Тысячи моряков погибли, прежде чем был найден способ определения своего местоположения в море. Но гений британского часовщика Джона Гаррисона изменил эту ситуацию.

Сегодня навигация имеется в автомобилях, смартфонах и некоторых часах, которые вычисляют собственные координаты. Хронометры по точности соревнуются в тысячных и миллионных долях секунды, а их настройку можно сравнить с настройкой музыкальных инструментов, большой выбор которых можно найти в московских магазинах. Перейдя по ссылке https://www.plan1.ru/moscow/section/muzykalnyemagaziny_38 можно узнать их адреса и контакты. Но как связаны часы, мореплавание и навигация?

Хотя Британская империя в начале 18 века уже была серьёзной морской державой, ни моряки Королевского флота, ни моряки других стран, не имели надежного способа определения своего местоположения в открытом океане. Эта проблема, была особенно серьезна в плохую погоду, когда невозможно было определить положение Солнца, Луны или звезд.

Навигация и знания о Земле всё ещё были достаточно поверхностны. Из-за этого, Британия несла огромные потери, как материальные, так и человеческие. В 1707 году британский флот вернувшись из Франции, попал в густой туман в западной части Ла-Манша. Капитан ошибочно определил расположение острова Усан, и взял неверный курс. В результате чего корабли напоролись на камни у самого английского побережья. Четыре судна было разбито, 1647 матросов утонуло. Спаслось только 26 человек.

После катастрофы 1707 года, в 1714 году, парламент Британии принял специальное постановление - так называемый декрет долготы. Специальная комиссия объявила большую награду для любого, будь то гражданин Великобритании или нет, который найдёт эффективный метод определения долготы в открытом море. Сумма вознаграждения зависела от точности метода, позволяющего определять долготу в пределах половины градуса. Кроме того, указ предусматривал создание комитета для оценки обоснованности и целесообразности предлагаемых методов. В комитет вошли ученые, морские офицеры и чиновники. Среди них был президент Королевского географического общества - сэр Исаак Ньютон.

Понятия широты и долготы восходят к древнегреческим математикам и астрономам, которые предполагали, что земля имеет сферическую форму. Они были введены во 2-м веке до н.э. Гиппархом Никейским. Работы Гиппарха оказали сильное влияние на "отца картографии" Клавдия Птолемея. Чтобы определить долготу места на карте известного в то время мира, он использовал теорему Пифагора для решения прямоугольного треугольника.

Эти данные были не очень точны из-за недостаточных знаний о форме и размерах Земли. Никто не знал наверняка, каков диаметр планеты, или длину одного градуса меридиана. Но способ измерения долготы, основанный на разнице во времени, был придуман ещё древними греками.

ХРОНОМЕТР Н-1

Поскольку Земля вращается, то чем дальше мы движемся на запад от начальной точки, солнце восходит всё позже и позже. Поэтому время, например, в Нью-Йорке, отличается на 5 часов от лондонского. Если 360 градусов окружности экватора, разделить на 24 часа, за которые Земля делает один полный оборот, то каждый градус будет содержать 4 минуты реального времени. Иными словами, за 4 минуты Земля поворачивается на 1 градус. Таким образом, местное время, на противоположной стороне земного шара будет отличаться на 180 градусов от вашего реального положения. 4x180 = 720 минут или 12 часов разницы с вашим временем.

Свою долготу можно вычислить достаточно точно, если знать текущее местное время и астрономическое время на нулевом меридиане. Текущее время можно вычислить по солнцу в астрономический, или истинный, полдень, который определяется как середина отрезка времени между положениями солнца на одной и той же высоте в первой и второй половине дня. Пересчитав разницу местного времени и времени на нулевом меридиане в градусы, можно получить сдвиг по долготе. Но как определить время на нулевом меридиане?

Этот метод очень хорош, когда есть точные часы. Но в начале 18 века, когда часы шли с разумной точностью, определение точных промежутков времени, было всё ещё очень серьёзной проблемой. В 1656 году Христиан Гюйгенс изобрел тактовый маятниковый механизм, значительно улучшив точность хода. В 1675 году он запатентовал спусковой балансир, воплотив оригинальную идею Роберта Хука, который до сих пор находит применение в часовом деле.

Но после испытаний, проведенных с маятниковыми часами Гюйгенса в 60-х годах, стало понятно, что из-за качки корабля, результаты измерений не являются надежными. Часы со спусковым крючком, даже не стали проверять. Кроме того, точность часов зависела от колебаний температуры. Маятник и пружины с изменением температуры расширялись или уменьшались, снижая точность хода.

