In der Nacht vom 22. auf den 23. September 1707 saß ein britisches Geschwader unter dem Kommando von Konteradmiral Claudsey Shovell, das vom Einsatzgebiet des Spanischen Erbfolgekrieges zurückkehrte, unter vollen Segeln auf den Riffen vor den Scilly-Inseln südwestlich der Küste von Cornwall 24 Stunden vor der Rückkehr nach Hause. Die Scilly-Inseln sind Teil des alten kornubischen Batholithen, eines Granitmassivs aus einem Verwerfungsausbruch der Karbon-Perm-Ära. Daher nimmt die Tiefe in der Nähe ihrer Ufer sehr stark ab, und außerdem sind sie das erste Land auf dem Weg dieses Zweigs des Golfstroms, der in den Ärmelkanal führt. Scilly ist ein sehr gefährliches und tückisches Gebiet, in dem Schiffe regelmäßig starben, aber das Ausmaß des Schiffswracks im Jahr 1707 war extrem groß.
Fünf Linienschiffe und ein Feuerschiff stürzten auf die Felsen von Scillys Westriff, kaum sichtbar über dem Wasser. Drei Schiffe sanken, darunter das Flaggschiff der Association Squadron, das mit einer Besatzung von 800 Mann in drei Minuten sank. Admiral Shovell selbst ertrank in der Vereinigung. Die Gesamtzahl der Opfer der Katastrophe lag zwischen 1200 und 2000 Menschen. Vielleicht hätte es weniger Opfer gegeben, wenn die Seeleute schwimmen konnten, aber diese Fähigkeit war im 18. Jahrhundert selten. Abergläubische Seeleute glaubten, schwimmen zu können, bedeutete Schiffbruch.
In der Folge machten Legenden die aristokratische Arroganz des Admirals für die Katastrophe verantwortlich, die angeblich befahl, einen aus diesen Orten stammenden Seemann an eine Yacht zu hängen, der ihn über die Gefahr informierte, so dass es entmutigend wäre, die Autorität seiner Vorgesetzten in Frage zu stellen. Die Realität war viel unangenehmer: Bis zum letzten Moment hatte niemand im Geschwader eine Ahnung, dass die Schiffe nicht dort waren, wo sie sein sollten. Admiral Shovell, der alle Etappen des Seedienstes bestanden hat, ein geehrter Seemann mit 35 Jahren Erfahrung, und seine Seefahrer haben ihre Länge aufgrund schlechten Wetters falsch berechnet und waren sich sicher, dass sie weiter östlich im Schifffahrtsgebiet des Ärmelkanals waren. Die Karten, auf denen sich die Scilly-Inseln etwa 15 Kilometer von ihrer tatsächlichen Position entfernt befanden, wurden ebenfalls zusammengefasst, was einige Jahrzehnte später, bereits Mitte des 18. Jahrhunderts, bekannt wurde.
Schiffbruch der Staffel von Claudisly Shovell im Jahr 1707. Gravur eines unbekannten Künstlers National Maritime Museum.
Zum Zeitpunkt der Scilly-Katastrophe war die Notwendigkeit genauer Methoden zur Längenbestimmung seit mehr als einem Jahrhundert bekannt. Die Ära der geografischen Entdeckungen hat deutlich gezeigt, dass kartografische Methoden nicht den Anforderungen der Praxis entsprechen. Die spanischen Habsburger haben seit 1567 Auszeichnungen für die Lösung des "Längengradproblems" vergeben, Holland seit 1600, und die französische Akademie der Wissenschaften erhielt einen solchen Auftrag, als sie gegründet wurde. Die Belohnungen waren sehr großzügig - 1598 versprach Philipp III. Von Spanien 6.000 Dukaten gleichzeitig für eine erfolgreiche Methode zur Bestimmung des Längengrads, 2.000 Dukaten für eine lebenslange jährliche Rente und 1.000 Dukaten für Ausgaben. Der Dukate ("Dogenmünze"), der 3,5 Gramm Gold entsprach, war das internationale Währungsäquivalent, ursprünglich aus Venedig; Die Habsburger prägten ihre gleichgewichtigen Dukaten. In dieser Zeit wurde das gesamte Volumen des venezianischen internationalen Handels auf etwa zwei Millionen Dukaten pro Jahr geschätzt.und 15 Tausend Dukaten kosten den Bau einer Kampfgaleere.
