Yöllä 22.-23. Syyskuuta 1707 brittiläinen laivue, joka oli takaisin palmimiraali Claudsey Shovellin komennossa ja palasi Espanjan perimyssodan operaatioteatterista, istui täyden purjeen alla riutaloilla Scillyn saarella, lounaaseen Cornwallin rannikosta, hieman yli. 24 tuntia ennen paluutaan kotiin. Scillynsaaret ovat osa muinaista Kornubian batholithia, graniittimassasta hiilihapollisten-permilaisten aikakauden vikaantumisesta, joten niiden rantojen lähellä oleva syvyys putoaa erittäin jyrkästi, ja lisäksi ne ovat ensimmäisiä maa-alueita Persianlahden rannikolla, joka kulkee Kanaaliin. Scilly on erittäin vaarallinen ja petollinen alue, jolla alukset kuolivat säännöllisesti, mutta vuonna 1707 tapahtuneen haaksirikon mittakaava oli erittäin suuri.
Viisi linjan alusta ja yksi palolaiva heilahtivat Scillyn länsiriuton kallioille, tuskin näkyviksi veden yläpuolella. Kolme alusta upposi, mukaan lukien Association Squadronin lippulaiva, joka upposi 800 miehistön kanssa kolmessa minuutissa. Admiral Shovell itse hukkui yhdistykseen. Katastrofin uhrien kokonaismäärä vaihteli 1200 - 2000 ihmistä. Ehkä uhreja olisi ollut vähemmän, jos merimiehet tietäisivät kuinka uida, mutta tämä taito oli harvinainen 1700-luvulla. Taikauskoiset merimiehet uskoivat, että uida pystyi merkitsemään haaksirikkoa.
Myöhemmin legendat syyttivät katastrofista admiralin aristokraattista ylimielisyyttä, joka väitti määrävänsä näihin paikkoihin kotoisin olevan merimiehen ripustettavaksi jahdille, joka ilmoitti hänelle vaarasta, jotta viranomaisten auktoriteettia ei haluta kysyä. Todellisuus oli paljon epämiellyttävämpi: viimeiseen hetkeen saakka kukaan laivueella ei ollut aavistustakaan siitä, että alukset eivät olleet siellä missä heidän piti olla. Admiral Shovell, joka läpäisi kaikki meripalvelun vaiheet, kunnioitti merimiestä 35 vuoden kokemuksella, ja hänen navigaattorinsa laskivat pituudensa huonon sään takia ja olivat varmoja siitä, että he olivat kauempana itään, Kanaalin merialueella. Yhteenvetona käytettiin myös karttoja, joilla Scillyn saaret olivat noin 15 kilometrin päässä todellisesta sijainnistaan, ja ne tulivat tunnetuiksi useita vuosikymmeniä myöhemmin, jo 1800-luvun puolivälissä.
Claudisly Shovellin laivueen hylky vuonna 1707. Kaiverrus tuntematon taiteilija National Maritime Museum.
Scillyn katastrofin aikaan tarkkaa menetelmää pituuden määrittämiseksi oli tunnustettu jo yli vuosisadan. Maantieteellisten löytöjen aikakausi osoitti selvästi kartografisten menetelmien viivästymisen käytännön tarpeista. Espanjan Habsburgit ovat tarjonneet palkintoja "pituusongelman" ratkaisemiseksi vuodesta 1567, Hollanti vuodesta 1600, ja Ranskan tiedeakatemia sai tällaisen toimeksiannon, kun se perustettiin. Palkkiot olivat erittäin anteliaita - vuonna 1598 espanjalainen Philip III lupasi 6000 dukataa kerrallaan menestyksekkäästä pituusasteen määrittämismenetelmästä, 2 000 ducataa elinajan eläkkeelle ja 1 000 ducataa kustannuksille. Dukaatti ("dogen kolikko"), joka oli 3,5 grammaa kultaa, oli kansainvälinen raha-arvo, alun perin Venetsiasta; Habsburgit lyövät saman painoisen ducatinsa. Tänä aikana koko venetsialaisen kansainvälisen kaupan volyymin arvioitiin olevan noin kaksi miljoonaa ducaattia vuodessa,ja 15 tuhatta dukaattia maksoi taisteluhuoneen rakentamisen.
Mikä oli "pituusasteongelma"? On vaikeaa, mutta ei mahdotonta, määrittää avomerellä olevan aluksen leveysaste lähimpään kulma minuuttiin. Leveysaste on murto-osa etäisyydestä päiväntasaajasta napaan, ja siksi arvo on ehdoton. Maapallon akselin ja laivan sijainnin välinen kulma voidaan määrittää sekä auringosta että tunnetuista tähtiistä astrolabin tai sekstantin avulla. Pituusaste mitataan tietystä meridiaanista, ja siksi on ehdollista: kaikki maapallon pisteet taivaanpallon suhteen ovat yhtä suuret, minkä tahansa pisteen voidaan pitää nollana. Rannikon lähellä sijainti voidaan määrittää aluksesta näkyvistä maamerkeistä - vuorista, joista, tornista, jotka on merkitty karttoihin tätä tarkoitusta varten ensimmäisten portolaanien ajan. Linnut ja kasvit voivat myös osoittaa maan läheisyyden. Mutta tuntemattomilla vesilläavoimessa valtameressä tai huonolla säällä pituuden määrittämistä koskeva tehtävä laskettiin. Varoituksen vuoksi monia valtameren reittejä ei sijoitettu suorassa linjassa satamasta satamaan, vaan maanosan rannikkoa pitkin leveysasteille, jotka olivat selvästi vapaita vaarallisista riutoista ja saarista, ja sieltä maantieteellisesti yhdensuuntaisesti vastakkaiselle rannikolle. Yksityishenkilöt ja merirosvot odottivat usein uhrejaan näillä”navigoitavissa” leveysasteilla (Dunn, Richard, Higgit, Rebeccah. Pituusasteen löytäminen. Kuinka laivat, kellot ja tähdet auttoivat ratkaisemaan pituusasteongelman. Collins, 2014). Yksityishenkilöt ja merirosvot odottivat usein uhrejaan näillä”navigoitavissa” leveysasteilla (Dunn, Richard, Higgit, Rebeccah. Pituusasteen löytäminen. Kuinka laivat, kellot ja tähdet auttoivat ratkaisemaan pituusasteongelman. Collins, 2014). Yksityishenkilöt ja merirosvot odottivat usein uhrejaan näillä”navigoitavissa” leveysasteilla (Dunn, Richard, Higgit, Rebeccah. Pituusasteen löytäminen. Kuinka laivat, kellot ja tähdet auttoivat ratkaisemaan pituusasteongelman. Collins, 2014).
