#299 · John Harrison's Chronometers

A self-taught carpenter from Yorkshire spent forty years trying to solve the greatest scientific challenge of the eighteenth century. While the greatest minds in Europe looked to the stars to navigate the oceans, John Harrison looked to a set of ticking bronze gears.

In 1707, a navigational error sent four ships onto the rocks of the Scilly Isles. Two thousand men drowned. It was not a failure of courage, but of mathematics. At the time, sailors could determine their latitude by the height of the sun or stars, but finding their longitude, the distance east or west, was largely a matter of dead reckoning, a sophisticated form of guesswork that relied on estimating speed and direction through treacherous currents.

The disaster prompted the British Parliament to pass the Longitude Act of 1714, offering financial rewards of up to £20,000 to anyone who could find a method to determine a ship's position. Most scientists, including Isaac Newton and Edmond Halley, believed the answer lay in the sky. They advocated for the method of lunar distances, a complex system of measuring the moon's position against the background stars. But the moon is a fickle guide, and the calculations required hours of work that few sailors could manage on a pitching deck.

A brass-and-wood H1 sea clock sits on a workbench Illustration · AI-generated (FLUX.1-dev)

John Harrison, a carpenter with no formal education, proposed a different path. He believed that if a ship could carry a clock that kept the exact time of its home port, a navigator could compare that time with local noon at sea. The difference in time would translate directly into a difference in longitude. To the scientific establishment, this was a fantasy. Mechanical clocks of the era used pendulums that were useless on a rolling ship, and their internal oils thickened or thinned with every change in temperature, rendering them wildly inaccurate over a long voyage.

The Grasshopper and the Gridiron

Harrison’s first attempt, known today as H1, was a seventy-five-pound brass-and-wood beast that looked more like a piece of industrial machinery than a timepiece. Completed in 1736, it replaced the pendulum with two interconnected dumbbell-shaped balances, each nearly half a metre long, that swung in opposition, cancelling out the motion of the ship. He avoided the need for lubrication by using wheels made of lignum vitae, a naturally oily tropical wood. On its first sea trial to Lisbon, the machine proved its worth: it corrected the ship's navigator by sixty miles.

A carpenter-engineer files a wooden gear tooth beside polished brass wheels and oilstone t Illustration · AI-generated (FLUX.1-dev)

But Harrison was a perfectionist. He spent the next seventeen years building H2 and H3, refining his designs while battling the expansion and contraction of metals caused by the shifting climate of the Atlantic. During the construction of H3, he invented the bimetallic strip, a sandwich of brass and steel that curved as temperatures changed, automatically compensating for the stretching of the balance spring. He also developed the caged roller bearing, a precursor to the modern ball bearing. Yet, after seventeen years of work, H3 still failed to meet the Board's exacting standards.

The H1 mechanism is secured in a ship cabin while the vessel rolls Illustration · AI-generated (FLUX.1-dev)

The breakthrough came from an unexpected direction. In the early 1750s, Harrison designed a precision watch for his own use, which was made for him by John Jefferys around 1752–1753 and found it surprisingly accurate. He realised that high-frequency oscillations from a smaller, faster-ticking balance wheel were more stable than the slow, heavy swings of his earlier machines. The result was H4: a silver-cased "sea watch" five inches in diameter. Inside, it featured a high-beat balance wheel and pallets made of diamond, polished to within a hundredth of a millimetre to reduce friction. It was a masterpiece of miniaturisation that challenged everything the Board of Longitude believed about the limits of engineering.

The Astronomer’s Resistance

When H4 was finally tested on a voyage to Jamaica in 1761, it performed beyond anyone’s expectations. After eighty-one days at sea, the watch was found to be 5 seconds slow compared to the known longitude of Kingston, corresponding to an error in longitude of 1.25 minutes, or approximately one nautical mile. However, the Board, now dominated by the Astronomer Royal Nevil Maskelyne, refused to hand over the prize. Maskelyne was a proponent of the lunar distance method and viewed Harrison as a mere "mechanic" whose lucky success could not be replicated. He demanded that Harrison dismantle the watch, hand over his drawings, and submit to further, increasingly biased trials.

A bimetallic strip of brass and steel curves beside a warmed balance spring under a focuse Illustration · AI-generated (FLUX.1-dev)

The battle between the clockmaker and the astronomers lasted another decade. Maskelyne’s Nautical Almanac provided the tables needed for the lunar method, and he used his position to ensure the Board remained sceptical of Harrison’s marine chronometer. It took the personal intervention of King George III to break the deadlock. After testing a subsequent model, H5, the King reportedly told Harrison, "By God, I will see you righted." In 1773, at the age of eighty, Harrison finally received most of his money, though he was never officially awarded the prize for the Longitude Act itself.

What we still don't know

We do not know the full extent of the technical dialogue between Harrison and the London watchmakers who assisted him in his later years. While Harrison is the undisputed genius behind the design, the transition from the heavy machinery of H3 to the refined elegance of H4 suggests a synthesis of ideas with the wider horological community that remains partially obscured.

A precision watch lies in a velvet-lined case Illustration · AI-generated (FLUX.1-dev)

We do not know why Harrison abandoned certain promising features from his earlier clocks, such as the grasshopper escapement, in favour of the modified verge escapement used in H4. Some historians suggest it was a matter of reliability over long periods, while others believe it was a pragmatic choice to make the device more "watch-like" for the Board's inspection.

A navigator in a Caribbean cabin compares a protected watch with celestial instruments aft Illustration · AI-generated (FLUX.1-dev)

Finally, we lack a complete picture of the many other inventors who attempted to win the prize. History has preserved Harrison’s story, but the archives of the Board of Longitude contain dozens of bizarre and failed proposals, from "sympathetic" dogs to massive systems of floating bells, that illustrate the desperation of a maritime empire searching for a solution to its most pressing problem.

John Harrison died in 1776, at the age of eighty-two, just shy of his eighty-third birthday. He left behind a world that was suddenly, measurably smaller. A sailor could now know exactly where he stood on the surface of the globe, not by looking at the stars, but by listening to the heartbeat of a machine.

一位自学成才的约克郡木匠花费了四十年时间，试图解决18世纪最重大的科学难题。当欧洲最杰出的头脑仰望星空以导航海洋时，约翰·哈里森却专注于一组滴答作响的黄铜齿轮。

1707年，一次导航错误导致四艘船撞上了Scilly Isles的礁石。两千名水手溺水身亡。这并非勇气的失败，而是数学的失败。当时，水手们可以通过太阳或星星的高度来确定纬度，但要确定经度——也就是东西方向的距离——则基本上是一种dead reckoning，一种依赖于估计速度和方向的复杂猜测，而这些速度和方向又受到危险洋流的影响。

这场灾难促使英国议会于1714年通过了Longitude Act，向任何能找到确定船只位置方法的人提供高达2万英镑的奖金。大多数科学家，包括Isaac Newton和Edmond Halley，认为答案在天空中。他们提倡使用lunar distances的方法，这是一种复杂的测量月球相对于背景恒星位置的系统。但月亮是个不可靠的向导，所需的计算需要数小时的工作时间，而很少有水手能在颠簸的甲板上完成这些计算。

John Harrison是一位没有正式教育的木匠，他提出了另一条道路。他认为，如果一艘船能携带一个保持其母港准确时间的钟表，导航员就可以将那个时间与海上当地的正午时间进行比较。时间的差异可以直接转化为经度的差异。在科学界看来，这只是一个幻想。当时的机械钟表使用摆锤，而在颠簸的船上是毫无用处的，而且它们的内部机油会随着每一次温度变化而变稠或变稀，导致在长途航行中误差极大。

草蜢与网格

哈里森的第一次尝试，如今被称为H1，是一个重达75磅的黄铜和木制怪物，看起来更像是工业机械，而不是钟表。1736年完成时，它用两个相互连接的哑铃形摆锤取代了摆锤，每个摆锤几乎半米长，以相反的方向摆动，抵消了船的运动。他通过使用天然含油的热带木材——黄杨木制成的齿轮，避免了润滑的需要。在首次前往里斯本的海上试验中，这台机器证明了自己的价值：它纠正了船上导航员60英里的误差。

但哈里森是一个完美主义者。接下来的17年里，他建造了H2和H3，不断改进设计，同时应对大西洋气候变化导致的金属膨胀和收缩。在建造H3期间，他发明了双金属条，这是一种由黄铜和钢组成的夹层结构，随着温度变化而弯曲，自动补偿摆轮的伸缩。他还开发了笼式滚珠轴承，这是现代滚珠轴承的前身。然而，经过17年的努力，H3仍然未能达到委员会的严苛标准。

突破来自于一个意想不到的方向。1750年代初，哈里森为自己设计了一块精密怀表，这块表由约翰·杰弗里斯于1752-1753年间为他制作，结果出乎意料地准确。他意识到，来自较小、更快摆轮的高频振荡比他早期机器缓慢而沉重的摆动更为稳定。结果是H4：一个直径五英寸的银质“航海表”。内部，它配备了一个高频摆轮和钻石制成的摆轮叉，打磨精度达到千分之一毫米，以减少摩擦。这是一次微型化的杰作，挑战了Board of Longitude对工程极限的所有认知。

天文学家的抵抗

当H4终于在1761年前往牙买加的航程中接受测试时，它的表现超出了所有人的预期。航行81天后，这块表被发现比金斯敦已知的经度慢了5秒，对应的经度误差为1.25分，或大约一海里。然而，现在由皇家天文学家Nevil Maskelyne主导的委员会拒绝颁发奖金。马斯基林是月球距离法的支持者，他认为哈里森只是一个“机械师”，其偶然的成功无法复制。他要求哈里森拆解这块表，交出他的图纸，并接受进一步的、日益偏袒的测试。

钟表匠和天文学家之间的这场斗争又持续了十年。马斯基林的《航海年鉴》提供了月球方法所需的表格，他利用自己的职位确保委员会对哈里森的marine chronometer保持怀疑。最终，国王George III的亲自干预打破了僵局。在测试了后续的H5模型后，据说国王对哈里森说：“上帝作证，我会让你得到公正对待。”1773年，80岁的哈里森终于收到了大部分奖金，尽管他从未正式获得经度法案本身的奖金。

我们仍然不知道的事情

我们不知道哈里森与在他晚年协助他的伦敦钟表匠之间的技术对话的全部范围。虽然哈里森无疑是设计背后的天才，但从H3的笨重机械到H4的精致优雅的转变，表明他与更广泛的钟表界的思想融合仍然部分模糊不清。

我们不知道哈里森为何放弃了早期钟表中一些有前景的特性，比如草蜢擒纵机构，而选择在H4中使用的改良摆轮擒纵机构。一些历史学家认为这是出于长期使用的可靠性考虑，而另一些人则认为这是出于实际考虑，为了让设备看起来更像“怀表”以供委员会检查。

最后，我们缺乏对许多其他尝试赢得奖金的发明家的完整了解。历史保留了哈里森的故事，但经度委员会的档案中包含了数十个奇怪而失败的提案，从“有同情心”的狗到巨大的浮动钟声系统，这些都说明了一个寻求解决最紧迫问题的海上帝国的绝望。

约翰·哈里森于1776年去世，享年82岁，离83岁生日仅差几天。他留下了一个突然、可测量地变小的世界。水手们现在可以确切知道自己在地球表面的位置，不是通过观察星星，而是通过聆听机器的心跳。

في وقت كان أذكى العقول الأوروبية تنظر إلى النجوم للتنقل عبر المحيطات، نظر الحداد جون هاريسون إلى مجموعة من التروس البرونزية المُتَزَنَّة.

