Jason Parkhill, marzec 2013
John Harrison był jedną z kilku osób, takich jak Isaac Newton, Robert Hook i Edmond Halley, którzy żyli w XVII-XVIII-wiecznej Anglii i wnieśli znaczący wkład w naukę i inżynierię. Harrison wynalazł pierwszy chronometr morski, który umożliwiał nawigatorom statków w wieku żagli dokładne ustalenie ich długości geograficznej (wschód-zachód). Rozwój ten znacznie poprawił Bezpieczeństwo i precyzję podróży długodystansowych drogą morską. Harrison rozwinął i udoskonalił swój chronometr przez dziesięciolecia i ostatecznie zdobył nagrodę, którą brytyjski parlament ustanowił w ustawie o długości geograficznej z 1714 roku, aby zachęcić do opracowania urządzenia do określania długości geograficznej statku na morzu. Harrison zrobił to wszystko bez formalnego wykształcenia ani przyuczenia do zawodu zegarmistrza.
Sobel (2007) wyjaśnia, że gdy jest na morzu, Nawigator statku może dość łatwo powiedzieć, gdzie są na północy i południu na Ziemi. Ponieważ równik jest stały i Ziemia porusza się tak, że słońce świeci nad głową w ustalonym wzorze między Zwrotnikami raka i Koziorożca, określenie szerokości geograficznej jest dość prostą sprawą obserwacji długości dnia lub wysokości słońca lub niektórych gwiazd przewodnich nad horyzontem. Południk zerowy szerokości geograficznej jest zamknięty przez prawa natury. Z drugiej strony, Długość geograficzna nie jest.
Ziemię jako obracającą się kulę można podzielić na 360 stopni długości geograficznej. Ponieważ ziemia potrzebuje dwudziestu czterech godzin, aby wykonać jeden obrót o 360 stopni, jedna godzina równa się jednej dwudziestej czwartej obrotu lub piętnastu stopni na wschód lub zachód. Długość geograficzna to czas względny. Odpowiedź na ten problem była znana, ale nie było technologii, która by go rozwiązała. Ten pozornie trudny do rozwiązania problem wyznaczania długości geograficznej może być łatwo rozwiązany przez dowolne dwa tanie masowo produkowane zegarki. Aby określić długość geograficzną, Nawigator statku musi znać czas w dwóch miejscach jednocześnie. Musi znać czas w swoim porcie macierzystym i czas lokalny na statku. Każdego dnia, gdy lokalny czas południa był ustalany na statku, obserwując, że słońce osiągnęło swój najwyższy punkt, Nawigator mógł zresetować lokalny zegar na południe i porównać go z czasem na innym zegarze ustawionym jeszcze na czas w porcie pochodzenia. Każda różnica godzin wynosiła piętnaście stopni długości przebytej. Na równiku piętnaście stopni równa się tysiąc mil, a od północy i południa przebieg każdego stopnia maleje w miarę zbliżania się do biegunów. Ale ponieważ szerokość geograficzna jest łatwa do określenia, Nawigator musi tylko wykonać wymagane obliczenia.
z większą liczbą żaglowców wyruszających na wyprawy eksploracyjne lub poruszających się po skarbach z podbitego lądu lub przemieszczających ludzi i materiały na ziemie do podbicia, niemożność dokładnego i wiarygodnego określenia miejsca pobytu była poważnym problemem. Statki często wpadały na mieliznę, gdy ich zamierzone cele były bliżej niż oczekiwano. 22 października 1707 roku w pobliżu południowego krańca Anglii, cztery powracające brytyjskie okręty wojenne wylądowały na mieliźnie zabijając około dwóch tysięcy ludzi w jednym incydencie.
poszukiwania rozwiązania problemu długości geograficznej toczyły się przez cztery wieki i obejmowały głowy państw, znanych astronomów, znanych odkrywców i innych intrygantów. Rząd brytyjski powołał Board of Longitude w 1714 roku, ponieważ:
„odkrycie długości geograficznej ma takie konsekwencje dla Wielkiej Brytanii dla bezpieczeństwa Marynarki Wojennej i statków handlowych, jak również dla poprawy handlu, że z powodu braku jej wiele statków zostało opóźnionych w swoich podróżach, a wiele straciło…” „dla takiej osoby lub osób, które odkryją długość geograficzną” („Historia długości geograficznej”, 2013).
zgodnie z warunkami nagrody, można by zebrać £20,000 za określenie długości geograficznej, jak opisał King W Andrewes (1996) „w ciągu 30 mil podczas podróży z Anglii do Indii Zachodnich” (str. 168).
mimo że rozwiązanie zegara było znane, problem przetrwał do czasów zegarów wahadłowych. Na pokładzie statku w ruchu Zegary te były całkowicie zawodne. Zwolni lub przyspieszy. Gdy statek przemieszczał się z cieplejszego do chłodniejszego klimatu, olej smarowy kluczowy dla ich działania rozcieńczał się i zagęszczał. Części metalowe rozszerzałyby się i kurczyły ze zmianami temperatury, a nawet niewielkie zmiany ziemskiej grawitacji siełyby na nich spustoszenie. Potrzebny był inny rodzaj technologii zatrzymującej czas.
