우수했기에 위원회는 해리슨이 연구를 계속할 수 있도록 500파운드를 지급했습니다. H2는 더 무겁고 정교했지만 바다로 나가지는 못했습니다. 해리슨 스스로 바 밸런스의 결함을 발견하고 다시 시작하기를 요청했기 때문입니다. H3을 완성하는 데는 19년이 걸렸습니다. 여기에는 온도 변화를 보정하기 위해 그가 직접 발명한 바이메탈 스트립과, 오늘날 지구상의 모든 자동차 휠 허브에 들어가는 케이지형 롤러 베어링이 도입되었습니다.

그러던 1753년경, 해리슨은 누구도 예상치 못한 일을 해냈습니다. '대성당' 방식을 버리고 H4를 만든 것입니다. 지름 13센티미터, 무게 1.45킬로그램의 회중시계로, 다이아몬드와 루비로 된 작은 탈진기(escapement)와 고주파 밸런스를 갖추고 있었습니다. 1761년 그의 아들 윌리엄은 HMS 뎁트퍼드(Deptford)호를 타고 이 시계를 자메이카까지 가져갔습니다. 81일간의 항해 끝에 시계는 단 5초의 오차만을 보였습니다. 이는 경도로 약 1해리의 오차로, 상금 요건보다 6배나 더 정확한 결과였습니다.

위원회는 상금을 지급하지 않았습니다.

우리가 여전히 모르는 것들

해리슨의 기구들에 대한 역사적 기록은 매우 명확한 반면, 위원회가 왜 그를 그렇게 대우했는지에 대해서는 이례적으로 모호합니다. 당시 왕립 천문학자였던 Nevil Maskelyne은 월거법의 지지자였으며 해리슨의 시계를 심사하는 위원회 위원이었습니다. 매스켈린이 악의를 가지고 행동했는지, 아니면 원리를 아직 검증할 수 없는 단 하나의 시계에 대해 정당한 과학적 회의론을 가졌던 것인지는 역사학자들 사이에서 여전히 논쟁거리입니다.

우리는 해리슨의 탈진기가 정확히 어떻게 작동했는지 완전히 알지 못합니다. H4는 밀봉되어 있었고, 1765년 매스켈린의 위원회가 마침내 이를 분해했을 때 그들이 남긴 도면은 불완전했습니다. 현대의 재현물들은 추측에 기반한 것들입니다.

그리고 우리는 해리슨이 그 다음에 무엇을 만들었을지도 알 수 없습니다. 그는 George III 국왕의 직접적인 개입으로 의회가 마침내 상금의 잔액을 지급하도록 강제한 지 3년 뒤인 1776년에 사망했습니다. 그의 나이 83세였습니다. 그때 이미 시계 제작자 Larcum Kendall은 H4의 복제품인 K1을 제작했고, James Cook은 이를 자신의 두 번째 태평양 항해에 가져가 "우리의 믿음직한 친구 시계"라고 불렀습니다.

위치는 시간의 문제이며 이를 해결하는 방법은 믿을 수 있는 시계를 휴대하는 것이라는 해리슨이 확립한 원칙은 오늘날 모든 GPS 위성이 작동하는 기초가 되었습니다. 머리 위의 위성들은 결국 시간을 송출하는 매우 정확한 시계들입니다. 링컨셔의 한 목수가 황동과 유창목만을 가지고 홀로 그 길에 먼저 도달했던 것입니다.

1714 setzte das britische Parlament ein Vermögen für denjenigen aus, der das größte Problem der Seefahrt lösen konnte: die Positionsbestimmung auf See. Ein Zimmermann aus Yorkshire, der allein in einer Dorfwerkstatt arbeitete, zerlegte die Aufgabe mit einer Uhr.

In der Nacht des 22. Oktober 1707 segelte eine Flotte britischer Kriegsschiffe unter Admiral Cloudesley Shovell bei schwerem Wetter von Gibraltar heimwärts und verschätzte sich in ihrer Position. Das Flaggschiff lief in der Dunkelheit auf die Scilly Isles auf. Drei weitere Schiffe folgten ihr innerhalb einer Stunde auf die Felsen. Irgendwo zwischen 1.400 und 2.000 Seeleute ertranken. Shovell selbst wurde lebend an einen Strand gespült, wo ihn – einem zeitgenössischen Bericht zufolge – eine einheimische Frau wegen des Smaragdrings an seinem Finger ermordete.