في عام 1707، أدى خطأ في الملاحة إلى اصطدام أربع سفن بالصخور في Scilly Isles. غرق ألفان من الرجال. لم يكن هذا فشلاً في الشجاعة، بل في الرياضيات. في ذلك الوقت، كان يمكن للملاحين تحديد خط العرض لديهم من خلال ارتفاع الشمس أو النجوم، ولكن تحديد خط الطول، أي المسافة شرقاً أو غرباً، كان في الغالب مسألة dead reckoning، وهي صورة متقدمة من التخمين تعتمد على تقدير السرعة والاتجاه عبر التيارات الخطرة.

أدى الكارثة إلى دفع البرلمان البريطاني إلى إصدار Longitude Act لعام 1714، وعرض مكافآت مالية تصل إلى 20000 جنيه إسترليني لأي شخص يمكنه ابتكار طريقة لتحديد موقع السفينة. معظم العلماء، بما في ذلك Isaac Newton وEdmond Halley، كانوا يعتقدون أن الإجابة تكمن في السماء. دعوا إلى استخدام طريقة lunar distances، وهي نظام معقد لقياس موقع القمر بالنسبة للنجوم الخلفية. لكن القمر دليل غير مستقر، والحسابات المطلوبة كانت تستغرق ساعات من العمل التي لم تكن قادرة عليها سوى قلة من الملاحين على سطح السفينة المتأرجحة.

John Harrison، نجار لم يلتحق بأي تعليم رسمي، اقترح مساراً مختلفاً. كان يعتقد أنه إذا كانت السفينة قادرة على حمل ساعة تحافظ على الوقت الدقيق لميناءها الأصلي، فيمكن للملاّح مقارنة ذلك الوقت مع الظهر المحلي في البحر. ستكون الفرق في الوقت مساوياً مباشرةً لفرق خط الطول. بالنسبة للنظام العلمي، كان هذا مجرد خيال. كانت الساعات الميكانيكية في العصر تستخدم مكابس تصبح عديمة الفائدة على السفينة المتأرجحة، وكانت زيوالها الداخلية تتكاثف أو تصبح رقيقة مع كل تغير في درجة الحرارة، مما يجعلها غير دقيقة بشكل كبير خلال رحلات طويلة.

الحشرة والشبكة

المحاولة الأولى لـ هاريسون، المعروفة اليوم باسم H1، كانت كائناً من البرونز والخشب بوزن 75 كجم يشبه أكثر ماكينة صناعية أكثر من كونها ساعة. تم إكمالها في عام 1736، وبدلاً من المكبس استخدمت ميزانين مزدوجين على شكل أوزان متصلة، كل منها تصل إلى نصف متر تقريباً، تتأرجح بشكل معاكس، مما يلغي حركة السفينة. تجنب الحاجة إلى التشحيم من خلال استخدام عجلات مصنوعة من لينوم فيتاي، خشب استوائي طبيعياً زلي. في تجربتها البحرية الأولى إلى لشبونة، أثبتت الجهاز فائدته: أصلحت ملاّح السفينة بستين ميلاً.

لكن هاريسون كان مهووساً بالكمال. قضى الـ 17 سنة التالية في بناء H2 وH3، وتطوير تصميماته بينما يواجه التمدد والانكماش الناتج عن تغيرات المناخ في المحيط الأطلسي. خلال بناء H3، ابتكر شريط المعدن المزدوج، وهو عبارة عن طبقة مزدوجة من النحاس والفولاذ تلتف مع تغير درجات الحرارة، مما يسمح بالتعويض التلقائي عن تمدد أو انكماش زنبرك الميزان. كما طور محامل الدوّار المغلق، وهو سلف للدبابيس الحديثة. ومع ذلك، بعد 17 عاماً من العمل، لم تصل H3 إلى معايير صارمة للجنة.

جاء الاختراق من اتجاه غير متوقع. في أوائل الخمسينيات من القرن الثامن عشر، صمم هاريسون ساعته الدقيقة الخاصة به، والتي أُنتجت له من قبل جون جيفريس حوالي عامي 1752-1753، ووجد أنها دقة مفاجئة. أدرك أن الاهتزازات عالية التردد من عجلة الميزان الصغيرة والسريعة التicks أكثر استقراراً من الاهتزازات البطيئة والثقيلة لأجهزته السابقة. كانت النتيجة H4: "ساعة بحرية" مصنوعة من الفضة بقطر 5 بوصات. بداخلها، كانت تحتوي على عجلة ميزان عالية التردد وعتاد مصنوع من الألماس، مصقول بدقة تصل إلى百分之一 من الملي미تر لتقليل الاحتكاك. كانت عملاً فنياً في التصغير تحدي كل ما يؤمن به Board of Longitude حول حدود الهندسة.

مقاومة الفلكي

عندما تم اختبار H4 أخيراً في رحلة إلى جامايكا في عام 1761، أظهرت أداءً تجاوز توقعات الجميع. بعد 81 يوماً في البحر، وجدوا أن الساعة كانت متأخرة بـ 5 ثوانٍ مقارنة بخط الطول المعروف لكانون، مما يتوافق مع خطأ في خط الطول بمقدار دقيقة واحدة وربع، أو نحو ميل بحري واحد. ومع ذلك، رفضت اللجنة، التي أصبحت الآن تهيمن عليها Nevil Maskelyne، تسليم الجائزة. كان ماسكليين مؤيداً لطريقة المسافة القمرية، ورأى في هاريسون مجرد "نجار" نجح بشكل محظوظ لا يمكن تكراره. طلب من هاريسون فك الساعة، تسليم رسوماته، وتقديم نفسه لاختبارات إضافية تدريجياً أكثر انحيازاً.

استمرت المعركة بين صانع الساعات والفلكيين لمدة عقد آخر. أصدر ماسكليين "الكالендري البحري" الذي يحتوي على الجداول المطلوبة لطريقة القمر، و استخدم موقعه لضمان بقاء اللجنة متشككة في ابتكارات هاريسون marine chronometer. احتاج التدخل الشخصي للملك George III لفك العقد. بعد اختبار نموذج لاحق، H5، أفاد الملك عن هاريسون، "بالله، سأراك محقاً". في عام 1773، وفي الثامنة من عمره، تلقى هاريسون أغلب أمواله، على الرغم من أنه لم يُمنح الجائزة رسمياً لقانون خط الطول نفسه.

ما لا نزال لا نعرفه

لا نعرف مدى تأثير الحوار التقني بين هاريسون والصانعين في لندن الذين ساعدوه في السنوات الأخيرة. في حين أن هاريسون هو العبقرية غير الخاضعة للنقاش وراء التصميم، فإن الانتقال من الآلات الثقيلة لـ H3 إلى التصميم الأنيق لـ H4 يشير إلى تكامل الأفكار مع المجتمع الأوسع للساعات، والذي لا يزال جزئياً مخفي.

لا نعرف لماذا تخلص هاريسون من بعض الميزات الواعدة في ساعاته السابقة، مثل نظام التحرر من الحشرة، لصالح نظام التحرر المعدل المستخدم في H4. يشير بعض المؤرخين إلى أن هذا كان مسألة موثوقية على مدى طويل، بينما يعتقد آخرون أن هذا كان خياراً عملياً لجعل الجهاز أكثر "ساعة" للجنة التفتيش.

أخيراً، نحن نفتقر إلى صورة شاملة عن العديد من المخترعين الآخرين الذين حاولوا الفوز بالجائزة. حفظ التاريخ قصة هاريسون، لكن أرشيف لجنة خط الطول يحتوي على عشرات الاقتراحات الغريبة والفاشلة، من "الكلاب المتعاطفين" إلى أنظمة ضخمة من الجرس العائم، والتي توضح办理 of الإمبراطورية البحرية في البحث عن حل لمشكلتها الأكثر إلحاحاً.

توفي جون هاريسون في عام 1776، في الثامنة والأربعين من عمره، قبل عيد ميلاده الثامن والثلاثين بعام واحد. ترك وراءه عالماً أصبح فجأة أصغر قياساً. يمكن الآن للملاح معرفة مكانه الدقيق على سطح الكرة الأرضية، ليس من خلال النظر إلى النجوم، بل من خلال الاستماع إلى نبض الآلة.

Seorang tukang kayu berkeahlian sendiri dari Yorkshire menghabiskan empat puluh tahun berusaha menyelesaikan tantangan ilmiah terbesar abad keduabelas belas. Sementara para pemikir terbesar di Eropa menatap bintang-bintang untuk menavigasi lautan, John Harrison menatap sekumpulan roda gigi tembaga yang berdetak.

Pada tahun 1707, sebuah kesalahan navigasi mengirimkan empat kapal ke atas batu karang Scilly Isles. Dua ribu orang tenggelam. Ini bukan kegagalan keberanian, tetapi kegagalan matematika. Pada masa itu, para pelaut bisa menentukan lintang mereka dengan ketinggian matahari atau bintang, tetapi menemukan bujur mereka, jarak ke timur atau barat, sebagian besar merupakan masalah dead reckoning, bentuk tebakan yang canggih yang bergantung pada perkiraan kecepatan dan arah melalui arus yang berbahaya.

Bencana ini mendorong Parlemen Inggris untuk mengesahkan Longitude Act tahun 1714, menawarkan hadiah finansial hingga £20.000 kepada siapa pun yang bisa menemukan metode untuk menentukan posisi kapal. Sebagian besar ilmuwan, termasuk Isaac Newton dan Edmond Halley, percaya jawabannya terletak di langit. Mereka menganjurkan metode lunar distances, sistem kompleks pengukuran posisi bulan terhadap bintang latar belakang. Tapi bulan adalah panduan yang tidak dapat diandalkan, dan perhitungan yang diperlukan membutuhkan jam kerja yang sedikit pelaut bisa lakukan di atas geladak yang bergoyang.

John Harrison, seorang tukang kayu tanpa pendidikan formal, menawarkan jalan yang berbeda. Ia percaya bahwa jika kapal bisa membawa jam yang mempertahankan waktu persis dari pelabuhan asalnya, seorang navigator bisa membandingkan waktu tersebut dengan siang setempat di laut. Perbedaan waktu akan secara langsung diterjemahkan menjadi perbedaan bujur. Bagi lembaga ilmiah, ini adalah fantasi. Jam mekanis era itu menggunakan bandul yang tidak berguna di kapal yang bergoyang, dan minyak internalnya mengental atau mengencer dengan setiap perubahan suhu, membuatnya sangat tidak akurat dalam perjalanan panjang.