Laskentatapa, jota kaikki tämän ajan merimiehet käyttivät, perustui aluksen nopeuden ja sen liikkumisajan mittaamiseen tietyllä kompassirummella. Nopeus määritettiin viiveellä - solmulla oleva köysi, joka heitettiin yli laidan; tarkkailijat laskivat ohi kulkeneiden solmujen määrän ja ajoittivat ajan laskemalla tai lausumalla tavanomaisen rukouksen "Isämme" tai "Theotokos". Tästä syystä nopeutta "merimailia tunnissa" kutsuttiin "solmuksi". Itse meripeninkulma on leveysmitta - se on yksi kaarimeri meridiaania. Tulokseksi saatu vektori piirrettiin pisteestä, josta liike alkoi, ottaen huomioon tuulen ja virran sivuttaissiirto - näin nykyinen koordinaatti saatiin. Tällä menetelmällä oli suuri virhe, jota kertyi mitä enemmän, sitä kauemmin alus oli avomerellä. Tämän menetelmän 50 km: n tarkkuus transseksuaalisella matkalla on jo suuri menestys, 100–150 km: n virheet eivät olleet harvinaisia edes kokeneille navigaattoreille.
Nykyinen pituusaste voidaan laskea tarkasti, jos tiedät paikallisen ajan ja nykyisen tähtitieteellisen ajan alkupisteessä (vuodesta 1960 lähtien on käytetty käsitettä "maailmanaika" - UTC). Aurinko tallentaa nykyisen ajan tähtitieteellisellä tai tosi keskipäivällä (hetki, jolloin aurinko on korkein). Tähtitieteellistä keskipäivää on vaikea määrittää tarkalleen, milloin se tapahtuu, ja käytännössä se määritellään useammin ajanjakson keskipisteeksi auringon asemien välillä samassa korkeudessa aamulla ja iltapäivällä. Koska päivässä on 1440 minuuttia ja täydessä ympyrässä 21 600 kaari minuuttia, 1 kaari minuutti vastaa 4 sekuntia aikaa. Laskemalla uudelleen paikallisen ajan ja alkupisteessä käytetyn ajan välinen ero asteina, voit saada pituusasteen muutoksen. Mutta miten määrittää aika alkupisteessä?
Mainosvideo:
Taivaanpallossa ei ole pituusasteeseen kiinnitettyjä maamerkkejä, mutta on myös jaksollisia. Auringon ja Kuun pimennykset ovat kätevin maamerkkejä, mutta niiden harvinaisuus tekee niistä soveltumattomia määräajoin tapahtuvassa navigoinnissa. Niitä käytettiin mittaamaan pääasiassa pisteiden pituutta maassa. Esimerkiksi Espanjan uuden maailman kartoitus tapahtui: kaikki paikalliset siirtomaavalvojat saivat saman aurinkokellon Madridista etukäteen ja heitä käskettiin mittaamaan gnomonin varjon tarkka sijainti hämärän päivänä. Kerätyt koordinaatit siirrettiin Madridiin, missä ne käsiteltiin. Tällaisten kollektiivisten mittausten tarkkuus oli alhainen, jotkut tarkkailijat tekivät virheet 2 - 5 astetta.
Pimennys Jupiterin kuista on paljon yleisempää. Galileo, joka avasi heidät ja huomasi nopeasti, että hänen edessään oli luonnollinen taivaallinen kello, kehitti jopa tätä tarkoitusta varten kellarin - kiinnikkeen teleskoopin kiinnittämiseen tarkkailijan päähän. Mutta kaikki yritykset nähdä ne laivasta, myös selkeällä säällä, epäonnistuivat. Mutta tätä menetelmää on käytetty menestyksekkäästi maalla. Giovanni Cassini ja Jean Picard käyttivät sitä karttaakseen Ranskaa 1670-luvulla. Tarkennetun tutkimuksen tuloksena Ranskan alue on vähentynyt uusilla karttoilla niin paljon, että aurinkokuningas saa hyvityksen sanoen: "Tähtitieteilijät ovat ottaneet minulta enemmän maata kuin kaikki viholliset yhdessä".
1500-luvulta alkaen yritettiin laskea tai kuvata huolellisesti kuun, auringon ja tärkeimpien navigointitähteiden suhteellisia sijainteja. Tämä "kuun etäisyyksien" menetelmä olettaa, että kulma määritetään Kuun ja muiden taivaankappaleiden välillä ns. "Merihillassa" (ennen aamunkoittoa ja heti auringonlaskun jälkeen, kun sekä tähdet että horisontti ovat näkyvissä samanaikaisesti). Mutta 1800-luvun alussa tämän menetelmän tarkkuus oli edelleen liian matala, virheellä 2–3 astetta. "Kolmen ruumiin ongelman" (aurinko, maa ja kuu) muotoilu on yhteydessä pyrkimykseen parantaa kuun kiertoradan laskentaa navigaattoreiden taulukoiden korjaamiseksi, jolla, kuten G. Bruns ja A. Poincaré osoittivat 1800-luvun lopulla, ei ole analyyttistä ratkaisua yleisnäkymä.
Ristotangot, joita käytetään kuun etäisyyksien ja korkeuksien mittaamiseen.
Viimeinkin, voit vain katsoa yleisaikaa kello synkronoituna sen kanssa. Mutta tätä varten kello ei saa menettää tarkkuuttaan vierintäolosuhteissa, muutoksissa maan gravitaatio- ja magneettikentissä, korkeissa kosteuksissa ja lämpötilahyppyissä. Jopa kiinteällä maalla, tehtävä oli vaikea, ja 1600-luvun hienoimmat mielet pyrkivät luomaan laadukkaita kelloja.