Was war das "Längengradproblem"? Es ist schwierig, aber nicht unmöglich, den Breitengrad eines Schiffes auf hoher See auf die nächste Winkelminute zu bestimmen. Der Breitengrad ist ein Bruchteil des Abstands vom Äquator zum Pol, und daher ist der Wert absolut. Der Winkel zwischen der Erdachse und der Position des Schiffes kann sowohl von der Sonne als auch von bekannten Sternen mit einem Astrolabium oder Sextanten bestimmt werden. Die Länge wird von einem bestimmten Meridian aus gemessen und ist daher bedingt: Alle Punkte auf dem Globus relativ zur Himmelskugel sind gleich, jeder Punkt kann als Null genommen werden. In Küstennähe kann der Standort anhand der vom Schiff aus sichtbaren Wahrzeichen bestimmt werden - Berge, Flüsse, Türme, die seit den ersten Portolanen zu diesem Zweck auf Karten markiert wurden. Vögel und Pflanzen können auch auf die Nähe zum Land hinweisen. Aber in unbekannten Gewässernim offenen Ozean oder bei schlechtem Wetter wurde die Aufgabe der Längenbestimmung berechnet. Viele Seewege wurden aus Vorsicht nicht in einer geraden Linie von Hafen zu Hafen verlegt, sondern entlang der Küste des Kontinents bis zu Breiten, die offensichtlich frei von gefährlichen Riffen und Inseln waren, und von dort entlang der geografischen Parallele zur gegenüberliegenden Küste. Freibeuter und Piraten warteten oft genau in diesen „Schifffahrtsbreiten“auf ihre Opfer (Dunn, Richard, Higgit, Rebeccah. Längengrad finden. Wie Schiffe, Uhren und Sterne zur Lösung des Längengradproblems beitrugen. Collins, 2014). Freibeuter und Piraten warteten oft in diesen „schiffbaren“Breiten auf ihre Opfer (Dunn, Richard, Higgit, Rebeccah. Längenfindung. Wie Schiffe, Uhren und Sterne zur Lösung des Längengradproblems beitrugen. Collins, 2014). Freibeuter und Piraten warteten oft in diesen „schiffbaren“Breiten auf ihre Opfer (Dunn, Richard, Higgit, Rebeccah. Längenfindung. Wie Schiffe, Uhren und Sterne zur Lösung des Längengradproblems beitrugen. Collins, 2014).
Die Berechnungsmethode, die von allen Seeleuten dieser Zeit angewendet wurde, basierte auf der Messung der Geschwindigkeit des Schiffes und der Zeit seiner Bewegung entlang einer bestimmten Kompass-Rumba. Die Geschwindigkeit wurde durch eine Verzögerung bestimmt - ein Seil mit Knoten, das über Bord geworfen wurde; Die Beobachter zählten die Anzahl der Knoten, die vorbeifuhren, und bestimmten die Zeit, indem sie das Standardgebet "Vater unser" oder "Theotokos" zählten oder rezitierten. Daher wurde die Geschwindigkeit "Seemeile pro Stunde" als "Knoten" bezeichnet. Die Seemeile selbst ist ein Maß für den Breitengrad - sie ist eine Bogenminute vom Meridian entfernt. Der resultierende Vektor wurde ab dem Punkt, an dem die Bewegung begann, unter Berücksichtigung der seitlichen Drift durch Winde und Strömungen aufgezeichnet - auf diese Weise wurde die aktuelle Koordinate erhalten. Diese Methode hatte einen großen Fehler, der sich umso mehr ansammelte, je länger sich das Schiff auf offener See befand. Die Genauigkeit von 50 Kilometern auf einer transozeanischen Reise für diese Methode ist bereits ein großer Erfolg. Fehler von 100 bis 150 Kilometern waren selbst für erfahrene Navigatoren keine Seltenheit.