Grasshopper dan Gridiron

Upaya pertama Harrison, yang sekarang dikenal sebagai H1, adalah makhluk berat dari besi tuang dan kayu seberat tujuh puluh lima pon yang terlihat lebih seperti mesin industri daripada alat ukur waktu. Selesai pada tahun 1736, jam ini menggantikan bandul dengan dua seimbang berbentuk beban yang terhubung, masing-masing hampir setengah meter panjangnya, yang berayun secara berlawanan, menghilangkan gerakan kapal. Ia menghindari kebutuhan pelumasan dengan menggunakan roda-roda dari kayu lignum vitae, kayu tropis yang secara alami berminyak. Pada uji laut pertamanya ke Lisbon, mesin ini membuktikan nilainya: ia memperbaiki navigator kapal sejauh enam puluh mil.

Namun, Harrison adalah seorang perfeksionis. Ia menghabiskan tujuh belas tahun berikutnya membangun H2 dan H3, memperbaiki desainnya sambil melawan ekspansi dan kontraksi logam yang disebabkan oleh perubahan iklim Atlantik. Selama pembuatan H3, ia menemukan strip bimetalik, lapisan dari besi tuang dan baja yang membengkok saat suhu berubah, secara otomatis mengkompensasi peregangan dari pegas seimbang. Ia juga mengembangkan bearing roller terkandung, pendahulu dari bearing bola modern. Namun, setelah tujuh belas tahun bekerja, H3 masih gagal memenuhi standar ketat Dewan.

Pemecahan masalah datang dari arah yang tidak terduga. Pada awal tahun 1750-an, Harrison merancang jam presisi untuk penggunaannya sendiri, yang dibuat untuknya oleh John Jefferys sekitar 1752–1753, dan menemukannya sangat akurat. Ia menyadari bahwa osilasi frekuensi tinggi dari roda seimbang kecil yang berdetak lebih cepat lebih stabil daripada ayunan lambat dan berat mesin sebelumnya. Hasilnya adalah H4: jam laut berdiameter lima inci dengan casing perak. Di dalamnya, jam ini memiliki roda seimbang frekuensi tinggi dan pallet berlian yang dipolish hingga seperatus milimeter untuk mengurangi gesekan. Ini adalah karya miniaturisasi yang menantang segala sesuatu yang Board of Longitude percaya tentang batas-batas rekayasa.

Perlawanan Astronomer

Ketika H4 akhirnya diuji pada perjalanan ke Jamaika pada tahun 1761, jam ini bekerja di luar ekspektasi siapa pun. Setelah delapan puluh satu hari di laut, jam ini ditemukan 5 detik lebih lambat dibandingkan bujur yang diketahui dari Kingston, yang sesuai dengan kesalahan bujur sebesar 1,25 menit, atau sekitar satu mil laut. Namun, Dewan, yang kini dipimpin oleh Nevil Maskelyne, menolak untuk memberikan hadiahnya. Maskelyne adalah pendukung metode jarak bulan dan melihat Harrison sebagai seorang "mekanik" biasa yang keberhasilan sementaranya tidak bisa diulangi. Ia meminta Harrison untuk membongkar jam tersebut, menyerahkan sketsa, dan mengikuti uji coba lebih lanjut yang semakin tidak adil.

Perang antara tukang jam dan para astronom berlangsung selama satu dekade. Nautical Almanac Maskelyne menyediakan tabel yang diperlukan untuk metode bulan, dan ia menggunakan posisinya untuk memastikan Dewan tetap skeptis terhadap marine chronometer Harrison. Butuh intervensi pribadi Raja George III untuk mengakhiri kebuntuan. Setelah menguji model berikutnya, H5, Raja dikatakan berkata kepada Harrison, "Demi Tuhan, saya akan melihat Anda dibenarkan." Pada tahun 1773, ketika Harrison berusia delapan puluh tahun, ia akhirnya menerima sebagian besar uangnya, meskipun ia tidak pernah secara resmi diberikan hadiah untuk Undang-Undang Bujur itu sendiri.

Apa yang kita masih tidak tahu

Kita tidak tahu sampai sejauh mana dialog teknis antara Harrison dan para pengrajin jam London yang membantunya di tahun-tahun akhirnya. Meskipun Harrison adalah jenius tak terbantahkan di balik desainnya, transisi dari mesin berat H3 ke keanggunan terstruktur H4 menunjukkan sintesis ide dengan komunitas horologi yang lebih luas yang tetap sebagian tersembunyi.

Kita tidak tahu mengapa Harrison meninggalkan beberapa fitur menjanjikan dari jam-jam sebelumnya, seperti escapement grasshopper, demi escapement verge yang dimodifikasi yang digunakan di H4. Sebagian sejarawan berpendapat itu adalah masalah keandalan dalam jangka panjang, sementara yang lain percaya itu adalah pilihan pragmatis untuk membuat perangkat lebih "mirip jam" bagi inspeksi Dewan.

Akhirnya, kita kekurangan gambaran lengkap tentang banyak penemu lain yang mencoba memenangkan hadiah tersebut. Sejarah telah menyimpan cerita Harrison, tetapi arsip Dewan Bujur berisi puluhan proposal aneh dan gagal, dari anjing "simpatik" hingga sistem besar lonceng mengapung, yang menggambarkan keputusasaan sebuah kekaisaran maritim yang mencari solusi atas masalah terbesarnya.

John Harrison meninggal pada tahun 1776, pada usia delapan puluh dua tahun, hanya sehari sebelum ulang tahun keduapuluh delapannya. Ia meninggalkan dunia yang tiba-tiba, secara terukur, lebih kecil. Seorang pelaut sekarang bisa tahu persis di mana ia berada di permukaan bumi, bukan dengan melihat bintang, tetapi dengan mendengarkan detak jantung mesin.

ヨークシャー出身の無名の木工職人が、18世紀最大の科学的難問を解決しようと40年間を費やした。ヨーロッパの偉大な知性たちは、大洋を航行するため天を仰いでいたが、ジョン・ハリソンは、カチカチと鳴る青銅製の歯車たちを見つめていた。

1707年、航法上の誤りによって4隻の船がScilly Islesの岩礁に乗り上げた。2000人の男たちが溺死した。これは勇気の失敗ではなく、数学の失敗であった。その時代、航海士たちは太陽や星の高さによって緯度を決定することができたが、東西南北の距離を示す経度を特定するには、主にdead reckoningに頼らざるを得なかった。これは、危険な洋流の中での速度と方向の推定に依存する洗練された推測の形態であった。

この災害は、イギリス議会が1714年のLongitude Actを制定するきっかけとなった。船舶の位置を特定する方法を考案した者には2万ポンドの報奨金を支払うというこの法律は、Isaac NewtonやEdmond Halleyを含む多くの科学者たちに、答えは空にあると信じさせた。彼らはlunar distancesの方法を推奨した。これは、背景にある星々に対して月の位置を測定する複雑なシステムであった。しかし月は不確実な指針であり、その計算には、傾きながら揺れる甲板上で、ほとんど誰も処理できないほどの時間がかかっていた。

John Harrisonという、正式な教育を受けたことのない木工職人は、別の道を提案した。彼は、もし船が自国の港の正確な時刻を刻む時計を持ち運べるなら、航海士はその時刻と海上の現地正午を比較できると考えた。時間の差は、経度の差に直接変換されるのだ。科学界の権威たちにとっては、これは幻想に過ぎなかった。その時代の機械式時計は振り子を使っていたが、揺れる船では役に立たなかった。また、内部の油は温度の変化ごとに粘り気を増したり減ったりし、長距離の航海では狂いが激しくなっていた。

蟋蟀と格子

ハリソンの最初の試み、今日ではH1として知られるそれは、75ポンドもの重さがあり、時計よりもむしろ工業機械のように見えた。1736年に完成したこの装置は、振り子を2つの連結されたダンベル型のバランスで置き換えており、それぞれがほぼ半メートルにも及ぶ長さで反対方向に揺れ、船の運動を打ち消していた。潤滑油を必要としないようにするために、彼は天然に油分を含む熱帯木のリンゴウッド製の歯車を使っていた。その最初の海上試験でリスボンへ向かう旅では、この装置はその価値を証明した。船の航海士の推定を60マイルも修正したのだ。

しかしハリソンは完璧主義者であった。彼は次の17年間をかけてH2とH3を作り上げ、設計を洗練させながら、大西洋の気候変動による金属の膨張と収縮に立ち向かった。H3の製作中、彼はブラスとスチールの二重金属ストリップを発明した。これは温度変化に応じて湾曲し、バランススプリングの伸びを自動的に補正する構造だった。また、現代のボールベアリングの前身となるキャッジド・ローラーベアリングも開発した。だが、17年間の製作の末に、H3はそれでもボードの厳格な基準を満たすことができなかった。

画期的な進展は予想外の方向からやってきた。1750年代初頭、ハリソンは自らの使用のために精密な時計を設計した。これは1752～1753年にジョン・ジェフリーによって製作され、彼はその驚くほど高い精度に気づいた。彼は、より小型で速く刻むバランスホイールからの高周波の振動が、以前の機械の遅く重い振りに比べてより安定的であることに気付いた。その結果として生まれたのがH4である。これは直径5インチの銀製の「海用時計」だった。中には高周波バランスホイールとダイヤモンドで研磨されたパレットを備えており、摩擦を減らすために100分の1ミリ以下の精度で仕上げられていた。これは、Board of Longitudeが機械工学の限界について信じていたすべてに挑戦するミニチュア化の傑作であった。

天文学者の抵抗

H4がついに1761年にジャマイカへの航海で試験されたとき、その性能は誰の予想をも超えた。81日間の航海の後、この時計はキングストンの既知の経度と比較して5秒遅れており、経度の誤差は1分25秒、およそ1海里であった。しかし、今や天文官長官Nevil Maskelyneによって支配されたボードは、賞金を渡すことを拒否した。マスクリー卿は月の距離法を支持しており、ハリソンを単なる「機械工」であり、その幸運な成功は繰り返し可能ではないと考えていた。彼はハリソンに時計を分解し、設計図を提出し、さらに偏りがちになる検証を受けるよう求めた。

時計職人と天文学者たちの間の戦いはさらに10年間続いた。マスクリー卿の『海事暦』は月の距離法に必要な表を提供し、彼はその地位を利用してボードがハリソンのmarine chronometerに対して疑念を持ち続けることを保証した。最終的に、George III国王の個人的な介入によって対立は解消された。その後継モデルであるH5をテストした後、国王はハリソンに「神に誓って、君を正当に評価するだろう」と語ったという。1773年、80歳のハリソンはやっとその大部分の報酬を受け取ることができたが、経度法そのものの賞金は正式には授与されなかった。

まだ分かっていないこと

ハリソンと晩年になって彼を支援したロンドンの時計職人たちとの間で交わされた技術的対話の全容は分かっていない。ハリソンは設計の天才であることに異論はないが、H3の重厚な機械からH4の洗練された優雅さへの移行は、広範な時計業界とのアイデアの融合を示唆しており、その一部はまだ曖昧に残っている。

また、ハリソンが初期の時計に採用していた有望な特徴、例えば「蟋蟀式エスケープメント」をなぜH4で使われる改良された「バー式エスケープメント」に置き換えたのか、その理由も分からない。歴史家の中には、長期間にわたる信頼性の問題のためだったと考える人もいれば、装置をボードの検査に適した「時計らしく」するための現実的な選択だったと考える人もいる。

最後に、賞金を獲得しようと試みた多くの他の発明家たちの全体像も我々には欠けている。ハリソンの物語は歴史に残されているが、経度委員会のアーカイブには、犬の「共鳴」から巨額の浮遊ベルシステムに至るまで、数多くの異様で失敗に終わった提案が数十件保管されており、それが海運帝国が抱える最も緊急の問題への解決策を求め、どれほど必死だったかを示している。

ジョン・ハリソンは1776年、82歳のときに、83歳の誕生日目前に亡くなった。彼は、突然、測定可能なほど小さくなった世界を残した。今や航海士たちは、星を見上げるのではなく、機械の鼓動に耳を傾けることで、地球の表面で自分たちの正確な位置を知ることができた。

Ein selbstgelehrter Tischler aus Yorkshire verbrachte vierzig Jahre damit, die größte wissenschaftliche Herausforderung des achtzehnten Jahrhunderts zu lösen. Während die klügsten Geister Europas zu den Sternen blickten, um die Meere zu durchschiften, wandte sich John Harrison einer Reihe tickender Messingzahnräder zu.