Die Katastrophe war keine Laune des Wetters. Sie war eine Laune der Arithmetik. Die geografische Breite – die Nord-Süd-Position – war seit der Antike bestimmbar: Man maß den Winkel der Mittagssonne oder nachts den des Polarsterns, und schon hatte man sie auf wenige Meilen genau. Die geografische Länge war ein ganz anderes Kaliber. Da die Erde rotiert, ist die Ost-West-Position eine Frage der Zeit. Wenn man weiß, dass es am eigenen Standort Mittag ist, und man zudem weiß, dass es an einem festen Referenzhafen, sagen wir, 14:30 Uhr ist, dann platziert einen die Differenz von zweieinhalb Stunden genau 37,5 Längengrade westlich dieses Hafens. Ganz einfach, bis auf eine Sache: Im Jahr 1707 gab es nichts, das an Bord eines stampfenden, salzfeuchten, temperaturschwankenden Holzschiffes die Zeit präzise hätte messen können.

Im Jahr 1714 verabschiedete das Parlament unter dem Druck einer Petition, die unter anderem von Isaac Newton und Edmond Halley organisiert worden war, den Longitude Act. Er lobte 20.000 Pfund aus – nach heutigem Wert gut über 3 Millionen Pfund – für jede Methode, mit der die geografische Länge auf See auf einer Reise nach Westindien bis auf einen halben Grad genau bestimmt werden konnte. Zur Verwaltung des Preises wurde das Board of Longitude ins Leben gerufen.

Die Uhr eines Zimmermanns

Das wissenschaftliche Establishment war sich sicher, dass die Antwort vom Himmel kommen würde. Newton selbst hielt eine mechanische Uhr auf See für aussichtslos und glaubte, der Preis würde durch die Methode der lunar distances gewonnen werden – indem man den Winkel zwischen dem Mond und einem Fixstern maß und ihn dann mit Tabellen verglich, die in Greenwich berechnet worden waren. Der Astronomer Royal beobachtete weiter. Mathematiker publizierten weiter.

John Harrison war ein dörflicher Zimmermann aus Barrow-upon-Humber in Lincolnshire, geboren 1693 als Sohn eines Tischlers. Er besaß keine formale Ausbildung in Uhrmacherei, Mathematik oder Naturphilosophie. Er hatte sich das Lesen selbst beigebracht, indem er eine geliehene Abschrift einer Vorlesungsreihe des Naturphilosophen Nicholas Saunderson kopierte. Bereits in seinen Zwanzigern baute er Turmuhren aus Eichenholz, mit selbstschmierenden Buchsen aus Pockholz anstelle von Metall-auf-Metall-Lagern, die geölt werden müssten. Sie gingen auf eine Sekunde im Monat genau – besser als jede in London gefertigte Messinguhr jener Zeit.

Harrisons Idee war genau jene, die Newton ausgeschlossen hatte: eine Seeuhr. Er arbeitete in aufeinanderfolgenden Versionen für den Rest seines Lebens daran.

H1, H2, H3, H4

Die 1735 fertiggestellte H1 wog 34 Kilogramm und sah aus wie eine Kathedrale aus Messing: gegenläufig schwingende Hanteln, die das Rollen des Schiffes ausglichen, reibungsarme Rollen, kein Pendel. Das Board schickte sie auf eine Testreise nach Lissabon. Sie schnitt gut genug ab, dass man Harrison 500 Pfund gab, um weiterzumachen. Die H2 war schwerer, raffinierter und stach nie in See – Harrison selbst fand einen Fehler in den Balkenunruhen und bat darum, von vorn beginnen zu dürfen. Die H3 kostete ihn neunzehn Jahre. Sie führte den Bimetallstreifen ein, seine eigene Erfindung zur Temperaturkompensation, sowie das Käfigrollenlager, das sich heute noch in jeder modernen Radnabe auf der Welt findet.