Die aktuelle Länge kann genau berechnet werden, wenn Sie die Ortszeit und die aktuelle astronomische Zeit am Nullmeridian kennen (seit 1960 wird das Konzept der "Weltzeit" - UTC verwendet). Die aktuelle Zeit wird von der Sonne am astronomischen oder wahren Mittag (dem Moment, in dem die Sonne am höchsten ist) aufgezeichnet. Der astronomische Mittag ist schwer genau zu bestimmen, wann er auftritt, und in der Praxis wird er häufiger als Mittelpunkt der Zeit zwischen den Sonnenpositionen auf derselben Höhe am Morgen und am Nachmittag definiert. Da ein Tag 1440 Minuten und ein Vollkreis 21.600 Bogenminuten umfasst, entspricht 1 Bogenminute 4 Sekunden Zeit. Durch Neuberechnung der Differenz zwischen Ortszeit und Zeit am Nullmeridian in Grad können Sie eine Längenverschiebung erzielen. Aber wie bestimmt man die Zeit am Nullmeridian?
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Es gibt keine in der Länge festgelegten Orientierungspunkte auf der Himmelskugel, aber es gibt periodische. Sonnen- und Mondfinsternisse sind die bequemsten Orientierungspunkte, aber ihre Seltenheit macht sie für die periodische Navigation nicht anwendbar. Sie wurden hauptsächlich zur Messung der Länge von Punkten an Land verwendet. Zum Beispiel fand die Kartierung der spanischen Neuen Welt statt: Alle lokalen Kolonialverwalter erhielten im Voraus dieselbe Sonnenuhr aus Madrid und wurden angewiesen, die genaue Position des Gnomonschattens am Tag der Sonnenfinsternis zu messen. Die gesammelten Koordinaten wurden nach Madrid übertragen, wo sie verarbeitet wurden. Die Genauigkeit solcher kollektiver Messungen war nicht hoch, einige Beobachter machten Fehler von 2–5 Längengraden.
Finsternisse von Jupiters Monden sind viel häufiger. Galileo, der sie öffnete und sehr schnell bemerkte, dass sich vor ihm eine natürliche Himmelsuhr befand, entwickelte zu diesem Zweck sogar ein Celaton - eine Halterung zum Befestigen des Teleskops am Kopf des Beobachters. Aber alle Versuche, sie auch bei klarem Wetter vom Schiff aus zu sehen, waren erfolglos. Diese Methode wurde jedoch erfolgreich an Land eingesetzt. Es wurde von Giovanni Cassini und Jean Picard verwendet, um Frankreich in den 1670er Jahren zu kartieren. Infolge der verfeinerten Vermessung ist das Territorium Frankreichs auf neuen Karten so stark geschrumpft, dass dem Sonnenkönig die Aussage zugeschrieben wird: "Astronomen haben mir mehr Land weggenommen als alle Feinde zusammen."
Ab dem 16. Jahrhundert wurde versucht, die relativen Positionen von Mond, Sonne und wichtigen Navigationssternen zu berechnen oder sorgfältig zu beschreiben. Diese Methode der "Mondentfernungen" setzte die Bestimmung des Winkels zwischen dem Mond und anderen Himmelskörpern in der sogenannten "Seedämmerung" voraus (vor Sonnenaufgang und unmittelbar nach Sonnenuntergang, wenn sowohl die Sterne als auch der Horizont gleichzeitig sichtbar sind). Zu Beginn des 18. Jahrhunderts war die Genauigkeit dieser Methode mit einem Fehler von 2-3 Längengraden noch zu gering. Mit dem Versuch, die Berechnung der Mondumlaufbahn zu verbessern, um die Tabellen für Navigatoren zu korrigieren, ist die Formulierung des "Problems der drei Körper" (Sonne, Erde und Mond) verbunden, die, wie G. Bruns und A. Poincaré Ende des 19. Jahrhunderts zeigten, keine analytische Lösung hat Gesamtansicht.
Kreuzstabbeobachtungen zur Bestimmung der Mondentfernung und zur Höhenmessung.
Schließlich können Sie einfach die Weltzeit auf der Uhr betrachten, die mit ihr synchronisiert ist. Dafür darf die Uhr jedoch unter Rollbedingungen, Änderungen der Gravitations- und Magnetfelder der Erde, hoher Luftfeuchtigkeit und Temperatursprüngen nicht an Genauigkeit verlieren. Selbst auf einem stationären Land war die Aufgabe schwierig, und die besten Köpfe des 17. Jahrhunderts unternahmen erhebliche Anstrengungen, um Qualitätsuhren herzustellen.