В 18-м веке появляются новые, значительно улучшенные телескопы. В то же время повышается точность таблиц лунных затмений, особенно в мореходном альманахе, выпущенном Королевской обсерваторией Гринвича в 1767 году под редакцией королевского астронома Невила Маскалина. Отчасти, благодаря этим таблицам, Гринвич стал тем местом, где прошёл нулевой меридиан. Это решение было принято в ходе международной конференции в 1884 году. Но всё-таки, большинство ученых и мореплавателей предпочитали астрономическому вычислению, способ определения долготы по времени, как более надёжный.

ХРОНОМЕТР Н-2

Тем более, что часовщики не отставали от астрономов. Благодаря талантам бывшего плотника - самоучки Джона Гаррисона, ставшего гениальным часовщиком, точность хода часов значительно повысилась. Гаррисон родился в 1693 году в Йоркшире. Случайно услышав о награде, которую дает государство, он решил найти надежный способ определения долготы. В первых часах, построенных в 1715 году, конфигурация механизма почти не отличалась от других. Однако вскоре, Гаррисон начинает делать более сложные, инновационные механизмы.

Джон Гаррисон

Решая проблему температуры, он создает маятник, длина которого не зависела от её изменений. В 1726 году Гаррисон разрабатывает часовой механизм, у которого отклонение было не более чем на секунду в месяц в течение 14 лет. Этот механизм привлек внимание королевского астронома Эдмонда Галлея и ведущего британского часовщика Джорджа Грэма. Последний даже профинансировал создание первого хронометра Харрисона, известного как H-1. Он был завершен в 1735 году и оснащен пружинными балансирами вместо маятника.

Этот хронометр был направлен для испытаний в море неподалёку от Лиссабона. На обратном пути, при помощи H-1, Гаррисон скорректировал курс почти на 100 морских миль, что спасло корабль, и позволило ему не сесть на мель у Британских островов. Это достижение впечатлило Королевское географическое общество, которое поручило Комиссии долготы, оказать Гаррисону финансовую поддержку и обязало его построить четыре новых хронометра в ближайшие десять лет.

В 1757 году был создан хронометр H-3, который никогда не был испытан в открытом море. Но в нём было впервые применено, одно из самых выдающихся изобретений Гаррисона - биметаллические полосы, которые компенсировали расширение и сжатие пружины балансира под влиянием изменений температуры.

Зато следующая модель - Н-4, изменила ход истории. Карманные часы весят "меньше, чем мозг его создателя" так написал Руперт Гулд в своей работе "Восстановленное время" В 1761-62 годах H-4 был отправлен для испытаний на борту судна, шедшего на Ямайку. По прибытии на место, хронометр отставал всего на 5 секунд, что соответствует двум сотых градуса.

ХРОНОМЕТР Н-3

Это достижение отвечало всем требованиям, предъявленных Комиссией Долготы к точности, и Гаррисон мог претендовать на премию 20 тысяч фунтов, огромную по тем временам сумму. Но астрономы не были полностью удовлетворены, и Комиссия придержала премию, выплатив лишь её часть, обязав Гаррисона провести ещё несколько испытаний.

1770 году, сын Гаррисона, продолжая дело отца, в своей обсерватории в Ричмонде, создал хронометр Н-5. В начале, параметры нового секундомера оказались не очень убедительными, из-за близко расположенных магнитов. После их удаления, Н-5 показал отклонение всего 1/3 секунды в сутки. В 1772 году Гаррисон обратился к королю Георгу 3 с просьбой разрешить ему закончить испытания хронометров и выполнить требования комиссии.

При поддержке короля, после дополнительного заседания Комиссии Долготы в 1773 году, британский парламент решил всё же погасить большую часть премии Гаррисона. Два года спустя, незадолго до смерти изобретателя, хронометр Гаррисона получил признание капитана Джеймса Кука - величайшего мореплавателя того времени. После возвращения из своей второй экспедиции по Тихому океану, он заявил, что его хронометр - точная копия H-4 превысил все его ожидания.

В 90-х годах 18-го века часы становятся стандартным инструментом для морских капитанов. Когда в 1831 году корабль Бигль, с молодым Чарльзом Дарвином, оставил Британские острова, чтобы исследовать мир, его экипаж имел не менее 22 хронометров на борту. Именно тогда, Британская империя действительно стала хозяйкой морей, - во многом благодаря надёжному способу измерения долготы.

ЕЩЕ НА ЭТУ ТЕМУ:

Проблема долготы: кому и зачем нужны хронометры?