1800-luvun alkuun mennessä ilmestyi paikallaan pysyviä tornikelloja, joissa oli heilureita, jotka olivat väärässä noin 15 sekunnilla päivässä. Niiden kehitys tuli mahdolliseksi Galileo Galilein tutkimuksen ansiosta, joka havaitsi, että heilurin värähtelyt ovat ajassa vakioita (1601). Vuonna 1637 melkein sokea Galileo kehitti ensimmäisen pakokaasun (heilurin kääntölaitteen), ja 1640-luvulla hänen poikansa yritti luoda kellon heilurilla isänsä luonnoksista, mutta turhaan.
Ensimmäisen toimivan ja aikansa ajaksi erittäin tarkan heilurin kellon loi vuonna 1656 Christian Huygens, joka tiesi Galileo Jr.: n kokeista isänsä, hollantilaisen poliitikon, joka osallistui neuvotteluihin Galileo Jr: n kanssa (Gindikin S. G. Matemaattinen ja mekaaniset ongelmat Huygensin heilurikellojen teoksissa (Priroda, nro 12, 1979). Huygens puolestaan oli ensimmäinen, joka kuvasi ja perusteli isokronisen käyrän, jota pitkin heiluri liikkuu vakionopeudella, ja lisäsi heiluriohjaimen kelloon sen perusteella. Huygens antoi kaavion ja matemaattisen perusteen heilurilla varustetulle kellolle 1673-luvun tutkielmassaan”Horologium Oscillatorium: sive de motu pendulorum ad horologia aptato demostrationes geometricae” (lat.”Heilurikello tai heilurin liikkeen geometriset esitykset kellotöitä varten”). Jonkin ajan kuluttua kellorakenteeseen ilmestyy ankkurihaarukka, jonka tarkoituksena on rajoittaa heilurin värähtelyt pieneen kulmaan, koska suurissa kulmissa suoran heilurin isokronismin ominaisuus katoaa. Ristikkohaarukan luominen annettiin usein Robert Hookelle tai kellosepän valmistajalle George Grahamille, mutta nyt etusija annetaan tähtitieteilijälle ja kellosepän valmistajalle Richard Townleylle, joka loi ensimmäisen ristikoiden kellon vuonna 1676.
Christian Huygens.
Samanaikaisesti läpimurto tapahtui kevätkellojen luomisessa. Hooken kuuluisat jousitutkimukset kohdistuivat tarkalleen kellojen liikkeiden parantamiseen. Jousta käytetään tasapainotuslaitteissa, jotka säätävät kellojen tarkkuutta ilman heiluria; ja uskotaan, että ensimmäisen tasapainotuslaitteen on valmistanut Hooke noin 1657. Huygens tuotti 1670-luvulla uudentyyppisen kelajousen tasapainottajan, joka mahdollisti taskukellon luomisen (Headrick, Michael. Anchor Clock Escapementin alkuperä ja kehitys. Control Systems -lehti, Inst. Of Electrical and Electronic Engineers. 22 (2), 2002).
1700-luvun lopulla aiemmin valmistettuja mekaanisia kelloja alettiin massiivisesti varustaa heilurilla. Heiluri antoi tarkkuuden, joka oli paljon suurempi kuin jousikello, mutta pystyi toimimaan vain tasaisella pinnalla ja sisätiloissa. Heiluri ei sovellu pitkille matkoille, koska kosteus ja lämpötila vaikuttavat sen pituuteen ja tela iskee heilahteluiden taajuuteen. Tämä tuli selväksi ensimmäisissä 1660-luvun merikokeissa. Ja jopa ihanteellisissa olosuhteissa kellon liikkuessa olisi otettava huomioon, että vakiopituuden heilurin värähtelytaajuus pienenee lähentyessä päiväntasaajaa - tämän ilmiön havaitsi Cassinin avustaja ranskalainen tähtitieteilijä Jean Richet vuonna 1673 Guyanassa.
Juuri tämä monimutkainen ongelma johti siihen, että Britannian parlamentti antoi vuonna 1714 oman palkintonsa lain pituusasteen määrittämismenetelmien löytämiseksi. Isaac Newtonin ja Edmund Halleyn suosituksesta parlamentti myönsi palkita 10 000 puntaa 1 asteen tarkkuudella, 15 000 puntaa 40 kaariminuutin ajalta ja 20 000 puntaa 30 kaariminuutin palkinnolta. Voittajat selvittääkseen parlamentti perusti merenpituuden määrittämistä käsittelevän komission tai, kuten sitä usein lyhennetään, pituusasteen komission.
Ison-Britannian ohjelman alkuvuodet eivät olleet erityisen menestyksellisiä. Ensimmäisen palkinnon koko aiheutti sensaation yhteiskunnassa, ja palkinnon päähakijoiden joukossa olivat huijarit ja projektorit, joista jotkut erottuivat eteläisen meren nousukauden aikana vuonna 1720. Vain muutama projekti tuli kokeneilta tutkijoilta, mekaniikoilta ja insinööreiltä, ja ne edistivät ongelmien ymmärtämistä ja ratkaisemista. Laissa ei ollut virallistettu komission työskentelyä ja palkinnon myöntämistä koskevaa menettelyä, ja hakijat piirittivät komission jäsenet yksi kerrallaan yhteyksiensä perusteella - jotkut Admiraliteetin päälliköistä, jotkut Astronomi Royalista ja Greenwichin observatorion ensimmäinen päällikkö John Flamsteed tai Newton. Lautakunnan jäsenet joko ajoivat hakijoita pois tai tarkastelivat työtä yksityiskohtaisesti suosituksilla etsinnän suunnan muuttamiseksi ja muuttamiseksi, mutta ensimmäisinä vuosikymmeninä he eivät tarjonneet palkintoja kenellekään, jailmeisesti eivät edes tavanneet kokouksessa.