Zu Beginn des 18. Jahrhunderts erschienen stationäre Turmuhren mit Pendeln, die um etwa 15 Sekunden pro Tag falsch waren. Ihre Entwicklung wurde dank der Forschung von Galileo Galilei möglich, der entdeckte, dass die Schwingungen eines Pendels zeitlich konstant sind (1601). 1637 entwickelte der fast blinde Galileo die erste Hemmung (ein Gerät zum Schwingen eines Pendels), und in den 1640er Jahren versuchte sein Sohn, aus den Skizzen seines Vaters eine Uhr mit einem Pendel herzustellen, aber ohne Erfolg.
Die erste funktionsfähige und für ihre Zeit sehr genaue Pendeluhr wurde 1656 von Christian Huygens geschaffen, der möglicherweise von seinem Vater, einem niederländischen Politiker, der an Verhandlungen mit Galileo Jr. (Gindikin S. G. Mathematical and mechanische Probleme in Huygens 'Arbeiten über Pendeluhren (Priroda, Nr. 12, 1979). Huygens hingegen war der erste, der eine isochrone Kurve beschrieb und begründete, entlang der sich das Pendel mit konstanter Geschwindigkeit bewegt, und fügte der darauf basierenden Uhr einen Pendelregler hinzu. Huygens gab in seiner Abhandlung von 1673 "Horologium Oscillatorium: sive de motu pendulorum ad horologia aptato demostrationes geometricae" ein schematisches Diagramm und eine mathematische Begründung für eine Uhr mit einem Pendel. Nach einiger Zeit erscheint eine Ankergabel im Uhrendesign, deren Zweck darin besteht, die Schwingungen des Pendels auf einen kleinen Winkel zu begrenzen, da bei großen Winkeln die isochrone Eigenschaft des geraden Pendels verschwindet. Die Schaffung der Fachwerkgabel wurde früher oft Robert Hooke oder dem Uhrmacher George Graham zugeschrieben, jetzt wird dem Astronomen und Uhrmacher Richard Townley Vorrang eingeräumt, der 1676 die erste Fachwerkuhr schuf.
Christian Huygens.
Gleichzeitig gelang ein Durchbruch bei der Schaffung von Federuhren. Hookes berühmte Studien über Federn zielten genau darauf ab, die Uhrwerke zu verbessern. Die Feder wird in Auswuchtmaschinen verwendet, die die Genauigkeit von Uhren ohne Pendel steuern. und es wird angenommen, dass der erste Balancer um 1657 von Hooke hergestellt wurde. In den 1670er Jahren produzierte Huygens einen modernen Schraubenfederausgleicher, der die Herstellung von Taschenuhren ermöglichte (Headrick, Michael. Ursprung und Entwicklung der Ankeruhrhemmung. Zeitschrift Control Systems, Inst. Of Electrical and Electronic Engineers. 22 (2)). 2002).
Ende des 18. Jahrhunderts wurden zuvor hergestellte mechanische Uhren massiv mit Pendeln versorgt. Das Pendel lieferte eine Genauigkeit, die viel höher war als die einer Federuhr, konnte jedoch nur auf einer ebenen Fläche und in Innenräumen arbeiten. Das Pendel war nicht für lange Fahrten geeignet, da Feuchtigkeit und Temperatur seine Länge beeinflussen und die Rolle die Frequenz ihrer Schwingungen verringert. Dies wurde bereits in den ersten Seeversuchen der 1660er Jahre deutlich. Und selbst unter idealen Bedingungen sollte die Bewegung der Uhr berücksichtigen, dass die Frequenz der Schwingungen eines Pendels konstanter Länge abnimmt, wenn es sich dem Äquator nähert - dieses Phänomen wurde 1673 vom französischen Astronomen Jean Richet, Cassinis Assistent, in Guyana entdeckt.
