Jason Parkhillin maaliskuussa 2013
John Harrison oli yksi useista henkilöistä, kuten Isaac Newton, Robert Hook ja Edmond Halley, jotka elivät 1600-1700-lukujen Englannissa ja antoivat merkittävän panoksen tieteelle ja tekniikalle. Harrison keksi ensimmäisen merenkulkuajan kronometrin,jonka avulla purjelaivasuunnistajat pystyivät määrittämään pituusasteensa (Itä-Länsi) tarkasti. Tämä kehitys paransi merkittävästi pitkän matkan merenkulun turvallisuutta ja tarkkuutta. Harrison kehitti ja tarkensi kronometriaan vuosikymmenten aikana ja lopulta hän vaati palkintoa, jonka Britannian parlamentti oli perustanut vuoden 1714 Longitude Act-laissa kannustaakseen kehittämään laitteen, jolla määritetään aluksen pituusaste merellä. Harrison teki kaiken tämän ilman muodollista koulutusta tai oppisopimusta kelloseppänä.
Sobel (2007) kertoo, että merellä ollessaan laivan navigaattori saattaa melko helposti kertoa, missä päin maapalloa ne ovat pohjoisessa ja etelässä. Koska päiväntasaaja on kiinteä ja Maa liikkuu niin, että aurinko paistaa yläpuolellamme Kravun ja Kauriin tropiikin välissä, leveysasteen määrittämisessä on melko suoraviivaista tarkkailla päivän pituutta tai auringon tai tiettyjen ohjastähtien korkeutta horisontin yläpuolella. Leveysasteen nolla-asteinen meridiaani on luonnon lakien lukitsema. Pituusaste sen sijaan ei ole.
Maapallo pyörivänä pallona voidaan jakaa 360 pituusasteeseen. Koska kestää kaksikymmentäneljä tuntia, ennen kuin maapallo saa päätökseen yhden 360 asteen kierroksen, yksi tunti on yksi kahdeskymmenesneljännes pyörähdyksestä eli viisitoista astetta itään tai länteen. Pituusaste on siis hyvin merkityksellisessä mielessä suhteellista aikaa. Ratkaisu ongelmaan oli tiedossa, mutta sen ratkaisemiseen ei ollut teknologiaa. Tämä pituusasteen määrittämisen näennäisesti hankala ongelma voitaisiin helposti ratkaista millä tahansa kahdella halvalla massatuotetulla rannekellolla nykyään. Pituusasteen määrittämiseksi aluksen navigaattorin on tunnettava aika kahdessa paikassa samanaikaisesti. Hänen on tiedettävä kellonaika kotisatamassaan ja paikallinen aika laivalla. Joka päivä, kun paikallinen keskipäivän aika määritettiin laivalla huomaamalla, että aurinko oli saavuttanut huippukohtansa, merenkulkija saattoi palauttaa paikallisen kellon keskipäivään ja verrata sitä toisen kellon aikaan, joka oli vielä asetettu lähtösatamassa olevaan aikaan. Jokainen tunti ero oli viisitoista astetta pituutta matkusti. Päiväntasaajalla viisitoista astetta vastaa tuhatta mailia ja sieltä pohjoiseen ja etelään kunkin asteen kilometrimäärä pienenee napoja lähestyttäessä. Mutta koska leveysaste on helppo määrittää, navigaattorin tarvitsee vain tehdä tarvittavat laskelmat.
kun useampi purjealus lähti tutkimusmatkoille tai kuljetti aarretta valloitetusta maasta tai siirsi ihmisiä ja materiaalia valloitettaviin maihin, oli vakava ongelma, ettei pystytty tarkasti ja luotettavasti määrittämään olinpaikkaa. Laivat ajautuivat usein karille, kun niiden aiotut kohteet päätyivät oletettua lähemmäksi. Lokakuun 22.päivänä 1707 lähellä Englannin eteläkärkeä neljä palaavaa brittiläistä sota-alusta ajoi karille tappaen noin kaksituhatta miestä yksistään yhdessä välikohtauksessa.