Tehtävä näytti niin vaikealta, että pituuspiirin etsijöistä tuli pilkkaus. Jonathan Swift mainitsi "pituusasteen" yhdessä "jatkuvan liikkeen" ja "ihmelääke" kanssa Gulliver's Travels -sivustolla (1730), ja William Hogarth kuvaa graafisessa romaanissa "Rake's Way" (1732) hullu miehen piirustuksen seinälle Bedlamissa, kuuluisassa Lontoon talossa. hulluja, pituusasteiden etsintäprojekteja. Jotkut tutkijat uskovat, että poliitikko ja satiiristi John Arbuthnot kirjoitti kokonaisen kirjan "The Longitude Examin'd" (loppuvuodesta 1714), jossa hänen väitettiin vakavasti kuvanneen "tyhjiökronometrin" projektia tietyn "Jeremy Tuckerin" puolesta (Rogers, Pat "Pituusaste väärennettynä. Kuinka 1800-luvun huijaus on tapahtunut Dava Sobelissa ja muissa historioitsijoissa. The Times Literary Supplement., 12. marraskuuta 2008). Mielenkiintoista, vaikka tämä kirja olisi satiiri,Hän ei vain osoittanut syvää mekaniikan ja kellosepän tuntemusta, vaan myös keksi termi "kronometri" ensimmäistä kertaa historiassa.
Alkukauden tunnetuin "pituusasemanhakija" oli kuitenkin melko vakava tiedemies - William Whiston (1667-1752), nuorempi Newtonin nykyaikainen, kollega ja popularisoija. Hän korvasi Newtonin Cambridgessa sijaitsevan Lucasin puheenjohtajan päälliköksi, menetti sen, koska hän alkoi puolustaa avoimesti arianismin läheisiä uskonnollisia näkemyksiä (mitä Newton, hänen näkemyksensä lähellä, järkevästi ei tehnyt), ja saman saman " harhaoppia”häntä ei hyväksytty kuninkaalliseen seuraan. Cambridgesta karkottamisensa jälkeen Whiston siirtyi tieteen popularisointiin pitämällä Lontoossa julkisia luentoja viimeisimmästä tieteellisestä kehityksestä. Se oli hänen mietintönsä vuoden 1714 alussa (kirjoittanut Humphrey Dittonin kanssa), joka antoi vauhdin pituuslakiin.
Pitkäkarvainen hullu. Yksityiskohta Hogarthin maalauksesta Mota Career -sarjasta.
Kun palkinto julkistettiin, Whiston alkoi aktiivisesti kehittää menetelmiä pituusasteen määrittämiseksi. Toiminnassaan hän käytti käytettävissä olevia uusia joukkoviestinnän kanavia muodostaakseen julkisen joukkotuen, nimittäin hän mainosti sanomalehdissä, julkaisi julisteita ja puhui kahviloissa, jotka olivat tuolloin keskustelukerhoja ja julkisia kokoushuoneita. Sosiaaliset verkostot ja online-media voivat toimia karkeana analogisena 2000-luvun alkupuolella. Whistonin sosiaalinen vaikutus oli niin suuri, että hänet kunnioitettiin Martinus Scriblerusin henkilökohtaisella satiirilla (A. Popen, J. Swiftin ja J. Arbuthnotin kollektiivinen satiirinen projekti; venäläisessä kirjallisuudessa hänen läheinen analogi on Kozma Prutkov). Yksi Whistonin hankkeista kuvasi aluksiaankkuroituna avomerelle pisteissä, joissa on tiedossa olevat koordinaatit ja säännöllisesti ampuvan signaalin soihdutuksia ilmaan - tämän projektin Hogarthin kuvan hullu piirsi seinälle.
Whiston piti lupaavimpana pituusasteen määrittämistä magneettisen deklinaation avulla (tätä menetelmää ilmeisesti ehdotti ensin Edmund Halley). Tämän perusteella Whiston törmäsi Newtonin kanssa, jonka kautta hän esitti projektinsa ja joka vaati säännöllisesti, että hän harjoittaisi tähtitieteellistä tutkimusta magneettisen sijaan (näistä ja muista Newtonin katsauksista pituusasteessa olevista hankkeista: Cambridge University Library, käsikirjoitusten osasto ja yliopistoarkistot. MS Add).3972 Lehdet pituusasteen löytämisestä merellä). Seurauksena Whiston teki yhden ensimmäisistä magneettisen deklinaation kartoista (se oli Etelä-Englannin kartta). Viime kädessä komissio myönsi Whistonille kunniamerkinnän 500 Englannin punnasta välineiden valmistuksesta magneettisen deklinaation mittaamiseksi (1741). Tämä oli umpikujainen tutkimushaara: Kuten tiedämme nyt, vuosisatojen havaintojen jälkeen,Maan magneettikenttä muuttuu erittäin dynaamisesti, ja magneettinen deklinaatio ei voi osoittaa paikan koordinaatteja.
Vuodesta 1732 lähtien ehdoton johtaja on vähitellen noussut etsimään menetelmiä pituusasteen määrittämiseksi - John Garrison (1693–1776), Lontoon kelloseppä. Itsenäinen mekaanikko Harrison kehitti nuoruudessaan useita läpimurtoinnovaatioita. Hän valitsi kellolaakereihin pakokaasun (guaiac-puun). Takaosalla on korkea kovuus ja kulutuskestävyys, ei reagoi kosteuteen, mutta se myös emittoi luonnollista voiteluainetta, joka, toisin kuin 1800-luvun kellovoiteluaine, ei muuta meriilman ominaisuuksia (1800-luvulla 1900-luvulla takaosa osoittautui erinomaiseksi potkurien laakereissa) … Takaosan laakereiden ansiosta Harrisonin kello on edelleen käynnissä. Garrison loi myös ensimmäisen bimetallisen heilurin teräksen ja messingin suuntaisten tankojen muodossa. Näiden materiaalien lämpölaajenemiskerroin eroaa,niin että lämpötilan noustessa tai laskeessa kokonaispituus ei muutu. Bimetallinen heiluri voisi siirtyä maltillisilta leveysasteilta tropiikille muuttamatta värähtelytaajuutta paitsi painovoimakentän muutoksen seurauksena. Garrison kehitti myös alkuperäisen laukaisevan "heinäsirkka" -mekanismin (Michal, Stanislav. Kello. Gnomonista atomikelloon. Transl. Tšekin tasavallasta RE Meltzer. M. 1983). Nämä saavutukset vuonna 1726 saivat nuoren kellosepän suojelijaksi J. Grahamin, joka välitti kokemuksensa hänelle, antoi hänelle rahaa työstä ja esitteli työnsä pituusasteen komissiolle. Garrison kehitti myös alkuperäisen laukaisevan "heinäsirkka" -mekanismin (Michal, Stanislav. Kello. Gnomonista atomikelloon. Transl. Tšekin tasavallasta RE Meltzer. M. 1983). Nämä saavutukset vuonna 1726 saivat nuoren kellosepän suojelijaksi J. Grahamin, joka välitti kokemuksensa hänelle, antoi hänelle rahaa työstä ja esitteli työnsä pituusasteen komissiolle. Garrison kehitti myös alkuperäisen laukaisevan "heinäsirkka" -mekanismin (Michal, Stanislav. Kello. Gnomonista atomikelloon. Transl. Tšekin tasavallasta RE Meltzer. M. 1983). Nämä saavutukset vuonna 1726 saivat nuoren kellosepän suojelijaksi J. Grahamin, joka välitti kokemuksensa hänelle, antoi hänelle rahaa työstä ja esitteli työnsä pituusastetoimikunnalle.