Im Jahr 1707 führte ein Navigationsfehler vier Schiffe auf die Felsen der Scilly Isles. Zwei Tausend Männer ertranken. Es war kein Versagen des Mutes, sondern der Mathematik. Zu dieser Zeit konnten Seeleute ihre geografische Breite anhand der Höhe der Sonne oder Sterne bestimmen, doch die Länge, also die Entfernung nach Osten oder Westen, war hauptsächlich eine Angelegenheit von dead reckoning, einer sophistizierten Form der Schätzung, die auf Geschwindigkeit und Richtung durch gefährliche Strömungen beruhte.

Die Katastrophe veranlasste das britische Parlament, das Longitude Act von 1714 zu verabschieden, das finanzielle Belohnungen von bis zu 20.000 Pfund versprach, wer auch immer eine Methode zur Bestimmung der Position eines Schiffes finden würde. Die meisten Wissenschaftler, darunter Isaac Newton und Edmond Halley, glaubten, dass die Antwort im Himmel lag. Sie setzten sich für die Methode der lunar distances ein, ein komplexes System zur Messung der Position des Mondes anhand der Hintergrundsterne. Doch der Mond ist ein unzuverlässiger Leitstern, und die dafür nötigen Berechnungen erforderten Stunden Arbeit, die nur wenige Seeleute auf einer schwankenden Decke leisten konnten.

John Harrison, ein Tischler ohne formale Ausbildung, schlug einen anderen Weg vor. Er glaubte, dass ein Schiff, das eine Uhr mit sich führte, die genau die Zeit seiner Heimatstadt anzeigte, der Navigator diese Zeit mit dem lokalen Mittag an See vergleichen könnte. Der Zeitunterschied würde sich direkt in einen Längengrad umrechnen lassen. Für die wissenschaftliche Elite war dies eine Fantasie. Die mechanischen Uhren der damaligen Zeit verwendeten Pendel, die auf einem schwankenden Schiff nutzlos waren, und ihre inneren Öle verdickten oder verflüssigten sich bei jeder Temperaturschwankung, wodurch sie auf langen Reisen stark ungenau wurden.

Der Grashüpfer und das Gitter

Harrisons erster Versuch, heute als H1 bekannt, war ein siebenundsechzig Kilo schweres Ungetüm aus Messing und Holz, das eher wie eine industrielle Maschine aussah als wie eine Uhr. Fertiggestellt 1736, ersetzte es das Pendel durch zwei miteinander verbundene, schalenförmige Balancen, die jeweils fast einen halben Meter lang waren und sich gegensinnig bewegten, um die Schiffsbewegung zu kompensieren. Um die Notwendigkeit der Schmierung zu vermeiden, verwendete er Räder aus Lignum vitae, einem natürlichen öligen Tropenholz. Bei seiner ersten Seefahrt nach Lissabon erwies sich die Maschine als wertvoll: Sie korrigierte den Navigator des Schiffes um sechzig Meilen.

Doch Harrison war ein Perfektionist. Er verbrachte die nächsten siebzehn Jahre damit, H2 und H3 zu bauen, seine Entwürfe zu verfeinern, während er mit der Ausdehnung und Kontraktion von Metallen kämpfte, die durch das wechselhafte Klima des Atlantiks verursacht wurden. Während der Konstruktion von H3 erfand er das Bimetallstreifen, ein Sandwich aus Messing und Stahl, das sich bei Temperaturänderungen bog und dadurch automatisch für die Dehnung der Balancenfeder entschädigte. Er entwickelte auch das Käfigrollenlager, einen Vorläufer des modernen Kugellagers. Doch nach siebzehn Jahren Arbeit erfüllte H3 immer noch nicht die strengen Standards der Kommission.

Der Durchbruch kam aus einer unerwarteten Richtung. In den frühen 1750er Jahren entwarf Harrison eine Präzisionsuhr für seine eigenen Zwecke, die ihm von John Jefferys um 1752–1753 hergestellt wurde, und fand sie überraschend genau. Er erkannte, dass die hochfrequenten Schwingungen einer kleineren, schneller tickenden Balancenrädchen stabiler waren als die langsamen, schweren Schwingungen seiner früheren Maschinen. Das Ergebnis war H4: eine silberne „Seeuhr“ mit einer Durchmesser von fünf Zoll. Im Inneren war ein hochfrequenter Balancenrädchen und Diamantkästen mit einer Polierung von einem hundertstel Millimeter enthalten, um Reibung zu reduzieren. Es war ein Meisterwerk der Miniaturisierung, das alles, was die Board of Longitude über die Grenzen der Technik glaubten, infrage stellte.

Der Widerstand des Astronomen

Als H4 schließlich 1761 auf einer Reise nach Jamaika getestet wurde, übertraf es alle Erwartungen. Nach achtundachtzig Tagen auf See war die Uhr lediglich fünf Sekunden langsam gegenüber der bekannten Länge von Kingston, was einem Längenfehler von einerinhalb Minuten, oder etwa einer Seemeile, entsprach. Doch die Kommission, mittlerweile von dem königlichen Astronomen Nevil Maskelyne dominiert, weigerte sich, die Belohnung zu übergeben. Maskelyne war ein Verfechter der Mondentfernungsmethode und betrachtete Harrison lediglich als einen „Handwerker“, dessen glücklicher Erfolg nicht wiederholbar war. Er verlangte, dass Harrison die Uhr zerlegte, seine Zeichnungen übergab und sich weiteren, zunehmend voreingenommenen Tests unterzog.

Der Kampf zwischen dem Uhrmacher und den Astronomen dauerte weitere zehn Jahre. Maskelynes Nautischer Almanach stellte die Tabellen bereit, die für die Mondmethode benötigt wurden, und er nutzte seine Position, um sicherzustellen, dass die Kommission weiterhin skeptisch gegenüber Harrisons marine chronometer blieb. Es brauchte die persönliche Intervention des Königs George III, um das Patt zu brechen. Nachdem ein nachfolgendes Modell, H5, getestet worden war, soll der König Harrison gesagt haben: „Bei Gott, ich will, dass du gerecht behandelt wirst.“ 1773, im Alter von achtzig Jahren, erhielt Harrison schließlich den größten Teil seines Geldes, obwohl er nie offiziell den Preis für das Längengradgesetz erhielt.

Was wir immer noch nicht wissen

Wir wissen nicht im Detail, in welchem Umfang Harrison mit den Londoner Uhrmachern, die ihm in seinen späteren Jahren halfen, technisch kommuniziert hat. Obwohl Harrison zweifellos der Genie hinter dem Design ist, deutet der Übergang von der schweren Maschine von H3 zur verfeinerten Eleganz von H4 auf eine Synthese von Ideen mit der breiteren Uhrenbaugemeinschaft hin, die noch immer teilweise verborgen bleibt.

Wir wissen nicht, warum Harrison bestimmte vielversprechende Funktionen aus seinen früheren Uhren, wie das Grashüpferhemmung, zugunsten der modifizierten Wendezeigerhemmung in H4 aufgab. Einige Historiker vermuten, dass es eine Frage der Zuverlässigkeit über längere Zeiträume war, während andere glauben, dass es eine pragmatische Entscheidung war, das Gerät „uhrartiger“ zu gestalten, um die Inspektion durch die Kommission zu erleichtern.

Schließlich fehlt uns ein vollständiges Bild vieler anderer Erfinder, die versucht haben, den Preis zu gewinnen. Harrisons Geschichte ist in der Geschichte bewahrt geblieben, doch die Archive der Längengradkommission enthalten Dutzende bizarre und gescheiterte Vorschläge, von „sympathischen“ Hunden bis hin zu riesigen Systemen schwebender Glocken, die die Verzweiflung eines maritimen Imperiums zeigen, das nach einer Lösung für sein dringendstes Problem suchte.

John Harrison starb 1776 im Alter von zweiundachtzig, kurz vor seinem dreiundachtzigsten Geburtstag. Er hinterließ eine Welt, die plötzlich, messbar kleiner geworden war. Ein Seemann konnte sich nun genau über seine Position auf der Erdoberfläche im Klaren sein, nicht durch das Beobachten der Sterne, sondern durch das Hören des Herzschlags einer Maschine.

요크셔 출신의 자학 목공은 18세기 최대의 과학적 과제를 해결하려고 40년 동안 노력했다. 유럽 최고의 두뇌들이 항해를 위해 하늘을 올려다보았을 때, 존 해리슨은 틱틱거리는 구리 기어들을 바라보았다.

1707년, 네 척의 배가 항해 오류로 인해 Scilly Isles의 암초에 좌초되었다. 2000명의 남자가 침몰했다. 이는 용기의 실패가 아니라 수학의 실패였다. 당시 항해자는 태양이나 별의 높이를 통해 위도를 결정할 수 있었지만, 동서 방향의 경도를 찾는 것은 대체로 dead reckoning에 의존하는 것이었다. 이는 속도와 방향을 추측하는 복잡한 추측 방식이었다.

이 재난은 영국 의회가 1714년 Longitude Act를 통과시키는 계기가 되었다. 배의 위치를 결정하는 방법을 찾은 자에게는 최대 2만 파운드의 금전적 보상을 약속한 것이었다. 대부분의 과학자들, Isaac Newton과 Edmond Halley를 포함하여, 답이 하늘에 있다는 믿음을 가지고 있었다. 그들은 lunar distances의 방법을 주장했다. 이는 복잡한 시스템으로, 달의 위치를 배경 별들과 비교하여 측정하는 것이었다. 그러나 달은 신뢰할 수 없는 가이드이며, 필요한 계산은 흔들리는 갑판에서 거의 모든 항해자가 감당할 수 없는 수 시간의 작업이었다.