Es war dieser Komplex von Problemen, der dazu führte, dass das britische Parlament 1714 ein Gesetz über eigene Auszeichnungen für die Entdeckung von Methoden zur Längenbestimmung verabschiedete. Auf Empfehlung von Isaac Newton und Edmund Halley vergab das Parlament eine Belohnung von £ 10.000 für 1-Grad-Genauigkeit, £ 15.000 für 40 Bogenminuten und 20.000 Pfund für 30 Bogenminuten. Um die Gewinner zu ermitteln, setzte das Parlament die Kommission zur Bestimmung des Längengrads auf See oder, wie es oft abgekürzt wird, die Längengradkommission ein.
Die ersten Jahre des britischen Programms waren nicht besonders erfolgreich. Die Größe des ersten Preises sorgte in der Gesellschaft für Aufsehen, und zu den Hauptbewerbern für den Preis gehörten Betrüger und Projektoren, von denen sich einige während des Booms der Südsee im Jahr 1720 auszeichneten. Nur wenige Projekte kamen von erfahrenen Wissenschaftlern, Mechanikern und Ingenieuren und förderten das Problemverständnis und die Problemlösung. Das Gesetz hat das Verfahren für die Arbeit der Kommission und das Verfahren für die Vergabe des Preises nicht formalisiert, und die Antragsteller belagerten die Mitglieder der Kommission nacheinander gemäß ihren Verbindungen - einige der Lords der Admiralität, einige des Astronomer Royal und der erste Leiter des Greenwich Observatory, John Flamsteed oder Newton. Die Mitglieder der Kommission verjagten entweder die Bewerber oder überprüften ihre Arbeit ausführlich mit Empfehlungen zur Überarbeitung und Änderung der Suchrichtung. In den ersten Jahrzehnten boten sie jedoch niemandem Auszeichnungen an undanscheinend nicht einmal bei dem Treffen getroffen.
Die Aufgabe schien so schwer zu fassen, dass Längensuchende zum Gegenstand von Spott wurden. Jonathan Swift erwähnte "Länge" zusammen mit "Perpetual Motion" und "Allheilmittel" in Gullivers Reisen (1730), und William Hogarth porträtierte in dem Graphic Novel "The Rake's Way" (1732) einen Verrückten, der in Bedlam, dem berühmten Londoner Haus, an einer Wand zeichnete verrückte Längenerkundungsprojekte. Einige Forscher glauben, dass der Politiker und Satiriker John Arbuthnot ein ganzes Buch "The Longitude Examin'd" (Ende 1714) geschrieben hat, in dem er angeblich das Projekt "Vakuum-Chronometer" im Auftrag eines bestimmten "Jeremy Tucker" (Rogers, Pat Längengrad gefälscht. Wie ein Scherz aus dem 18. Jahrhundert Dava Sobel und andere Historiker aufgenommen hat. The Times Literary Supplement. 12. November 2008). Interessanterweise, auch wenn dieses Buch eine Satire ist,Sie zeigt nicht nur ein tiefes Wissen über Mechanik und Uhrmacherkunst, sondern prägte auch zum ersten Mal in der Geschichte den Begriff "Chronometer".
Der berühmteste "Längengradsucher" der frühen Zeit war jedoch ein ziemlich ernsthafter Wissenschaftler - William Whiston (1667–1752), ein jüngerer Zeitgenosse, Kollege und Popularisierer von Newton. Er ersetzte Newton als Leiter des Lucas-Lehrstuhls in Cambridge, verlor ihn aufgrund der Tatsache, dass er begann, religiöse Ansichten, die dem Arianismus nahe standen (was Newton, der ihm in seinen Ansichten vernünftigerweise nahe stand, vernünftigerweise nicht tat), offen zu verteidigen, und aus demselben Grund Häresien “wurde er nicht in die Royal Society aufgenommen. Nach seiner Vertreibung aus Cambridge wechselte Whiston zur Popularisierung der Wissenschaft und hielt in London öffentliche Vorträge über die neuesten wissenschaftlichen Fortschritte. Es war sein Bericht Anfang 1714 (gemeinsam mit Humphrey Ditton verfasst), der den Anstoß für die Verabschiedung des Längengradgesetzes gab.
Langhaariger Verrückter. Detail eines Gemäldes von Hogarth aus der Mota Career Serie.