Vuoteen 1735 mennessä Garrison oli koonnut ensimmäisen merikronometrin, jota hän kutsui H1: ksi (moderni nimikkeistö, jonka restauraattori Rupert Gould ehdotti 1920-luvulla). H1 oli esillä Grahamin työpajassa, missä komission jäsenet, kuninkaallinen seura ja kaikki muut tarkastelivat sitä. Työn laatu, kokoonpano ja liikkuminen olivat niin ilmeisiä ja korkeita, että vuonna 1736 Harrison ja H1 menivät koematkalle Lissaboniin "Centurion" -aluksella. Vaikka H1 meni aluksi huonoon suuntaan, Garrison sai sen nopeasti takaisin raiteilleen ja matkalla takaisin Lissabonista Garrisonin mittaukset estävät Centurionia laskeutumasta kallioilla Lizard (Cornwell, lähellä Scillyn saarta). Centurionin kapteenin ja navigaattorien myönteisten raporttien perusteella amiraliitti vaati, että pituusastetoimikunta kutsutaan koolle ja Harrison palkitaan. Komissio kokoontui ensimmäistä kertaa monien vuosien aikana ja jakoi ensimmäisen 250 dollarin palkinnon, jonka sanamuoto oli "jatkotyö" (Howse, Derek. Ison-Britannian pituusastelautakunta: talous, 1714-1828. The Mariner's Mirror, osa 84, Nro 4, marraskuu 1998).
Siitä hetkestä vuoteen 1760 asti Harrisonista tuli itse asiassa ainoa komission avustusten saaja, joka kokoontui säännöllisesti tarkastamaan uusia mallejaan ja antoi hänelle rahaa jatkotyöhön, alkaen toisesta apurahasta vuonna 1741 - 500 puntaa kerrallaan (samalla kokouksessa myös William Whiston sai palkinnon). Siitä lähtien Garrison on työskennellyt yksinomaan kronometrimittarien parissa ja väittänyt komissiolle, että hän oli niin kiireinen apurahatyöhön, että hänellä ei ollut mahdollisuutta ansaita elantonsa ja tukea perhettänsä (Vahvistettu pöytäkirja pituusastepaneelista. 4. kesäkuuta 1746. Cambridge University Library. RGO 14 /viisi). Ehkä tämä oli hänen aikakaudelleen tyypillistä liioittelua, koska tämän "kyyneleen" seurauksena Garrison sai toisen apurahan 500 puntaa. Garrison täydensi todennäköisesti budjettiaan,veloitetaan maksu keksintöjensä esittelystä - tiedetään, että usein Lontoossa vieraillut Benjamin Franklin maksoi 10 shillinkiä ja 6 penniä (1 punta = 20 shillinkiä = 240 pennyä) oikeudesta katsoa kronometrit Harrisonin työpajassa ja oli tyytyväinen käytettyyn summaan. Harrisonin julkinen kuuluisuus oli riittävän suuri. Newtonin jälkeisellä aikakaudella tutkijat nauttivat yhteiskunnan huomiosta ja kunnioituksesta, ja tiedon levittämistä helpottivat huomattavasti aikakauslehdet, joita täydensi kahvila, jossa tietoa siirrettiin suullisesti, kuten nykyaikaisissa sosiaalisissa verkostoissa. Vuonna 1749 Harrison sai Copley-mitalin, jonka perustivat Royal Society vuonna 1731.maksoi 10 shillinkiä ja 6 pennyä (1 punta = 20 shillinkiä = 240 pennyä) oikeudesta valvoa kronometrit Harrisonin työpajassa ja oli tyytyväinen käytettyyn summaan. Harrisonin julkinen kuuluisuus oli riittävän suuri. Newtonin jälkeisellä aikakaudella tutkijat nauttivat yhteiskunnan huomiosta ja kunnioituksesta, ja tiedon levittämistä helpottivat huomattavasti aikakauslehdet, joita täydensi kahvila, jossa tietoa siirrettiin suullisesti, kuten nykyaikaisissa sosiaalisissa verkostoissa. Vuonna 1749 Harrison sai Copley-mitalin, jonka perustivat Royal Society vuonna 1731.maksoi 10 shillinkiä ja 6 pennyä (1 punta = 20 shillinkiä = 240 pennyä) oikeudesta valvoa kronometrit Harrisonin työpajassa ja oli tyytyväinen käytettyyn summaan. Harrisonin julkinen kuuluisuus oli riittävän suuri. Newtonin jälkeisellä aikakaudella tutkijat nauttivat yhteiskunnan huomiosta ja kunnioituksesta, ja tiedon levittämistä helpottivat huomattavasti aikakauslehdet, joita täydensi kahvila, jossa tietoa siirrettiin suullisesti, kuten nykyaikaisissa sosiaalisissa verkostoissa. Vuonna 1749 Harrison sai Copley-mitalin, jonka perusti Royal Society vuonna 1731. Vuonna 1749 Harrison sai Copley-mitalin, jonka perustivat Royal Society vuonna 1731. Vuonna 1749 Harrison sai Copley-mitalin, jonka perustivat Royal Society vuonna 1731.
John Garrison.