John Harrison이라는 정식 교육을 받지 않은 목수는 다른 방법을 제안했다. 그는 만약 배가 본토의 정확한 시간을 유지할 수 있는 시계를 탑재한다면, 항해자가 그 시간과 해상의 현지 정오를 비교할 수 있다고 믿었다. 시간의 차이는 경도의 차이로 직접 변환될 수 있었다. 과학적 기관에겐 이는 환상이었다. 당시의 기계식 시계는 흔들리는 배에서는 무용지물이었던 진자들을 사용했으며, 내부의 기름은 온도 변화에 따라 두꺼워지거나 희석되어 장기간의 항해 중에는 엄청나게 정확도가 떨어졌다.

풀이와 격자

해리슨의 첫 시도는 오늘날 H1으로 알려진, 75파운드 무게의 구리와 나무로 된 괴물이었다. 1736년에 완성된 이 기계는 진자를 두 개의 연결된 덤벨 모양의 균형 장치로 대체했다. 각각은 거의 반 미터 길이로, 배의 움직임을 상쇄하는 반대 방향으로 흔들렸다. 그는 윤활을 피하기 위해 자연적으로 기름진 열대 나무인 릿나무(lignum vitae)로 만든 휠을 사용했다. 리스본으로의 첫 해상 시험에서 이 기계는 가치를 증명했다. 배의 항해자는 60마일의 오류를 수정할 수 있었다.

하지만 해리슨은 완벽주의자였다. 그는 다음 17년 동안 H2와 H3를 만들며 자신의 설계를 개선하면서 대서양의 기후 변화로 인한 금속의 팽창과 수축을 맞서 싸웠다. H3를 만드는 동안 그는 브론즈와 강철로 구성된 이중 금속 스트립을 발명했다. 온도 변화에 따라 곡선이 생기며 균형 스프링의 늘어남을 자동으로 보상하는 것이었다. 또한 그는 현대 볼 베어링의 선구자인 케이지 롤러 베어링도 개발했다. 그러나 17년의 작업 끝에 H3는 여전히 위원회의 엄격한 기준을 충족시키지 못했다.

돌파구는 예상치 못한 방향에서 온 것이다. 1750년대 초, 해리슨은 자신의 사용을 위해 정밀한 시계를 설계했고, 1752~1753년에 존 제퍼스에 의해 제작된 이 시계는 놀랄 만큼 정확했다. 그는 이전의 기계들과 비교했을 때 더 작은, 빠르게 틱하는 균형 바퀴에서 나오는 고주파 진동이 더 안정적이라는 것을 깨달았다. 결과물은 H4였다. 직경 5인치의 은제 "해상 시계"였다. 내부에는 마찰을 줄이기 위해 밀리미터의 100분의 1까지 다듬어진 다이아몬드로 만든 팔레트와 고주파 균형 바퀴가 있었다. 이는 미니어처화의 걸작이었고, Board of Longitude이 공학의 한계에 대해 믿었던 모든 것을 도전했다.

천문학자의 저항

1761년 자메이카로의 항해에서 H4가 최종적으로 시험되었을 때, 그 성능은 누구의 예상도 넘는 것이었다. 81일의 해상 시간 후, 시계는 킹스턴의 알려진 경도와 비교해 5초 늦어진 것으로 밝혀졌다. 이는 경도 오차 1.25분, 즉 약 1해리에 해당했다. 그러나 위원회는 이제 천문학자 총장 Nevil Maskelyne에 의해 지배되며 상금을 지급하지 않으려 했다. 마스케이런은 달의 거리법을 옹호했고, 해리슨을 단순한 "기계공"으로 보았다. 그의 운 좋은 성공은 재현될 수 없다고 여겼다. 그는 해리슨에게 시계를 분해하고 설계도를 넘기며 더 많은, 점점 편향된 시험에 제출하라고 요구했다.

시계공과 천문학자들 간의 싸움은 또 다른 10년 동안 이어졌다. 마스케이런의 해양 달력은 달 거리법을 위한 표를 제공했고, 그는 자신의 지위를 이용해 위원회가 여전히 해리슨의 marine chronometer에 회의적인 태도를 유지하도록 보장했다. George III 왕의 개인적 개입이 없었다면 이 갈등은 끝나지 않았을 것이다. H5 모델을 시험한 후, 왕은 해리슨에게 "하느님, 당신을 옳게 해주겠다"고 말했다고 전해진다. 1773년, 80세에 해리슨은 자신의 돈 대부분을 받게 되었지만, 경도법 자체에 대한 상금은 공식적으로 수여받지 못했다.

여전히 알지 못하는 것들

해리슨과 그의 후기 생애에 도움을 준 런던의 시계공들 사이의 기술적 대화의 전부는 알려져 있지 않다. 해리슨이 설계의 천재로 간주되지만, H3의 무거운 기계에서 H4의 정교한 우아함으로의 전환은 더 넓은 시계공학 공동체와의 아이디어의 종합을 암시한다. 이는 부분적으로는 여전히 불확실하다.

해리슨이 이전 시계에서 성공적인 기능들을 포기한 이유는 알려져 있지 않다. 예를 들어, 풀이 탈출장치(grasshopper escapement)를 H4에서 사용된 수정된 베르 탈출장치(modified verge escapement)로 대체한 이유는 말이다. 일부 역사가들은 장기간의 신뢰성 때문이라고 생각하지만, 다른 이들은 위원회의 검사를 위해 장치를 "시계처럼" 만들기 위한 실용적인 선택이었다고 믿는다.

마지막으로, 상금을 따내려고 시도한 다른 많은 발명가들에 대한 완전한 그림은 결여되어 있다. 역사에서는 해리슨의 이야기만 남아 있지만, 경도 위원회의 아카이브에는 수십 가지의 기이하고 실패한 제안들이 보관되어 있다. "공명"하는 개들에서부터 거대한 부유하는 종 시스템에 이르기까지, 이들은 해결책을 찾기 위해 절박한 해양 제국의 모습을 보여준다.

존 해리슨은 1776년, 82세에 생일 하루 전에 세상을 떠났다. 그는 갑작스럽게, 측정 가능한 방식으로 세계가 작아지는 것을 남겼다. 이제 항해자는 별을 보는 대신 기계의 맥박을 듣는 것으로, 지구 표면 어디에 있는지 정확히 알 수 있었다.

Самоучка-столяр из Йоркшира потратил сорок лет, чтобы решить величайшую научную задачу XVIII века. В то время как величайшие умы Европы обращались к звёздам, чтобы прокладывать путь по океанам, Джон Харрисон обращался к набору тикающих бронзовых шестерёнок.

В 1707 году навигационная ошибка направила четыре корабля на скалы Scilly Isles. Двадцать тысяч человек утонуло. Это было не поражение отсутствия мужественности, а поражение математики. В то время моряки могли определить широту по высоте солнца или звёзд, но определение долготы, расстояния на восток или запад, было в основном делом dead reckoning, сложной формой угадывания, которое опиралось на оценку скорости и направления через опасные течения.

Это бедствие побудило британский парламент принять Longitude Act 1714 года, предлагающий денежные вознаграждения до 20 000 фунтов стерлингов всем, кто мог бы найти метод определения местоположения корабля. Большинство учёных, включая Isaac Newton и Edmond Halley, считали, что ответ кроется в небе. Они выступали за метод lunar distances, сложную систему измерения положения луны на фоне звёзд. Но луна — непостоянный ориентир, и расчёты требовали часов работы, которую мало кто из моряков мог выполнить на качающейся палубе.

John Harrison, плотник без формального образования, предложил другой путь. Он верил, что если корабль может нести часы, которые сохраняют точное время своего родного порта, навигатор может сравнить это время с местным полднём на море. Разница во времени напрямую переводилась в разницу долгот. Для научного сообщества это было фантазией. Механические часы того времени использовали маятники, которые были бесполезны на качающемся корабле, и их внутренние масла уплотнялись или разжижались при каждом изменении температуры, делая их крайне неточными на длительной поездке.

Стрекоза и решётка

Первый опыт Харрисона, известный сегодня как H1, был громоздким устройством из меди и дерева весом семьдесят пять фунтов, выглядевшим больше как промышленная машина, чем часы. Завершённый в 1736 году, он заменил маятник двумя взаимосвязанными балансами в форме гантелей, каждый почти на полметра длиной, которые колебались в противоположных направлениях, компенсируя движение корабля. Он избежал необходимости смазки, используя колёса из лигниума вити, тропического дерева, естественно содержащего масло. На своём первом морском испытании до Лиссабона устройство доказало свою ценность: оно исправило навигатора корабля на шестьдесят миль.

Но Харрисон был перфекционистом. Он потратил следующие семнадцать лет на создание H2 и H3, совершенствуя свои конструкции, борясь с расширением и сжатием металлов, вызванным изменяющимся климатом Атлантики. Во время создания H3 он изобрёл биметаллическую полосу, смесь меди и стали, которая изгибалась при изменении температуры, автоматически компенсируя растяжение пружины баланса. Он также разработал роликовый подшипник в клетке, предшественник современного шарикоподшипника. Однако, после семнадцати лет работы, H3 всё ещё не соответствовал строгим стандартам Комитета.

Прорыв пришёл из неожиданного направления. В начале 1750-х Харрисон спроектировал точные часы для собственного использования, которые были изготовлены для него Джоном Джефферсом в 1752–1753 годах и оказалось, что они удивительно точны. Он понял, что высокочастотные колебания от меньшего, более быстрого баланса колеса более стабильны, чем медленные, тяжёлые колебания его предыдущих устройств. Результатом стал H4: серебрянный "морской" хронометр диаметром пять дюймов. Внутри он имел баланс колеса с высокой частотой и палетки из алмаза, отполированные до сотой доли миллиметра, чтобы уменьшить трение. Это было шедевром миниатюризации, которое поставило под сомнение всё, во что верил Board of Longitude о пределах инженерного дела.

Сопротивление астронома

Когда H4, наконец, был испытан во время поездки в Ямайку в 1761 году, он превзошёл ожидания всех. После восьмидесяти одного дня в море, часы оказались на пять секунд медленнее, чем известная долгота Кингстона, что соответствовало ошибке долготы в 1,25 минуты, или приблизительно одному морскому милю. Однако, Комитет, теперь возглавляемый Королевским астрономом Nevil Maskelyne, отказался передать приз. Маскелейн был сторонником метода лунного расстояния и рассматривал Харрисона как простого "механика", чей удачный успех не мог быть повторён. Он потребовал, чтобы Харрисон разобрал часы, передал свои чертежи и подвергся дальнейшим, всё более предвзятым испытаниям.

Борьба между часовщиком и астрономами продолжалась ещё десять лет. Навигационный альманах Маскелейна предоставлял таблицы, необходимые для лунного метода, и он использовал своё положение, чтобы убедить Комитет оставаться скептичным по отношению к marine chronometer Харрисона. Понадобилось личное вмешательство короля George III, чтобы разрешить ситуацию. После испытания последующей модели, H5, король, якобы, сказал Харрисону: "По дьяволю, я увижу, что вы будете вознаграждены". В 1773 году, в возрасте восьмидесяти лет, Харрисон, наконец, получил большую часть своих денег, хотя никогда не был официально награждён за сам Закон о Долготе.