Als die Auszeichnung bekannt gegeben wurde, begann Whiston aktiv Methoden zur Bestimmung des Längengrads zu entwickeln. Bei seinen Aktivitäten nutzte er die neuen Kanäle der Massenkommunikation, die ihm zur Verfügung standen, um öffentliche Massenunterstützung zu bilden. Er bewarb in Zeitungen, postete Plakate und sprach in Kaffeehäusern, die zu dieser Zeit Diskussionsclubs und öffentliche Besprechungsräume waren. Soziale Netzwerke und Online-Medien können als grobe Analogie für den Beginn des 21. Jahrhunderts dienen. Whistons sozialer Einfluss war so groß, dass er mit einer persönlichen Satire von Martinus Scriblerus geehrt wurde (ein kollektives satirisches Projekt von A. Pope, J. Swift und J. Arbuthnot; in der russischen Literatur ist sein enges Analogon Kozma Prutkov). In einem von Whistons Projekten wurden Schiffe beschriebenim offenen Meer an Punkten mit bekannten Koordinaten verankert und regelmäßig Signalfackeln in die Luft schießen - das ist das Projekt, das der Verrückte auf dem Bild von Hogarth an die Wand gemalt hat.
Whiston betrachtete die vielversprechendste Bestimmung der Länge durch magnetische Deklination (diese Methode wurde anscheinend zuerst von Edmund Halley vorgeschlagen). Auf dieser Grundlage stieß Whiston mit Newton zusammen, über den er seine Projekte einreichte und der regelmäßig verlangte, dass er astronomische Forschung statt magnetischer Forschung betreibt (Für diese und andere Newtonsche Überprüfungen von Projekten in Längsrichtung siehe: Cambridge University Library, Abteilung für Manuskripte und Universitätsarchive. MS Add.3972 Aufsätze zur Ermittlung des Längengrads auf See). Infolgedessen erstellte Whiston eine der ersten Karten zur magnetischen Deklination (es war eine Karte von Südengland). Letztendlich verlieh die Kommission Whiston eine lobende Erwähnung von 500 GBP für die Herstellung von Instrumenten zur Messung der magnetischen Deklination (1741). Dies war eine Sackgasse der Forschung: Wie wir jetzt wissen, nach Jahrhunderten der Beobachtung,Das Erdmagnetfeld ändert sich sehr dynamisch und die magnetische Deklination kann die Koordinaten eines Ortes nicht anzeigen.
Seit 1732 tauchte nach und nach ein absoluter Führer bei der Suche nach Methoden zur Längenbestimmung auf - John Garrison (1693–1776), ein Londoner Uhrmacher. Harrison, ein autodidaktischer Mechaniker, entwickelte in seiner Jugend mehrere bahnbrechende Innovationen. Er wählte Bakout-Holz (Guajak-Holz) für die Uhrenlager. Das Backout hat eine hohe Härte und Verschleißfestigkeit, reagiert nicht auf Feuchtigkeit und emittiert gleichzeitig natürliches Schmiermittel, das im Gegensatz zum Uhrenschmiermittel des 18. Jahrhunderts seine Eigenschaften in der Seeluft nicht verändert (im 19.-20. Jahrhundert erwies sich das Backout als hervorragend in Lagern für Propeller). … Dank der Lager von hinten läuft Harrisons Uhr immer noch. Garrison schuf auch das erste Bimetallpendel in Form von Barren aus Stahl und Messing. Der Wärmeausdehnungskoeffizient dieser Materialien unterscheidet sich,so dass sich die Gesamtlänge nicht ändert, wenn die Temperatur steigt oder fällt. Das Bimetallpendel könnte sich von gemäßigten Breiten in die Tropen bewegen, ohne die Schwingungsfrequenz zu ändern, außer infolge einer Änderung des Gravitationsfeldes. Garrison entwickelte auch einen originalen Auslöser "Grashüpfer" -Mechanismus (Michal, Stanislav. Uhr. Vom Gnomon zur Atomuhr. Übersetzt aus dem tschechischen RE Melzer. M. 1983). Diese Erfolge im Jahr 1726 brachten dem jungen Uhrmacher die Schirmherrschaft von J. Graham, der seine Erfahrungen an ihn weitergab, ihm Geld für die Arbeit gab und seine Arbeit der Longitude-Kommission vorstellte. Garrison entwickelte auch einen originalen Auslöser "Grashüpfer" -Mechanismus (Michal, Stanislav. Uhr. Vom Gnomon zur Atomuhr. Übersetzt aus dem tschechischen RE Meltzer. M. 1983). Diese Erfolge im Jahr 1726 brachten dem jungen Uhrmacher die Schirmherrschaft von J. Graham, der seine Erfahrungen an ihn weitergab, ihm Geld für die Arbeit gab und seine Arbeit der Commission of Longitude vorstellte. Garrison entwickelte auch einen originalen Auslöser "Grashüpfer" -Mechanismus (Michal, Stanislav. Uhr. Vom Gnomon zur Atomuhr. Übersetzt aus dem tschechischen RE Melzer. M. 1983). Diese Erfolge im Jahr 1726 brachten dem jungen Uhrmacher die Schirmherrschaft von J. Graham, der seine Erfahrungen an ihn weitergab, ihm Geld für die Arbeit gab und seine Arbeit der Longitude-Kommission vorstellte.