Komissiolta saamille apurahoille Garrison keräsi vielä kolme kronometrimallia. H2 ja H3 sisälsivät uusia innovatiivisia ratkaisuja. Tärkeimpiä näistä ovat ensimmäiset komposiittilaakerit, joissa on häkki ja bimetallinen jousitasapaino lämpötilan nousun kompensoimiseksi. Leonardo da Vinci: llä on edelleen kaavamainen laakeri, mutta H3: een saakka niiden käytännöllistä käyttöä ei ole tiedossa. Mutta läpimurto tehtiin neljännessä mallissa, H4. H4 ei tehty pöytäkellon, vaan tasku "sipulin" muodossa, ja pienen koon vuoksi se käytti timantti- ja rubiinilaakereita pikemminkin sijaan, mutta sai korjausrakenteen (käämitysmekanismi) ja H3-tyypin bimetallisen vaakapalkin. H4 juoksi viidellä värähtelyllä sekunnissa - paljon nopeammin kuin mikään 1800-luvun kello. Hitaan värähtelyn hallitseminen oli paljon helpompaa kuin nopea,mutta Garrison tarkoituksella asetti kellon värähtelemään paljon suuremmalla taajuudella kuin laivan värähtelytaajuus rungon värähtelyn ja sävelkorkeuden neutraloimiseksi, ja hän ei erehtynyt.
Vuonna 1761, heti Ranskan merivoimien loppumisen jälkeen seitsemän vuoden sodan aikana, H4 lähti koematkalle Jamaikan Port Royaliin Harrisonin pojan Williamin, joka oli myös konemekaanikko, Deptford-aluksella. H3 pysyi Harrisonin työpajassa. 81 päivän aikana kertynyt virhe oli noin viisi sekuntia, mikä tarkoitti 1,25 minuutin tarkkuutta - noin 1 merimailin mailla näille leveysasteille. Paluumatkalla William ennusti tarkasti Madeiran ilmestymisen. "Deptfordin" innostunut kapteeni halusi saada tällaisen kronometrin, ja Garrison, joka tuolloin oli jo 67-vuotias, ilmestyi komissiossa pyynnöstä antaa hänelle ensimmäinen palkinto vuoden 1714 lain vaatimusten täyttämisestä.
Komissio kieltäytyi myöntämästä palkintoa vetoamalla siihen, että Port Royalin pituuspiiriä ei ehkä tunneta riittävän tarkasti, onni voi olla vahingossa ja kronometri on liian kallis käytännöllisyyteen eli mennä massatuotantoon. Garrison sai palkinnon 1500 puntaa ja lupauksen vielä 1 000 puntaa, jos toinen testi vahvistaa hänen olevan oikeassa. Garrison lensi raivoon ja käynnisti julkisen kampanjan painostaakseen komissiota. Haluttomuus maksaa palkkiota johtui paitsi ahneudesta ja varovaisuudesta myös toiveista, että vaihtoehtoinen tähtitieteellinen menetelmä tarjoaisi ratkaisun ongelmaan halvemmalla tavalla.
Kun Garrison työskenteli kelloilla, taivaankappaleiden tarkkailuinstrumentit paranivat. Vuonna 1731 kuninkaallisen yhdistyksen varapuheenjohtaja Oxfordin tähtitieteen professori John Hadley (1682-1744) esitteli yhteiskunnan kokouksessa Hadley-kvadrantin (myöhemmin nimeltään "oktantti") - instrumentin, joka perustuu objektin yhdistelmään visiirissä ja toiseen objektiin, joka heijastuu peiliin … 45 asteen kaari (yksi kahdeksasosa ympyrästä, tästä syystä nimi "oktantti") peilien avulla sallittiin mittaamaan kaksi kertaa suurempia kulmia, jopa 90 astetta. Oktantti vahvistaa kulman tarkkailijan liikkeestä riippumatta ja tallentaa havainnon tuloksen sen loppumisen jälkeenkin.
E. Halley osallistui Hadley-oktantin merikokeisiin, jotka Flamsteedin jälkeen siirtyivät Greenwichin observatorion johtajaksi. Halley ei jostain syystä muista, että Isaac Newton kuvasi hänelle vuonna 1698 kirjeessä hänelle samanlaista heijastavaa välinettä - nämä asiakirjat löytyivät Halleyn arkistoista vuosia myöhemmin, sekä elävä kuvaus siitä, kuinka aluksella oleva korkea tieteellinen toimikunta taisteli meritaudin sijaan meritaudin sijaan havaintoja.
John Hadley oktantin kanssa kädessä.
Hadleystä riippumatta samanlaisen instrumentin loi amerikkalainen Thomas Godfrey (1704-1749). Myöhemmin Hadleyn instrumentista pienin muutoksin tuli "oktantti", josta sekstantit kehittyivät (asteikolla 60 ° ja mittauskulmalla 120 °). Työkalun käytännöllisestä merkityksestä huolimatta Hadley ja Godfrey eivät saaneet palkintoja, mutta parannetut työkalut antoivat mahdollisuuden löytää vaihtoehto kelloille.
1750-luvulla Göttingenin yliopiston professori, saksalainen tähtitieteilijä Tobias Mayer (1723-1762), joka harjoitti kartografiaa Saksassa, Leonard Eulerin (1707-1783) avulla, tällä kertaa Berliinin yliopiston professori, loi erityisen tarkat taulukot kuun sijainnista. Euler ehdotti teoriaa kuun liikkeestä. Mayer laati kuun taulukot perustuen tähän teoriaan ja havaintoihin käyttämällä erityistä instrumenttia 360 ° näkymällä. Saatuaan palkinnon Mayer ei aluksi uskaltanut toimittaa taulukoitaan komissiolle ajatellen, että ulkomaalaisesta kieltäydytään heti, mutta lopulta hän turvautui Englannin kuninkaan ja Hanoverin vaaleja George II: n puoleen ja seurauksena hänen pöydät päätyivät Lontooseen. Vuonna 1761 Greenwichin observatorion tuleva johtaja Neville Maskelyne (1732-1811) matkusti Saint Helenaan tarkkailemaan Venuksen kulkua aurinkolevyn edessä,suoritti testit "kuun etäisyyksistä" Mayer-taulukoiden mukaisesta menetelmästä Hadley-oktantin kanssa ja sai vakaan tuloksen puolitoista astetta tarkkuudella.