То, чего мы всё ещё не знаем

Мы не знаем полной меры технического диалога между Харрисоном и лондонскими часовщиками, которые помогали ему в его поздние годы. Хотя Харрисон несомненно является гением, стоящим за дизайном, переход от тяжёлых механизмов H3 к изысканной элегантности H4 указывает на синтез идей с более широким сообществом часовщиков, который остаётся частично скрытым.

Мы не знаем, почему Харрисон отказался от некоторых многообещающих функций из его более ранних часов, таких как "стрекоза" (эвакуатор), в пользу модифицированного веревого эвакуатора, использованного в H4. Некоторые историки предполагают, что это было дело надёжности на длительные периоды, в то время как другие считают, что это была практическая мера, чтобы сделать устройство более "часовым" для осмотра Комитета.

Наконец, у нас отсутствует полная картина множества других изобретателей, которые пытались выиграть приз. История сохранила историю Харрисона, но архивы Комитета по долготе содержат десятки странных и провальных предложений, от "сочувствующих" собак до огромных систем плавающих колоколов, которые иллюстрируют отчаяние морской империи, ищущей решение своей самой актуальной проблемы.

Джон Харрисон умер в 1776 году, в возрасте 82 лет, за день до своего 83-го дня рождения. Он оставил позади мир, который вдруг стал измеримо меньше. Моряк теперь мог точно знать, где он стоит на поверхности Земли, не глядя на звёзды, а слушая ритм машины.

यॉर्कशायर के एक आत्म-शिक्षित लकड़हारा ने अठारहवीं शताब्दी की सबसे बड़ी वैज्ञानिक चुनौती को हल करने के लिए चालीस साल बरबस कर दिए। जब यूरोप के सबसे बड़े मस्तिष्क तारों की ओर देखकर महासागरों में नौगमन करने की कोशिश कर रहे थे, तब जॉन हैरिसन एक घड़ी के टिक-टिक करने वाले तांबे के गियर की ओर देख रहे थे।

1707 में, एक नौसंचालन त्रुटि ने चार जहाजों को Scilly Isles की चट्टानों पर भेज दिया। दो हजार आदमी डूब गए। यह धीरज की विफलता नहीं थी, बल्कि गणित की थी। उस समय, नाविकों ने सूर्य या तारों की ऊँचाई से अपने अक्षांश का निर्धारण कर सकते थे, लेकिन अपने देशांतर का पता लगाना, पूर्व या पश्चिम की दूरी, बेहद हद तक dead reckoning पर निर्भर था, जो जटिल अनुमान था जो खतरनाक धाराओं में गति और दिशा का अनुमान लगाने पर निर्भर था।

इस आपदा ने ब्रिटिश संसद को 1714 के Longitude Act को पारित करने के लिए प्रेरित किया, जिसमें वित्तीय पुरस्कार तक £20,000 का वादा किया गया था, जो किसी भी व्यक्ति को जहाज की स्थिति निर्धारित करने की एक विधि ढूंढने के लिए दिया जाएगा। अधिकांश वैज्ञानिकों, जिनमें Isaac Newton और Edmond Halley शामिल थे, का विश्वास था कि उत्तर आकाश में छिपा हुआ था। उन्होंने lunar distances की विधि का समर्थन किया, जो चंद्रमा की स्थिति को पृष्ठभूमि तारों के खिलाफ मापने की एक जटिल प्रणाली थी। लेकिन चांद एक अस्थिर निर्देशक है, और आवश्यक गणनाओं के लिए घंटों काम करने की आवश्यकता थी, जिसे कम नाविक झूलते डेक पर प्रबंधित कर सकते थे।

John Harrison, एक कारपेंटर जिसकी औपचारिक शिक्षा नहीं थी, ने एक अलग मार्ग का प्रस्ताव दिया। उसका विश्वास था कि यदि एक जहाज अपने घर के बंदरगाह के सही समय को बरकरार रखने वाली एक घड़ी ले जा सके, तो एक नाविक उस समय की तुलना समुद्र में स्थानीय दोपहर के साथ कर सके। समय में अंतर लंबाई में अंतर को सीधे अनुवाद कर देगा। वैज्ञानिक संस्थान के लिए यह एक कल्पना थी। उस युग की यांत्रिक घड़ियाँ पेंडुलम का उपयोग करती थीं जो झूलते हुए जहाज पर अकारण थे, और उनके आंतरिक तेल तापमान में हर परिवर्तन के साथ मोटे या पतले हो जाते थे, जिससे लंबी यात्राओं में वे बेहद असटीक हो जाते थे।

घास की छोटी मक्खी और ग्रिडियर

हैरिसन की पहली कोशिश, जिसे आज H1 के रूप में जाना जाता है, एक सत्तर-पाँच पाउंड का तांबा-लकड़ी का प्राणी था जो एक समय यंत्र के बजाय औद्योगिक मशीनरी के एक टुकड़े की तरह दिखता था। 1736 में पूरा किया गया, इसमें पेंडुलम को दो जुड़े हुए डम्बबेल-आकार के संतुलनों के साथ बदल दिया गया था, जिनमें से प्रत्येक लगभग आधा मीटर लंबा था, जो विपरीत दिशा में झूलते थे, जहाज की गति को निरस्त कर देते थे। वह शीतलन की आवश्यकता को बचाने के लिए लिग्नम विटे के पहियों का उपयोग करता था, एक प्राकृतिक तेलीय उष्णकटिबंधीय लकड़ी। इसके पहले समुद्री परीक्षण के लिए लिस्बन तक, मशीन ने अपनी उपयोगिता साबित कर दी: यह जहाज के नाविक को सहस्त्र मील सुधार दिया।

लेकिन हैरिसन एक परिपूर्णक था। वह अगले सत्रह वर्षों में H2 और H3 का निर्माण करता रहा, अपने डिज़ाइनों को परिशोधित करते हुए जबकि वह अटलांटिक के परिवर्तनशील जलवायु के कारण धातुओं के प्रसार और संकुचन के साथ लड़ रहा था। H3 के निर्माण के दौरान, उसने द्विधात्विक पट्टी का आविष्कार किया, जो तांबे और स्टील का एक सैंडविच था जो तापमान में परिवर्तन के साथ झुक जाता था, संतुलन स्प्रिंग के तनाव के लिए स्वचालित रूप से समायोजन करता था। उसने घुमावदार रोलर बियरिंग का भी विकास किया, जो आधुनिक बॉल बियरिंग के पूर्ववर्ती थे। लेकिन, सत्रह वर्षों के कार्य के बाद, H3 अभी तक बोर्ड के कठोर मानकों को पूरा नहीं कर पाया।

अप्रत्याशित दिशा से ब्रेकथ्रू आया। शुरुआती 1750 के दशक में, हैरिसन ने अपने उपयोग के लिए एक सटीक घड़ी का डिज़ाइन किया, जिसे 1752-1753 में जॉन जेफरीस द्वारा बनाया गया था और उसे आश्चर्यजनक रूप से सटीक पाया गया। उसने अपने पूर्व के मशीनों की धीमी, भारी झूल की तुलना में एक छोटे, तेजी से टिकाऊ संतुलन पहिए से उच्च आवृत्ति दोलनों की अधिक स्थिरता को समझ लिया। परिणाम H4 था: एक पांच इंच व्यास वाला चांदी का "समुद्री घड़ी"। इसमें, एक उच्च-बीट संतुलन पहिया और हीरे के पैलेट शामिल थे, जिन्हें घर्षण को कम करने के लिए एक सौवें मिलीमीटर तक पॉलिश किया गया था। यह एक नान-स्केल के महाकाव्य था जो Board of Longitude के इंजीनियरिंग की सीमाओं के बारे में उनके सभी विचारों को चुनौती देता था।

खगोलविद का प्रतिरोध

जब H4 को अंततः 1761 में जमैका की यात्रा पर परीक्षण किया गया, तो यह किसी की भी उम्मीदों से आगे निकल गया। समुद्र पर 81 दिनों के बाद, घड़ी को किंगस्टन के ज्ञात देशांतर के मुकाबले 5 सेकंड धीमा पाया गया, जो देशांतर में 1.25 मिनट की त्रुटि, या लगभग एक नौसैट मील के बराबर था। हालांकि, अब रॉयल खगोलविद Nevil Maskelyne द्वारा नियंत्रित बोर्ड ने पुरस्कार देने से इनकार कर दिया। मैस्कलीन लूनर डिस्टेंस विधि का समर्थक था और उसने हैरिसन को एक साधारण "मैकेनिक" माना, जिसकी सफलता को दोहराया नहीं जा सकता था। उसने हैरिसन से घड़ी को तोड़ने, अपनी ड्राइंग्स को सौपने और अधिक, बढ़ते हुए अनुचित परीक्षणों के लिए स्वीकृति देने की मांग की।

घड़ीवाले और खगोलविदों के बीच यह लड़ाई अगले दशक तक चली। मैस्कलीन का नौसैट एलमनैक लूनर विधि के लिए आवश्यक सारणियाँ प्रदान करता था, और उसने अपनी स्थिति का उपयोग बोर्ड को हैरिसन के marine chronometer के प्रति संशय बनाए रखने के लिए किया। राजा George III के व्यक्तिगत हस्तक्षेप ने अड़चन को तोड़ दिया। एक बाद के मॉडल, H5 के परीक्षण के बाद, राजा ने रिपोर्ट के अनुसार हैरिसन को कहा, "भगवान, मैं आपको न्याय देखूंगा।" 1773 में, 80 वर्ष की आयु में, हैरिसन ने अपने धन का अधिकांश हिस्सा प्राप्त कर लिया, हालांकि वह कभी भी लंबाई अधिनियम के लिए आधिकारिक रूप से पुरस्कार प्राप्त नहीं कर पाए।

हम अभी भी नहीं जानते

हम हैरिसन और उसके बाद के वर्षों में उसकी मदद करने वाले लंदन के घड़ीवालों के बीच तकनीकी बातचीत की पूरी गहराई के बारे में नहीं जानते हैं। हालांकि हैरिसन डिज़ाइन के पीछे अविस्मरणीय प्रतिभा है, H3 की भारी मशीनरी से H4 की श्रेष्ठ शानदारता का संक्रमण एक व्यापक घड़ीवाला समुदाय के साथ विचारों के संश्लेषण को दर्शाता है जो अभी भी आंशिक रूप से छिपा हुआ है।

हम नहीं जानते कि हैरिसन ने अपने पहले घड़ियों में कुछ वादगार विशेषताओं, जैसे कि घास की छोटी मक्खी के अपवाहन, को छोड़ दिया क्यों, H4 में उपयोग किए गए संशोधित वर्ज अपवाहन के प्रति बदल गए। कुछ इतिहासकारों का मानना है कि लंबे समय के लिए विश्वसनीयता के मामले में था, जबकि अन्य विश्वास करते हैं कि यह एक व्यावहारिक चुनाव था ताकि बोर्ड की जाँच के लिए उपकरण को अधिक "घड़ी जैसा" बनाया जा सके।

अंत में, हमें उन बहुत से अन्य आविष्कारकों के बारे में पूर्ण चित्र नहीं है जिन्होंने पुरस्कार जीतने की कोशिश की। इतिहास ने हैरिसन की कहानी को संरक्षित किया है, लेकिन लंबाई बोर्ड के आर्काइव में दस दर्जन अजीब और विफल प्रस्ताव हैं, जैसे कि "सहानुभूतिपूर्ण" कुत्तों से लेकर बड़े पैमाने पर तैरते घंटों की प्रणालियों तक, जो एक समुद्री साम्राज्य के अपनी सबसे गंभीर समस्या के लिए एक समाधान ढूंढने के लिए असफल प्रयासों को दर्शाते हैं।

जॉन हैरिसन 1776 में, 82 वर्ष की आयु में, अपनी 83 वीं जन्मजयंती के ठीक पहले दुनिया छोड़ गए। उन्होंने एक ऐसी दुनिया छोड़ दी जो अचानक, मापने योग्य रूप से छोटी हो गई थी। अब एक नाविक स्थिरता के तारों के बजाय एक मशीन के हृदय की धड़कन को सुनकर अपने ग्लोब पर अपनी सटीक स्थिति जान सकता था।

Un charpentier autodidacte du Yorkshire a consacré quarante ans à résoudre le défi scientifique majeur du dix-huitième siècle. Alors que les esprits les plus brillants d'Europe cherchaient les étoiles pour naviguer sur les océans, John Harrison regardait un ensemble de rouages en bronze qui tic-tacaient.