Dann, um 1753, tat Harrison etwas, das niemand kommen sah. Er gab den Kathedralen-Ansatz auf und baute die H4: eine Taschenuhr von 13 Zentimetern Durchmesser und 1,45 Kilogramm Gewicht, mit einer winzigen Hemmung aus Diamanten und Rubinen sowie einer Hochfrequenzunruh. 1761 brachte sein Sohn William sie an Bord der HMS *Deptford* nach Jamaika. Nach 81 Tagen auf See war die Uhr um fünf Sekunden nachgegangen. Das entsprach einer Abweichung von etwa einer Seemeile in der geografischen Länge – sechsmal besser, als es der Preis verlangte.

Das Board zahlte nicht.

Was wir immer noch nicht wissen

Die historischen Aufzeichnungen sind ungewöhnlich klar, was Harrisons Instrumente betrifft, und ungewöhnlich trübe hinsichtlich der Frage, warum das Board ihn so behandelte. Der damalige Astronomer Royal, Nevil Maskelyne, war ein Verfechter der Monddistanzmethode und saß in jenem Board, das Harrisons Uhr bewertete. Ob Maskelyne in böser Absicht oder aus ehrlicher wissenschaftlicher Skepsis handelte – die Uhr war schließlich ein Einzelobjekt, dessen Prinzipien er noch nicht verifizieren konnte –, wird unter Historikern immer noch debattiert.

Wir wissen nicht vollständig, wie Harrisons Hemmung funktionierte. Die H4 war versiegelt, und als Maskelynes Komitee sie 1765 schließlich zerlegte, blieben die angefertigten Zeichnungen unvollständig. Moderne Rekonstruktionen beruhen auf fundierten Vermutungen.

Und wir wissen nicht, was Harrison als Nächstes gebaut hätte. Er starb 1776, drei Jahre nachdem eine persönliche Intervention von König George III das Parlament schließlich gezwungen hatte, ihm den Rest der Belohnung auszuzahlen. Er war 83 Jahre alt. Zu diesem Zeitpunkt hatte der Uhrmacher Larcum Kendall bereits die K1 hergestellt, eine Kopie der H4, die James Cook auf seiner zweiten Pazifikreise mitführte und als „unseren treuen Freund, die Uhr“ bezeichnete.

Das Prinzip, das Harrison etablierte – dass die Position ein Zeitproblem ist und die Lösung darin besteht, eine Uhr mitzuführen, der man vertraut –, ist das Prinzip, nach dem heute noch jeder GPS-Satellit arbeitet. Die Satelliten über unseren Köpfen sind letztlich sehr präzise Uhren, die die Zeit aussenden. Ein Zimmermann aus Lincolnshire war zuerst am Ziel, ganz allein, mit Messing und Pockholz.

Image sources & licenses (7)

Corpus Clock reflections — arripay, BY-SA 2.0. Source (openverse)
relative time — arripay, BY-SA 2.0. Source (openverse)
a new clock — arripay, BY-SA 2.0. Source (openverse)
John Harrison — Thomas King († circa 1796date QS:P,+1796-00-00T00:00:00Z/9,P1480,Q5727902), Public domain. Source (wikipedia)
Virtual Futures presents M. John Harrison in conversation with Dr. Helen Marshall on weird fiction and his new book, You Should Come With Me — Virtual Futures, CC BY 3.0. Source (commons)
Portrait of John Harrison (1693-1776), English clockmaker — Philippe Joseph Tassaert (1732-1803) After Thomas King († circa 1796date QS:P,+1, Public domain. Source (commons)
Portrait of John Harrison (1693-1776), English clockmaker — Thomas King († circa 1796date QS:P,+1796-00-00T00:00:00Z/9,P1480,Q5727902), Public domain. Source (commons)

Mentioned in this article

Sources

Sobel, D. (1995). Longitude: The True Story of a Lone Genius Who Solved the Greatest Scientific Problem of His Time. Walker & Company.
Andrewes, W. J. H. (ed.) (1996). The Quest for Longitude. Harvard University Collection of Historical Scientific Instruments.
Betts, J. (2017). Marine Chronometers at Greenwich: A Catalogue of Marine Chronometers at the National Maritime Museum. Oxford University Press.
Dunn, R. & Higgitt, R. (2014). Finding Longitude: How Ships, Clocks and Stars Helped Solve the Longitude Problem. Collins / Royal Museums Greenwich.
King, D. A. (2002). "The Longitude Problem and Its Solution." Annals of Science 59, 1–25.