Kontrollimatka Atlantin yli Lontoosta Bridgetowniin Barbadosiin oli tarkoitus järjestää vuodeksi 1763. Barbadosissa Maskeline joutui laskemaan vertailupituuden Jupiterin kuista kiinteästä maasta. H4, Mayer-pöydät ja Christopher Irwinin "meren tuoli" stabiloivassa kolmiakselisessa ripusteessa Jupiterin satelliittien tarkkailemiseksi tarkistettiin samanaikaisesti. Tuoli, jota sen kehittäjä mainosti aktiivisesti Lontoon lehdistön kautta, osoittautui turhaksi, ja Harrisonin kronometri ja "kuupöydät" varmistivat tarkkuuden puoli astetta. Loppuraportissa H4-kronometrin tarkkuus oli 9,8 merimailia (15 km) eli 40 sekuntia pituusastetta, Maskelynen ja hänen avustajansa Charles Greenin suorittama kuun etäisyysmenetelmä - noin puoli astetta.
Vuonna 1765 komissio kokoontui kokoukseen, jossa se päätti antaa Mayerin leskelle 5000 punnan palkkion myöhäisen aviomiehensä, Eulerin pöydistä - 300 puntaa ja Harrison - 10 tuhatta puntaa menestykseen ja vielä 10 tuhatta, kun "käytännöllisyyden" edellytys täyttyy, eli kronometrin kustannukset vähenevät, ja sen valmistustekniikkaa kuvataan, jotta muut kellojen valmistajat voivat tuottaa sen. Komissio, joka hyväksyi komission päätökset, leikkasi "kuukautispöytien" palkkiot 3 000 puntaan ja vähensi Harrisonin palkinnosta jo saadut apurahat 2500 puntaa.
Garrison uskoi, että hänet erotettiin palkinnosta Maskelynen innostumuksista. Hänestä, joka melkein samanaikaisesti komission kokouksen kanssa tuli uudeksi tähtitieteilijäksi ja Greenwichin observatorion päälliköksi (tämä oli sattumaa, koska edellinen tähtitieteilijä Royal kuoli yhtäkkiä). Tässä tehtävässä Maskeleinista tuli kronometritekniikan valtion hyväksynnän alaisen komitean jäsen ja johtaja. Kellomallit, joissa on piirroksia ja selityksiä Harrisonista, siirrettiin Greenwichiin, missä Maskelein ja Admiralty edustajat testasivat niitä vielä 10 kuukauden ajan. Testien tulosten perusteella Maskelein ilmaisi epäilynsä siitä, että kronometrillä saadaan vakaat tulokset ja että sitä voidaan käyttää tuotantoversiossa ilman "kuutaulukoiden" samanaikaista käyttöä.
Maskelyne itse oli tällä hetkellä Greenwichin tähtitieteilijöiden ryhmän kanssa valmistelemassa julkaisua ensimmäiseksi "Nautical Almanac", joka sisälsi yhteenvetotaulukoita Auringon, Kuun, planeettojen ja "navigointitähteiden" sijainneista tietyllä pituus- ja leveysasteella ja vastaavat aika-arvot nollassa. meridiaani jokaiselle päivälle vuodessa. Almanaakin ensimmäinen painos julkaistiin vuonna 1767.
Ensimmäinen kronometri luotiin vuonna 1735.
Harrison, joka oli vakuuttunut siitä, että Maskelein hukkui tarkoituksellisesti keksintönsä saadakseen etua tähtitieteellisiin menetelmiin, meni etsimään oikeutta nuoren kuninkaan George III: n kanssa. Hyvän tieteellisen koulutuksen saanut hallitsija otti H5-kronometrin testatakseen itsensä ja haavoitti sen henkilökohtaisesti kuuden kuukauden ajan. Näiden testien tuloksena George III ehdotti, että Garrison astuisi vetoomuksella suoraan parlamenttiin ohittaen pituusastekomission ja vaatisi ensimmäistä palkintoaan, ja jos parlamentti kieltäytyy, hän, kuningas, tulee henkilökohtaisesti juhlallisesti parlamenttiin ja vaatii sitä valtaistuimelta. Parlamentti vastusti vielä useita vuosia, ja seurauksena vuonna 1773 Harrison myönsi viimeisen 8750 punnan palkinnon (vähennettynä kustannukset ja materiaalikustannukset).
Pituusastetoimikunnan toiminnan tulokset:
Pituusastetoimikunta työskenteli vuoteen 1828 asti, yhdistäen apurahajärjestön ja tutkimuskeskuksen tehtävät, ja jakoi joukon muita palkintoja ja apurahoja, mukaan lukien 5000 punnan palkinto polaaritutkijalle W. Parrylle, joka saavutti 82,45 ° pohjoista leveyttä pohjoisessa leveyspiirissä Kanadassa, 1800-luvun alussa.
Yhteenvetona tästä lyhyestä esseestä tulisi jälleen kerran kiinnittää huomiota siihen, että pituusasteongelmaan ei päästy ratkaisua yhdellä tai edes useilla läpimurtoilla, se luotiin pitkä, kova, useista vaiheista, joista kukin oli merkittävä saavutus omalla alallaan. Jopa Harrisonin kronometrin ja Mayer-Euler-menetelmän siirtyessä kokeista navigointikäytäntöön, navigointi- ja kartografiamenetelmät paranivat edelleen.
Ison-Britannian tieteen johtava rooli navigointiongelmien ratkaisemisessa ei auttanut häntä voittamaan ja ylläpitämään "merien hallitsijan" asemaa (varhainen nationalistinen marssi "Hallitse Britanniaa, meren rannalla" oli monimutkainen vuosina 1740-1745), mutta myös perustamaan Greenwichin ensisijaiseksi meridiaaniksi. Maskeleinin ja hänen seuraajiensa käännös laadukkaista merialmanakkeista. Washingtonissa vuonna 1884 pidetyssä kansainvälisessä meridiaanikokouksessa Greenwichin meridianus määritettiin nollaksi, mikä merkitsi yleisen vakioaikajärjestelmän luomisen alkua. Ennen tätä päivämäärää eri maiden ja jopa kaupunkien paikallisen ajan ero oli sellainen, että se aiheutti vakavia ongelmia esimerkiksi rautatieaikatauluille. Viimeisin maa, joka siirtyi koordinaatteihin Greenwichin mukaan, oli Ranska (1911), ja ajanlaskennan yhtenäistämistä ei ole saatu päätökseen tähän päivään mennessä,mikä on Venäjän kansalle hyvin tiedossa muuttuvasta kesäajan politiikasta.