En 1707, une erreur de navigation envoya quatre navires sur les rochers de la Scilly Isles. Deux mille hommes périrent noyés. Il ne s'agissait pas d'une défaillance de courage, mais de mathématiques. À l'époque, les marins pouvaient déterminer leur latitude grâce à la hauteur du soleil ou des étoiles, mais trouver leur longitude, la distance à l'est ou à l'ouest, était en grande partie une affaire de dead reckoning, une forme sophistiquée de devinette qui reposait sur l'estimation de la vitesse et de la direction à travers des courants périlleux.

La catastrophe incita le Parlement britannique à adopter la Longitude Act de 1714, offrant des récompenses financières allant jusqu'à 20 000 livres sterling à quiconque pourrait trouver une méthode pour déterminer la position d'un navire. La plupart des scientifiques, y compris Isaac Newton et Edmond Halley, croyaient que la réponse résidait dans le ciel. Ils défendaient la méthode de lunar distances, un système complexe de mesure de la position de la lune par rapport aux étoiles arrière-plan. Mais la lune est une guide capricieuse, et les calculs nécessitaient des heures de travail que peu de marins pouvaient gérer sur un pont qui tanguait.

John Harrison, un charpentier sans éducation formelle, proposa une autre voie. Il croyait qu'un navire pourrait emporter une horloge conservant l'heure exacte de son port d'origine, et qu'un navigateur pourrait comparer cette heure avec le midi local en mer. La différence d'heure se traduirait directement en une différence de longitude. Pour l'établissement scientifique, c'était une fantaisie. Les horloges mécaniques de l'époque utilisaient des pendules inutilisables sur un navire roulant, et leurs huiles internes s'épaississaient ou s'amincissaient avec chaque changement de température, les rendant extrêmement imprécises sur un long voyage.

Le sauteur et la règle à maillons

La première tentative d'Harrison, connue aujourd'hui sous le nom de H1, était une bête de soixante-quinze livres en laiton et en bois qui ressemblait davantage à une machine industrielle qu'à un instrument de mesure du temps. Terminée en 1736, elle remplaçait le pendule par deux balances en forme de poids de haltères interconnectés, chacune presque demi-mètre de long, qui oscillaient en opposition, annulant ainsi le mouvement du navire. Il évita le besoin de lubrification en utilisant des roues en bois de vie, un bois tropical naturellement huileux. Lors de son premier essai en mer vers Lisbonne, la machine prouva sa valeur : elle corrigea le navigateur du navire de soixante milles.

Mais Harrison était un perfectionniste. Il passa les dix-sept prochaines années à construire H2 et H3, affinant ses conceptions tout en luttant contre l'expansion et la contraction des métaux causées par le climat changeant de l'Atlantique. Pendant la construction de H3, il inventa la lame bimétallique, un sandwich de laiton et d'acier qui se courbait en fonction des changements de température, compensant automatiquement l'étirement du ressort de balancier. Il développa également le roulement à cage, un prédécesseur du roulement à billes moderne. Pourtant, après dix-sept ans de travail, H3 ne parvint toujours pas à répondre aux normes exigeantes du Conseil.

La percée vint d'une direction inattendue. Au début des années 1750, Harrison conçut une montre de précision pour son propre usage, qui fut réalisée par John Jefferys entre 1752 et 1753, et il découvrit qu'elle était étonnamment précise. Il réalisa que les oscillations à haute fréquence d'une petite roue de balancier tournant plus rapidement étaient plus stables que les mouvements lents et lourds de ses machines antérieures. Le résultat fut H4 : une « montre de mer » en argent d'un diamètre de cinq pouces. À l'intérieur, elle disposait d'une roue de balancier à haute fréquence et de palpeurs en diamant, polis à un centième de millimètre pour réduire le frottement. C'était un chef-d'œuvre de miniaturisation qui défiait tout ce que l'Board of Longitude croyait possible en matière de limites de l'ingénierie.

La résistance de l'astronome

Quand H4 fut enfin testée lors d'un voyage vers la Jamaïque en 1761, elle dépassa les attentes de tous. Après quatre-vingt-un jours en mer, la montre s'avéra être ralentie de cinq secondes par rapport à la longitude connue de Kingston, ce qui correspondait à une erreur de longitude de 1,25 minute, ou environ un mille nautique. Cependant, le Conseil, désormais dominé par l'Astronome Royal Nevil Maskelyne, refusa de verser la récompense. Maskelyne était un partisan de la méthode de la distance lunaire et considérait Harrison comme un simple « mécanicien » dont le succès chanceux ne pouvait pas être répété. Il exigea que Harrison démonte la montre, remette ses dessins et se soumette à des tests supplémentaires de plus en plus biaisés.

Le combat entre l'horloger et les astronomes dura encore une décennie. Le Nautical Almanac de Maskelyne fournissait les tables nécessaires à la méthode lunaire, et il usa de sa position pour s'assurer que le Conseil demeurait sceptique face aux marine chronometer de Harrison. Il fallut l'intervention personnelle du roi George III pour briser le blocage. Après avoir testé un modèle ultérieur, H5, le roi aurait déclaré à Harrison : « Par Dieu, je veillerai à ce que vous soyez récompensé. » En 1773, à l'âge de quatre-vingts ans, Harrison reçut enfin la majeure partie de son argent, bien qu'il n'ait jamais été officiellement récompensé pour l'Acte de Longitude lui-même.

Ce que nous ne savons toujours pas

Nous ne connaissons pas l'ampleur totale du dialogue technique entre Harrison et les horlogers londoniens qui l'ont aidé dans ses dernières années. Bien que Harrison soit incontestablement le génie derrière la conception, la transition de la machinerie lourde de H3 vers l'élégance raffinée de H4 suggère une synthèse d'idées avec la communauté horlogère plus large qui reste partiellement cachée.

Nous ne savons pas pourquoi Harrison abandonna certaines fonctionnalités prometteuses de ses horloges antérieures, comme l'échappement sauteur, au profit de l'échappement verge modifié utilisé dans H4. Certains historiens suggèrent que c'était une question de fiabilité sur de longues périodes, tandis que d'autres pensent que c'était un choix pragmatique pour rendre le dispositif plus « montre-like » pour l'inspection du Conseil.

Enfin, nous manquons d'une image complète de nombreux autres inventeurs qui ont tenté de remporter la récompense. L'histoire a préservé l'histoire de Harrison, mais les archives du Conseil de la Longitude contiennent des dizaines de propositions bizarres et infructueuses, allant de chiens « sympathiques » à de vastes systèmes de cloches flottantes, illustrant la désespérance d'un empire maritime à la recherche d'une solution à son problème le plus pressant.

John Harrison mourut en 1776, à l'âge de quatre-vingt-deux ans, juste avant son quatre-vingt-troisième anniversaire. Il laissa derrière lui un monde qui était soudain, mesurablement plus petit. Un marin pouvait désormais savoir exactement où il se tenait à la surface de la Terre, non en regardant les étoiles, mais en écoutant le battement d'une machine.

Un carpintero autodidacta de Yorkshire pasó cuarenta años intentando resolver el mayor desafío científico del siglo XVIII. Mientras las mentes más destacadas de Europa miraban las estrellas para navegar los océanos, John Harrison miraba un conjunto de engranajes de bronce que marcaban el tiempo.

En 1707, un error de navegación envió cuatro barcos a las rocas de las Scilly Isles. Dos mil hombres se ahogaron. No fue un fracaso de valor, sino de matemáticas. En aquella época, los marineros podían determinar su latitud por la altura del sol o de las estrellas, pero encontrar su longitud, la distancia este u oeste, era en gran medida una cuestión de dead reckoning, una forma sofisticada de adivinación que dependía de estimar la velocidad y la dirección a través de corrientes peligrosas.

El desastre motivó al Parlamento británico a aprobar el Longitude Act de 1714, ofreciendo recompensas financieras de hasta £20.000 a cualquiera que pudiera encontrar un método para determinar la posición de un barco. La mayoría de los científicos, incluyendo a Isaac Newton y Edmond Halley, creían que la respuesta estaba en el cielo. Abogaron por el método de lunar distances, un sistema complejo de medir la posición de la luna contra las estrellas de fondo. Pero la luna es una guía caprichosa, y los cálculos requerían horas de trabajo que pocos marineros podían manejar en una cubierta que se movía.

John Harrison, un carpintero sin educación formal, propuso un camino diferente. Creía que si un barco pudiera llevar un reloj que mantuviera la hora exacta de su puerto de origen, un navegante podría comparar esa hora con el mediodía local en alta mar. La diferencia en el tiempo se traduciría directamente en una diferencia de longitud. Para la comunidad científica, esto era una fantasía. Los relojes mecánicos de la época usaban péndulos que eran inútiles en un barco que se balanceaba, y sus aceites internos se espesaban o se aclaraban con cada cambio de temperatura, lo que los hacía extremadamente inexactos en una travesía larga.

El saltamontes y la regla graduada

El primer intento de Harrison, conocido hoy como H1, era una bestia de setenta y cinco libras hecha de bronce y madera que se parecía más a una pieza de maquinaria industrial que a un reloj. Finalizada en 1736, sustituyó al péndulo por dos balances en forma de pesas interconectadas, cada una casi medio metro de largo, que oscilaban en oposición, anulando el movimiento del barco. Evitó la necesidad de lubricación utilizando ruedas hechas de lignum vitae, una madera tropical naturalmente oleosa. En su primera prueba en alta mar hacia Lisboa, la máquina demostró su valor: corrigió al navegante del barco por sesenta millas.