Bis 1735 hatte Garrison seinen ersten Marine-Chronometer zusammengebaut, den er H1 nannte (eine moderne Nomenklatur, die der Restaurator Rupert Gould in den 1920er Jahren vorschlug). Der H1 war in Grahams Werkstatt ausgestellt, wo er von Mitgliedern der Kommission, der Royal Society und allen anderen untersucht wurde. Die Qualität der Verarbeitung, Montage und Bewegung war so offensichtlich und hoch, dass Harrison und H1 1736 auf dem Schiff "Centurion" eine Testreise nach Lissabon unternahmen. Obwohl der H1 anfangs schlecht lief, brachte Garrison ihn schnell wieder auf Kurs und auf der Rückreise von Lissabon verhinderten Garrisons Messungen, dass der Centurion auf den Klippen von Cape Lizard (Cornwell, nahe den Scilly-Inseln) landete. Nach positiven Berichten des Kapitäns und der Seefahrer des Centurion forderte die Admiralität die Einberufung der Longitude Commission und die Verleihung des Preises an Harrison. Die Kommission trat zum ersten Mal seit vielen Jahren zusammen und gab ihren ersten Preis in Höhe von 250 GBP mit der Aufschrift „für weitere Arbeiten“heraus (Howse, Derek. Britischer Längengradausschuss: Die Finanzen, 1714-1828. The Mariner's Mirror, Vol. 84, Nr. 4, November 1998).
Von diesem Moment an bis 1760 war Harrison tatsächlich der einzige Stipendiat der Kommission, der sich regelmäßig traf, um seine neuen Modelle zu inspizieren, und ihm Geld für weitere Arbeiten gab, beginnend mit dem zweiten Stipendium im Jahr 1741 - jeweils 500 Pfund (auf demselben) Bei dem Treffen erhielt auch William Whiston den Preis. Seitdem hat Garrison ausschließlich an Chronometern gearbeitet und gegenüber der Kommission Ansprüche geltend gemacht, dass er mit der Arbeit an Stipendien so beschäftigt war, dass ihm die Möglichkeit genommen wurde, seinen Lebensunterhalt zu verdienen und seine Familie zu ernähren (Bestätigtes Protokoll des Board of Longitude, 4. Juni 1746. Cambridge University Library. RGO 14 /fünf). Vielleicht war dies eine Übertreibung, die für seine Ära charakteristisch war, da Garrison infolge dieser "Träne" einen weiteren Zuschuss von 500 Pfund erhielt. Garrison füllte wahrscheinlich sein Budget auf,Erhebung einer Gebühr für die Demonstration seiner Erfindungen - es ist bekannt, dass Benjamin Franklin, der oft London besuchte, 10 Schilling und 6 Pence (1 Pfund = 20 Schilling = 240 Pence) für das Recht bezahlte, die Chronometer in Harrisons Werkstatt anzusehen, und mit dem ausgegebenen Betrag zufrieden war. Harrisons öffentlicher Ruhm war groß genug. In der Zeit nach Newton genossen die Wissenschaftler die Aufmerksamkeit und den Respekt der Gesellschaft, und die Verbreitung von Wissen wurde durch Zeitschriften, ergänzt durch Coffeeshops, in denen Informationen wie in modernen sozialen Netzwerken mündlich weitergegeben wurden, erheblich erleichtert. 