Production storyboard

The 90-second video script behind this article.

EN script

Thousands of sailors died because nobody could figure out where they were at sea. A self-taught carpenter solved what the greatest scientists couldn't - and it took him 40 years. In 1707, four British warships crashed into rocks they didn't know were there. Nearly 2,000 men drowned in a single night. The problem? You could calculate latitude by the stars. But longitude? Impossible. Parliament offered 20,000 pounds - millions in today's money - to anyone who could solve it. The greatest minds proposed using the moon. John Harrison, a carpenter with no formal education, had a different idea: a clock so precise it could keep perfect time at sea. Everyone laughed. Temperature changes, humidity, the ship's motion - a clock couldn't possibly work. Harrison spent 40 years building four revolutionary timepieces. His final masterpiece, the H4, lost only 5 seconds over 81 days at sea. But here's the tragedy. The scientific establishment refused to accept that a working-class craftsman had beaten them. They made Harrison test his clock again and again, demanding impossible standards. He finally received his prize at age 80, three years before his death. The mind-blowing truth? Every GPS satellite, every smartphone map, every airplane navigation system - they all use time to calculate position. Harrison didn't just save sailors. He invented the principle behind modern navigation.

HI script

Hazaaron sailors mar gaye kyunki koi samajh nahi paya wo samundar mein kahan hain. Ek self-taught carpenter ne wo solve kar diya jo sabse bade scientists nahi kar paaye - aur isme use 40 saal lage.

Hazaaron sailors mar gaye kyunki koi samajh nahi paya wo samundar mein kahan hain. Ek self-taught carpenter ne wo solve kar diya jo sabse bade scientists nahi kar paaye - aur isme use 40 saal lage. 1707 mein, chaar British warships un rocks se takra gayin jinke baare mein unhe pata hi nahi tha. Lagbhag 2,000 aadmi ek hi raat mein doob gaye. Problem? Stars se latitude calculate ho sakta tha. Par longitude? Impossible. Parliament ne 20,000 pounds offer kiye - aaj ke millions - jo bhi ise solve kare uske liye. Sabse bade dimaag moon use karne ki soch rahe the. John Harrison, ek carpenter bina formal education ke, ke paas alag idea tha: ek clock itna precise jo samundar par perfect time rakh sake. Sabne hasa. Temperature changes, humidity, ship ki motion - ek clock kaise kaam kar sakti hai? Harrison ne 40 saal lagaye chaar revolutionary timepieces banane mein. Uski final masterpiece, H4, ne 81 din samundar par sirf 5 seconds lose kiye. Par yeh tragedy hai. Scientific establishment ne accept karne se mana kar diya ki ek working-class craftsman ne unhe hara diya. Unhone Harrison ko baar baar test karne par majboor kiya, impossible standards maange. Usne finally apna prize 80 saal ki umar mein paaya, apni death se teen saal pehle. Mind-blowing sach? Har GPS satellite, har smartphone map, har airplane navigation system - sab time use karte hain position calculate karne ke liye. Harrison ne sirf sailors nahi bachaye. Usne modern navigation ka principle invent kiya.

01
Storm-tossed 18th-century warships crashing against rocky cliffs at night
02
1714 London committee room with natural philosophers and navigation tools
03
John Harrison working in his Lincolnshire carpenter workshop
04
Macro view of Harrison's H4 mechanism components on a workbench
05
Harrison presenting his timekeeper to skeptical officials in a Georgian chamber
06
H4 chronometer in a captain's cabin with navigation tools and sea view