Pero Harrison era un perfeccionista. Pasó los próximos diecisiete años construyendo H2 y H3, refinando sus diseños mientras luchaba contra la expansión y contracción de los metales causada por el clima cambiante del Atlántico. Durante la construcción de H3, inventó la tira bimetálica, un sándwich de bronce y acero que se curvaba al cambiar las temperaturas, compensando automáticamente la elongación del muelle balanceador. También desarrolló el rodamiento de rodillos enjaulado, un precursor del rodamiento de bolas moderno. Sin embargo, después de diecisiete años de trabajo, H3 aún no cumplía con los estándares exigentes del Jurado.

El avance vino desde una dirección inesperada. A principios de los años cincuenta del siglo XVIII, Harrison diseñó un reloj de precisión para su propio uso, que le fabricó John Jefferys alrededor de 1752–1753 y descubrió que era sorprendentemente preciso. Se dio cuenta de que las oscilaciones de alta frecuencia de un balance más pequeño y rápido eran más estables que los lentos y pesados movimientos de sus máquinas anteriores. El resultado fue H4: un "reloj marino" de plata de cinco pulgadas de diámetro. En su interior, tenía un balance de alta frecuencia y paletas hechas de diamante, pulidas a una centésima de milímetro para reducir la fricción. Era una obra maestra de miniaturización que desafió todo lo que la Board of Longitude creía sobre los límites de la ingeniería.

La resistencia del astrónomo

Cuando H4 finalmente fue probado en un viaje a Jamaica en 1761, superó todas las expectativas. Después de ochenta y un días en alta mar, el reloj se encontró a cinco segundos de retraso en comparación con la longitud conocida de Kingston, lo que corresponde a un error de longitud de 1,25 minutos, o aproximadamente una milla náutica. Sin embargo, el Jurado, ahora dominado por el Astrónomo Real Nevil Maskelyne, se negó a entregar el premio. Maskelyne era un partidario del método de distancia lunar y veía a Harrison como un simple "mecánico" cuyo éxito fortuito no podía repetirse. Exigió que Harrison desmontara el reloj, entregara sus dibujos y se sometiera a pruebas adicionales cada vez más sesgadas.

La batalla entre el relojero y los astrónomos duró otra década. El Almanaque Náutico de Maskelyne proporcionaba las tablas necesarias para el método lunar, y utilizó su posición para asegurar que el Jurado permaneciera escéptico sobre las marine chronometer de Harrison. Tuvo que intervenir personalmente el rey George III para resolver el impasse. Después de probar un modelo posterior, H5, el rey le dijo a Harrison, según se informa, "Por Dios, haré que seas recompensado". En 1773, a la edad de ochenta años, Harrison finalmente recibió la mayor parte de su dinero, aunque nunca fue oficialmente premiado por el Acta de Longitud en sí.

Lo que aún no sabemos

No sabemos el alcance completo del diálogo técnico entre Harrison y los relojeros londinenses que lo ayudaron en sus últimos años. Aunque Harrison es el genio indiscutible detrás del diseño, la transición desde la maquinaria pesada de H3 hasta la elegancia refinada de H4 sugiere una síntesis de ideas con la comunidad horológica más amplia que sigue estando parcialmente oculta.

No sabemos por qué Harrison abandonó ciertas características prometedoras de sus relojes anteriores, como el escape grasshopper, a favor del escape verge modificado utilizado en H4. Algunos historiadores sugieren que fue una cuestión de fiabilidad a largo plazo, mientras que otros creen que fue una elección pragmática para hacer el dispositivo más "relojero" para la inspección del Jurado.

Finalmente, carecemos de una imagen completa de los muchos otros inventores que intentaron ganar el premio. La historia ha preservado la historia de Harrison, pero los archivos del Jurado de Longitud contienen docenas de propuestas bizarras y fallidas, desde perros "simpatéticos" hasta sistemas masivos de campanas flotantes, que ilustran la desesperación de una potencia marítima buscando una solución a su problema más urgente.

John Harrison murió en 1776, a la edad de ochenta y dos años, a solo un día de cumplir ochenta y tres. Dejó atrás un mundo que de repente era, mediblemente, más pequeño. Un marinero podía ahora saber exactamente dónde se encontraba en la superficie del globo, no mirando las estrellas, sino escuchando el latido de una máquina.

Um carpinteiro autodidata da Yorkshire passou quarenta anos tentando resolver o maior desafio científico do século XVIII. Enquanto as maiores mentes da Europa procuravam as estrelas para navegar pelos oceanos, John Harrison olhou para um conjunto de engrenagens de bronze ticando.

Em 1707, um erro de navegação enviou quatro navios para as rochas do Scilly Isles. Dois mil homens afogaram-se. Não foi um fracasso de coragem, mas de matemática. Na época, os marinheiros podiam determinar a latitude pela altura do sol ou das estrelas, mas encontrar a longitude, a distância a leste ou oeste, era em grande parte uma questão de dead reckoning, uma forma sofisticada de adivinhação que dependia de estimativas de velocidade e direção através de correntes perigosas.

O desastre levou o Parlamento britânico a promulgar o Longitude Act de 1714, oferecendo recompensas financeiras de até £20.000 a qualquer um que pudesse encontrar um método para determinar a posição de um navio. A maioria dos cientistas, incluindo Isaac Newton e Edmond Halley, acreditava que a resposta estava no céu. Eles defendiam o método de lunar distances, um sistema complexo de medir a posição da lua contra as estrelas de fundo. Mas a lua é um guia caprichoso, e os cálculos exigiam horas de trabalho que poucos marinheiros conseguiam realizar em um convés balançante.

John Harrison, um carpinteiro sem educação formal, propôs um caminho diferente. Ele acreditava que, se um navio pudesse transportar um relógio que mantivesse a hora exata do seu porto de origem, um navegador poderia comparar essa hora com o meio-dia local no mar. A diferença de tempo traduzir-se-ia diretamente em uma diferença de longitude. Para a comunidade científica, isso era uma fantasia. Os relógios mecânicos da época usavam pêndulos que eram inúteis em um navio balançante, e seus óleos internos engrossavam ou rarefaziam com cada mudança de temperatura, tornando-os absurdamente imprecisos em uma longa viagem.

O Grilo e a Grade

A primeira tentativa de Harrison, conhecida hoje como H1, era uma criatura de 75 libras de latão e madeira que parecia mais uma peça de maquinaria industrial do que um relógio. Concluída em 1736, substituiu o pêndulo por dois balanços interligados em forma de halter, cada um quase metade de um metro de comprimento, que oscilavam em oposição, anulando o movimento do navio. Ele evitou a necessidade de lubrificação usando rodas feitas de lignum vitae, uma madeira tropical naturalmente oleosa. Em seu primeiro teste marítimo até Lisboa, a máquina provou seu valor: corrigiu o navegador do navio em 60 milhas.

Mas Harrison era um perfeccionista. Ele passou os próximos dezessete anos construindo H2 e H3, refinando seus projetos enquanto lutava contra a expansão e contração dos metais causados pelas mudanças climáticas do Atlântico. Durante a construção de H3, ele inventou a tira bimetálica, um sanduíche de latão e aço que se curvava conforme as temperaturas variavam, compensando automaticamente a expansão da mola de balanço. Ele também desenvolveu o rolamento de roletes presos, um precursor do rolamento de esferas moderno. No entanto, após dezessete anos de trabalho, H3 ainda não atendia aos padrões rigorosos da Comissão.

O avanço veio de uma direção inesperada. No início dos anos 1750, Harrison projetou um relógio de precisão para seu próprio uso, que foi feito por John Jefferys por volta de 1752-1753 e encontrou-o surpreendentemente preciso. Ele percebeu que oscilações de alta frequência de um balanço menor e mais rápido eram mais estáveis do que as lentas e pesadas oscilações de suas máquinas anteriores. O resultado foi o H4: um "relógio marítimo" de prata com cinco polegadas de diâmetro. Dentro, ele possuía um balanço de alta frequência e paletes feitas de diamante, polidas até uma centésima de milímetro para reduzir o atrito. Era uma obra-prima de miniaturização que desafiava tudo o que os Board of Longitude acreditavam sobre os limites da engenharia.

A Resistência do Astrônomo

Quando o H4 foi finalmente testado em uma viagem para a Jamaica em 1761, seu desempenho superou as expectativas de todos. Após 81 dias no mar, o relógio foi encontrado 5 segundos atrasado em comparação com a longitude conhecida de Kingston, correspondendo a um erro de longitude de 1,25 minutos, ou aproximadamente uma milha náutica. No entanto, a Comissão, agora dominada pelo Astrônomo Real Nevil Maskelyne, recusou-se a entregar a recompensa. Maskelyne era um defensor do método da distância lunar e via Harrison como um mero "mecânico" cujo sucesso feliz não poderia ser replicado. Ele exigiu que Harrison desmontasse o relógio, entregasse seus desenhos e submetesse-se a testes adicionais cada vez mais tendenciosos.

A batalha entre o fabricante de relógios e os astrônomos durou mais uma década. O Almanaque Náutico de Maskelyne fornecia as tabelas necessárias para o método lunar, e ele usava sua posição para garantir que a Comissão permanecesse cética quanto às invenções de Harrison. marine chronometer. Foi necessária a intervenção pessoal do rei George III para quebrar o impasse. Após testar um modelo subsequente, o H5, o rei teria dito a Harrison: "Por Deus, verei você recompensado." Em 1773, com 80 anos, Harrison finalmente recebeu a maior parte do dinheiro, embora nunca tenha sido oficialmente agraciado com a recompensa pela própria Lei da Longitude.

O que ainda não sabemos

Não sabemos o alcance total do diálogo técnico entre Harrison e os fabricantes de relógios de Londres que o ajudaram em seus anos finais. Embora Harrison seja o gênio indiscutível por trás do design, a transição da pesada maquinaria do H3 para a elegância refinada do H4 sugere uma síntese de ideias com a comunidade horológica mais ampla, que permanece parcialmente obscurecida.

Não sabemos por que Harrison abandonou certas características promissoras de seus relógios anteriores, como o escapamento do grilo, em favor do escapamento de verga modificado usado no H4. Alguns historiadores sugerem que foi uma questão de confiabilidade ao longo do tempo, enquanto outros acreditam que foi uma escolha pragmática para tornar o dispositivo mais "semelhante a um relógio" para a inspeção da Comissão.

Finalmente, não temos uma imagem completa de muitos outros inventores que tentaram ganhar a recompensa. A história preservou a história de Harrison, mas os arquivos da Comissão da Longitude contêm dezenas de propostas bizarras e fracassadas, desde cães "sintonizados" até sistemas massivos de sinos flutuantes, que ilustram a desesperança de uma potência marítima em busca de uma solução para seu problema mais urgente.

John Harrison morreu em 1776, aos 82 anos, pouco antes de seu 83º aniversário. Ele deixou para trás um mundo que de repente se tornara, de forma mensurável, menor. Um marinheiro podia agora saber exatamente onde estava na superfície do globo, não olhando para as estrelas, mas ouvindo o batimento cardíaco de uma máquina.

John Harrison's Chronometers