John Harrison urodził się w 1693 roku i wychowywał się w Barrow upon Humber, wiosce w hrabstwie North Lincolnshire we wschodniej Anglii. Podobnie jak jego ojciec, został wychowany jako stolarz i dlatego jego wczesne zegarki były wykonane z drewna. Otrzymał tylko podstawowe wykształcenie, ale wykazał się dociekliwym umysłem. W młodości wypożyczono mu kopię wybitnych wykładów z filozofii newtonowskiej, których wykonał kopię osobistą. Interesował się muzyką, prowadził chór i został dzwonnikiem w kościele Świętej Trójcy w swojej wsi. Dzwonienie sprawiło, że zainteresował się teorią oscylatorów w 1713 roku i w tym samym roku stworzył swój pierwszy zegar (Andrewes, 1996).
w latach 1713-1730 Harrison wyprodukował osiem zegarów, ale był przede wszystkim zatrudniony jako stolarz. Z każdym nowym drewnianym zegarem udoskonalał mechanizm nawijania i zmieniał mechanizm wychwytu, aby zmniejszyć odrzut i zmniejszyć tarcie. Jego Zegary zyskały renomę i w 1722 r.Harrison otrzymał zlecenie stworzenia zegara wieżowego dla dużej pobliskiej posiadłości, co stanowiło duży krok w jego rozwoju jako zegarmistrza.
latem 1730 roku, w wieku 37 lat, Harrison udał się do Londynu, aby uzyskać poparcie dla swojej propozycji stworzenia zegara morskiego. Podczas tej podróży Harrison poznał George ’ a Grahama, znanego zegarmistrza. Harrison powiedział, że debatowali na tematy przez wiele godzin, jak zauważono w Andrewes (1996):
… ; nie raz, i to w bardzo niezwykły sposób, było po raz pierwszy widziałem go, a nasze rozumowanie, lub jak to było czasami debatować, (ale nadal, jak w głównej, rozumiejąc się nawzajem bardzo dobrze) następnie odbyła się od około dziesiątej godziny przed południem, ” do około ósmej w nocy (str. 182).
Harrison napisał o wynikach swojego pierwszego zegara morskiego w 1730 roku. Model ten określany jest jako H1. Harrison przewidział, że będzie to bardzo precyzyjne „w statkach, które będą się różnić o 4 lub 5 sekund na miesiąc” (Andrewes, 1996, str. 196). H1 zawierał wiele sprytnych innowacji mających na celu stabilizację mechanizmów pomiaru czasu na statku kołysanym, ale po testach na morzu ujawnił wady, które można było rozwiązać tylko poprzez stworzenie nowego zegara.
drugi zegar morski Harrisona, H2, był wyraźnie wyrafinowaną wersją jego pierwszego. Zamiast sznurka do nawijania miał klucz i wyrafinowany stoper zapobiegający zimowaniu. Wprowadził różne materiały, które różnie reagowały na ciepło i zimno, aby zrekompensować wpływ na sprężyny i wychwyt. H2 został ukończony w 1739 roku, ale nigdy nie próbował na morzu z powodu obaw członków Rady długości geograficznych o jego projekt. Harrison miał również obawy po odkryciu podczas eksperymentu, że oscylacja wag H2 może mieć wpływ na siłę odśrodkową.
dopiero w 1757 roku Harrison ukończył H3. Kilku jego zwolenników zmarło w tym czasie, a reputacja, którą zdobył z H1, zanikła. Harrison nie byl w stanie zabezpieczyc procesu dla H3, ale to bylo w 1750 roku, ze Harrison zrobil przerwe od swoich zegarów, aby zaprojektowac zegarek kieszonkowy do użytku osobistego. To właśnie ta konstrukcja doprowadziła do powstania H4.
według Randalla w Andrewes (1996) Zegarek Kieszonkowy pozwolił Harrisonowi „świeże podejście do całego problemu, z którym miał do czynienia” (str. 236). Do tego czasu Harrison skupiał się na tym, co większość ludzi uważała za zegar długości geograficznej — Duże stabilne urządzenie dla statku. To okazało się częścią problemu. Deska długości geograficznej zobaczyła bardzo mobilny i „uderzająco przystojny srebrny zegarek” (Quill 1966, str. 78) H4 po raz pierwszy 18 lipca 1760 roku i w następnym roku był gotowy do testów. Harrison wypłynął na Jamajkę 18 listopada 1761 roku. Gdy zbliżali się do Jamajki, Harrison powiedział kapitanowi pewnego popołudnia,że zauważą ląd następnego dnia o 10: 00. Zauważyli to 3 godziny wcześniej niż oczekiwano. John Harrison osiągnął pół stopnia w kreśleniu ich długości geograficznej. Trwało to drugi proces jego syna Williama i kilka dalszych kłótni z zarządem, ale Harrison otrzymał nagrodę pieniężną.
życie Harrisona rozgrywało się na kursach podobnych do tych, które Gardner opisuje w Sternbergu (1998), ale może nie do końca dziesięcioletnich odstępach. Jak stwierdzili Policastro i Gardner w Sternberg, Harrison z pewnością wygenerował „twórczą pracę w kontekście długotrwałych, znaczących i wewnętrznie motywujących zajęć” (s. 215). Łatwo jest również zobaczyć proces opisany w Ward et al. 202) do sukcesu Harrisona z H4 (połączenie jego pomysłów zegara morskiego i zegarka kieszonkowego).
Andrewes, W. J. H. (Ed.). (1996). The quest for longitude: the proceedings of the Longitude Symposium, Harvard University, Cambridge, Massachusetts, November 4-6, 1993. Collection of Historical Scientific Instruments, Harvard University.
Historia długości geograficznej. (n. d.). W Wikipedii. retrieved February 2, 2013 from
http://en.wikipedia.org/wiki/History_of_longitude
Quill, H. (1966). John Harrison: the man who found longitude. John Baker.
Sobel, D. (2007). Prawdziwa historia samotnego geniusza, który rozwiązał największy problem naukowy swoich czasów. Walker & firma.
Sternberg, R. J. (1998). Podręcznik kreatywności. Cambridge University Press.