ratkaisun etsiminen pituusasteikon ongelmaan kesti yli neljä vuosisataa ja siihen osallistui valtionpäämiehiä, kuuluisia tähtitieteilijöitä, tunnettuja tutkimusmatkailijoita ja muita juonittelijoita. Britannian hallitus perusti Board of Longitude vuonna 1714, koska:
”pituusasteen löytämisellä on niin suuri merkitys Isolle-Britannialle laivaston ja kauppalaivojen turvallisuuden sekä kaupan parantamisen kannalta, että sen puutteen vuoksi monet alukset ovat jääneet matkoillaan jälkeen ja monet ovat kadonneet…” ”sellaiselle henkilölle tai henkilöille, jotka löytävät pituusasteen” (”History of Longitude,” 2013).
palkinnon ehdoilla kerättäisiin 20 000 puntaa pituusasteen määrittämisestä, kuten King on kuvannut teoksessaan Andrewes (1996) ”to within 30 miles during a voyage from England to the West Indies” (s. 168).
vaikka kelloratkaisu oli tiedossa, ongelma säilyi pitkälle heilurikellojen aikakauteen. Liikkeessä olevan laivan kannella nämä kellot olivat täysin epäluotettavia. Se hidastaisi tai kiihdyttäisi. Aluksen siirtyessä lämpimämmästä viileämpään ilmastoon niiden toiminnan kannalta ratkaiseva voiteluöljy oheni ja paksuuntui. Metalliosat laajenisivat ja supistuisivat lämpötilan muutosten mukana, ja pienetkin vaihtelut maan painovoimassa aiheuttaisivat niille tuhoa. Tarvittiin toisenlaista ajanvaraustekniikkaa.
John Harrison syntyi vuonna 1693 ja varttui Barrow upon Humberin kylässä north Lincolnshiressä Itä-Englannissa. Isänsä tavoin hänet kasvatettiin puusepäksi ja tämän vuoksi hänen varhaiset kellonsa valmistettiin puusta. Hän sai vain peruskoulutuksen, mutta osoitti kyselevää mieltä. Nuoruudessaan hän sai lainaksi newtonilaista filosofiaa käsitteleviä merkittäviä luentoja, joista hän teki henkilökohtaisen kopion. Hän oli kiinnostunut musiikista ja johti kuoroa ja toimi kellonsoittajana kotikylänsä Pyhän Kolminaisuuden kirkossa. Bell soittoäänen aiheutti hänelle tullut kiinnostunut oskillaattori teoriassa vuonna 1713 ja se oli myös vuonna hän teki hänen ensimmäinen kello (Andrewes, 1996).
vuosien 1713 ja 1730 välillä Harrison valmisti kahdeksan kelloa, mutta hän työskenteli ennen kaikkea puuseppänä. Jokaisella uudella puukellolla hän hioi käämimekanismia ja muutti kutuvaellusmekanismia rekyylin ja kitkan vähentämiseksi. Hänen kellonsa saivat mainetta ja vuonna 1722 Harrison sai toimeksiannon luoda tornikello suurelle läheiselle kartanolle, mikä merkitsi suurta askelta hänen nousussaan kelloseppänä.
kesällä 1730 Harrison matkusti 37-vuotiaana Lontooseen saadakseen tukea ehdotukselleen merikellon tekemisestä. Matkan aikana Harrison tapasi George Grahamin, joka oli tunnettu kelloseppä. Harrison sanoi, että he keskustelivat aiheista tuntikausia, kuten Andrewes (1996) totesi:
… perustelimme tapauksia tai periaatteita useammin kuin kerran; nay kerran, ja että hyvin poikkeuksellisella tavalla, oli aivan ensimmäistä kertaa näin hänet, ja meidän perustelut, tai kuin se oli joskus keskustelemassa, (mutta silti, kuten pääasiassa, ymmärrystä toisiaan hyvin) sitten pidettiin noin kymmenen klo forenoon, ” till noin kahdeksan yöllä (s. 182).
Harrison kirjoitti ensimmäisen merikellonsa tuloksista vuonna 1730. Tätä mallia kutsutaan nimellä H1. Harrison ennusti sen olevan hyvin tarkka ”aluksissa niiden pitäisi vaihdella 4 tai 5 sekuntia kuukaudessa” (Andrewes, 1996, s. 196). H1 sisälsi monia älykkäitä innovaatioita, joilla vakautettiin ajanottomekanismeja keinuvassa laivassa, mutta merellä tehtyjen kokeiden jälkeen paljastui vikoja, jotka voitiin ratkaista vain luomalla uusi kello.