Ison-Britannian kronometriä pidettiin myös laatustandardina kaikkien maiden merimiesten keskuudessa ainakin 1800-luvun puoliväliin saakka. Mutta vaikka pituusasteiden laskeminen kronometrillä oli nopeampaa ja tarkempaa kuin "kuun etäisyyksien" avulla laskeminen, merenkulkualmanaakit pitivät paikkansa 1800-luvulla. Kronometrit olivat kaukana kaikista aluksista jo 1800-luvun puolivälissä korkeiden kustannustensa vuoksi. Lisäksi merimiehet tajusivat nopeasti, että aluksessa olisi pitänyt olla vähintään kolme kronometriä, jotta heidän lukemissaan olevat virheet voitaisiin havaita ja poistaa. Jos kaksi kolmesta kronometristä näyttää saman ajan, on selvää, että kolmas on väärässä ja kuinka paljon hän on väärässä (tämä on ensimmäinen tunnettu esimerkki kolmoismodulaarisesta redundanssista). Mutta jopa tässä tapauksessa kronometrin lukemat tarkistettiin tähtitieteellisten tietojen perusteella. "… Arvoisa Stepan Ilyich viimeistelee kiireellisesti kolmannen lasinsa,viimeistelee toisen paksun savukkeen ja menee yläkertaan sekstantin kanssa ottaakseen auringonkorkeuden paikan pituuden määrittämiseksi "- näin K. Stanyukovich kuvaili merivoimien navigaattorin työtä 1860-luvun alkupuolella, huolimatta siitä, että alus oli varustettu useilla kronometrillä.
1900-luvun alussa kronometrit saavuttivat 0,1 sekunnin tarkkuuden päivässä metallurgian ja materiaalitieteiden löytöjen ansiosta. Vuonna 1896 Charles Guillaume loi rauta-nikkeliseoksia, joilla oli minimaaliset lämpölaajenemiskertoimet (invar) ja termoelastisuus (elinvar), jotka sovitettiin tasaamaan toisiaan pareittain. Näin ilmestyi korkealaatuinen kevään ja tasapainopyörän materiaali (Guillaume sai näistä töistä vuonna 1920 Nobelin fysiikan palkinnon). Invarin ja Elinvarin nykyaikaisiin analogeihin kuuluu myös beryllium.
Radion keksimisen myötä maanpäälliset radioasemat alkoivat lähettää niiden koordinaatteja. Ensimmäisen maailmansodan alkuun mennessä kuunetäisyysmenetelmän tarve katosi, ja ajankäytöstä tuli lisäohjausmenetelmä. Samanaikaisesti löydettiin uusi, laadukkaampi harmoninen oskillaattori kuin heiluri tai jousitasapainotin. Vuonna 1880 Pierre ja Jacques Curie löysivät kvartsin pietsosähköiset ominaisuudet, ja vuonna 1921 Walter Cady kehitti ensimmäisen kvartsiresonaattorin. Näin syntyi kvartsikellojen luomisen tekninen perusta, joita käytettiin alun perin tarkkojen aikasignaalien lähteinä, ja 1960-luvulta lähtien niistä on tullut massainstrumentteja. Merikellometrit alkoivat korvata sähköisillä kellot.
Avaruuskauden alkaessa navigointi otti seuraavan askeleen. On mielenkiintoista, että satelliittinavigoinnin perusjärjestelmä ei periaatteessa eroa Whistonin ehdotuksesta sijoittaa paikallaan olevat alukset merelle, jonka signaalien mukaan merimiehet määrittävät koordinaattinsa - nämä ovat satelliitteja, jotka lähettävät koordinaattinsa ja yleisajansa signaalin vastaanottimille maapallolla. 1900-luvun tekniikat antoivat mahdolliseksi 1800-luvun suunnitelmien toteuttaminen uudella tasolla. Vuodesta 1972 vuoteen 1990 luotiin GPS-satelliittien kiertorata, joka vuonna 1992 avattiin siviilikäyttöön. Vuodesta 2011 lähtien Neuvostoliiton ja Venäjän välinen GLONASS on saavuttanut suunnittelukykynsä, ja vielä kahta järjestelmää valmistellaan käynnistämistä varten: eurooppalaista (Galileo) ja kiinalaista (Beidou). Näiden järjestelmien lopullinen tarkkuus mitataan metreinä. Satelliitteja käytetään myös useissa nykyaikaisissa geodeettisissa järjestelmissä, joista suurimmalla, ranskalaisella DORIS, on senttimetriä tarkkuus. 2010-luvun älypuhelimet alkoivat sisältää yksinkertaisia satelliittien linkitysjärjestelmiä, joiden tarkkuus on 8–32 metriä, ja automaattista aikasynkronointitoimintoa, joka käyttää solukko-operaattorien signaaleja ja "atomiajan" Internet-resursseja.
Siitä huolimatta koordinaattien laskeminen "Kuun varrella" vasta XX vuosisadalla alkoi jättää purjehtijoiden koulutusohjelmien ulkopuolelle, ja merenkulkualmanakkeja julkaistaan edelleen. Tämä on erittäin sopiva turvaverkko. Jos sähköasentaja epäonnistuu aluksella, merimiehen ei pidä menettää navigointitukiaan. Mutta edes tietämättä kuinka käsitellä sekstanttiä ja almanakkaa, merimies (ja kuka tahansa, joka on lopettanut tämän artikkelin lukemisen) pystyy määrittämään koordinaattinsa astetta murto-osan tarkkuudella rannekellon ja varjon avulla mistä tahansa pystysuorasta esineestä. Viime vuosisatojen tekninen kehitys on mahdollistanut pukemisen käteen, ellei kronometriin, niin melko läheiseen muistutukseen siitä.
Kirjoittaja: Yuri Ammosov