Harrisonin toinen merikello, H2, oli selvästi hienostunut versio ensimmäisestä. Kelaamiseen tarkoitetun narun sijaan siinä oli avain ja hienostunut pysäytystyö, joka esti ylivauhdin. Hän esitteli erilaisia materiaaleja, jotka reagoivat eri tavoin kuumuuteen ja kylmyyteen kompensoidakseen vaikutuksia jousille ja kutuvaellukselle. H2 valmistui vuonna 1739, mutta sitä ei koskaan kokeiltu merellä, koska johtokunnan jäsenet olivat huolissaan sen suunnittelusta. Harrison oli myös epäilyksiä löydettyään kokeen aikana, että värähtely H2: n saldot voitaisiin vaikuttaa keskipakoisvoima.
Harrison sai H3: n valmiiksi vasta vuonna 1757. Useat hänen kannattajansa olivat kuolleet tähän mennessä ja hänen H1: llä ansaitsemansa maine oli hiipumassa. Harrison ei onnistunut saamaan H3: lle oikeudenkäyntiä, mutta Harrison piti 1750-luvulla taukoa kelloistaan suunnitellakseen taskukellon omaan käyttöönsä. Juuri tämä muotoilu päätyi ohjaamaan H4: ää.
Randallin mukaan Andrewesissa (1996) taskukello mahdollisti Harrisonille ”tuoreen lähestymistavan koko ongelmaan, jota hän kohtasi” (s. 236). Siihen asti Harrison oli keskittynyt siihen, mitä useimmat ihmiset pitivät pituusasteen kellona-laivan isona vakaana laitteena. Tämä osoittautui osaksi ongelmaa. Longitudin johtokunta näki hyvin liikkuvan ja ”silmiinpistävän komean hopeakellon” (Quill 1966, s.78) H4 ensimmäistä kertaa 18.heinäkuuta 1760 ja seuraavana vuonna se oli valmis testattavaksi. Harrison purjehti Jamaikalle 18. marraskuuta 1761. Kun he lähestyivät Jamaikaa, Harrison kertoi kapteenille eräänä iltapäivänä, että he huomaisivat laskeutumisen seuraavana päivänä kello 10.00. He huomasivat sen vain kolme tuntia odotettua aiemmin. John Harrison oli päässyt puolen asteen päähän niiden pituusasteen määrittämisessä. Se vaati toisen oikeudenkäynnin hänen poikansa William ja vielä vääntöä hallituksen kanssa, mutta Harrison sai palkintorahat.
Harrisonin elämä pyöri samanlaisissa kursseissa kuin Gardner kuvailee sternbergissä (1998), mutta ei ehkä aivan kymmenen vuoden välein. Kuten Policastro ja Gardner sternbergissä totesivat, Harrison varmasti loi ”luovaa työtä pitkittyneiden, mielekkäiden ja luontaisesti motivoivien harrastusten puitteissa” (S. 215). On myös helppo nähdä prosessi kuvattu Ward et al. ”synteesi ja yhdistäminen aiemmin erilliset käsitteet ovat ratkaisevia” (S. 202) Harrisonin menestys H4 (yhdistämällä hänen merikello ja taskukello ideoita).
Andrewes, W. J. H. (toim.). (1996). The quest for longitude: the proceedings of the Longitude Symposium, Harvardin yliopisto, Cambridge, Massachusetts, 4. -6. marraskuuta 1993. Collection of Historical Scientific Instruments, Harvardin yliopisto.
pituusasteen historia. (synt. Wikipediassa. retrieved February 2, 2013 from
http://en.wikipedia.org/wiki/History_of_longitude
Quill, H. (1966). John Harrison: mies, joka löysi pituusasteen. John Baker.
Sobel, D. (2007). Longitude: tositarina yksinäisestä nerosta, joka ratkaisi aikansa suurimman tieteellisen ongelman. Walker & komppania.
Sternberg, R. J. (1998). Luovuuden käsikirja. Cambridge University Press.