1749 erhielt Harrison die Copley-Medaille, die 1731 von der Royal Society gegründet wurde.zahlte 10 Schilling und 6 Pence (1 Pfund = 20 Schilling = 240 Pence) für das Recht, die Chronometer in Harrisons Werkstatt zu sehen, und war mit dem ausgegebenen Betrag zufrieden. Harrisons öffentlicher Ruhm war groß genug. In der Zeit nach Newton genossen die Wissenschaftler die Aufmerksamkeit und den Respekt der Gesellschaft, und die Verbreitung von Wissen wurde durch Zeitschriften, ergänzt durch Coffeeshops, in denen Informationen wie in modernen sozialen Netzwerken mündlich weitergegeben wurden, erheblich erleichtert. 1749 erhielt Harrison die Copley-Medaille, die 1731 von der Royal Society gegründet wurde.zahlte 10 Schilling und 6 Pence (1 Pfund = 20 Schilling = 240 Pence) für das Recht, die Chronometer in Harrisons Werkstatt zu sehen, und war mit dem ausgegebenen Betrag zufrieden. Harrisons öffentlicher Ruhm war groß genug. In der Zeit nach Newton genossen die Wissenschaftler die Aufmerksamkeit und den Respekt der Gesellschaft, und die Verbreitung von Wissen wurde durch Zeitschriften, ergänzt durch Coffeeshops, in denen Informationen wie in modernen sozialen Netzwerken mündlich weitergegeben wurden, erheblich erleichtert. 1749 erhielt Harrison die Copley-Medaille, die 1731 von der Royal Society gegründet wurde.1749 erhielt Harrison die Copley-Medaille, die 1731 von der Royal Society gegründet wurde.1749 erhielt Harrison die Copley-Medaille, die 1731 von der Royal Society gegründet wurde.
John Garrison.
Für die von der Kommission erhaltenen Zuschüsse sammelte Garrison drei weitere Modelle von Chronometern. H2 und H3 enthielten neue innovative Lösungen. Die wichtigsten davon sind die ersten Verbundlager mit Käfig und Bimetallfederausgleicher, die Temperaturstöße ausgleichen. Leonardo da Vinci hat noch eine schematische Darstellung des Lagers, aber bis H3 ist ihre praktische Anwendung unbekannt. Der Durchbruch gelang jedoch beim vierten Modell, H4. Die H4 wurde nicht in Form einer Tischuhr, sondern einer Taschenzwiebel hergestellt. Aufgrund ihrer geringen Größe verwendete sie Diamant- und Rubinlager anstelle von Bacout, erhielt jedoch einen Remontuar (Aufzugsmechanismus) und eine Bimetall-Ausgleichsstange vom Typ H3. Die H4 lief mit fünf Vibrationen pro Sekunde - viel schneller als jede Uhr aus dem 18. Jahrhundert. Langsame Vibrationen zu kontrollieren war viel einfacher als schnelle. Aber Garrison stellte die Uhr absichtlich so ein, dass sie mit einer Frequenz schwingt, die viel höher als die Schwingungsfrequenz des Schiffes ist, um die Schwingung des Rumpfes und die Neigung zu neutralisieren, und er täuschte sich nicht.
Unmittelbar nach dem Ende der Seebedrohung Frankreichs während des Siebenjährigen Krieges unternahm H4 1761 mit Harrisons Sohn William, ebenfalls Mechanikermeister, auf dem Deptford-Schiff eine Testreise nach Port Royal in Jamaika. H3 blieb in Harrisons Werkstatt. Der über 81 Tage akkumulierte Fehler betrug ungefähr fünf Sekunden, was eine Genauigkeit von 1,25 Minuten bedeutete - ungefähr 1 Seemeile für diese Breiten. Auf dem Rückweg sagte William das Erscheinen Madeiras genau voraus. Der begeisterte Kapitän der "Deptford" wünschte sich einen solchen Chronometer, und Garrison, der zu diesem Zeitpunkt bereits 67 Jahre alt war, erschien bei der Kommission mit der Bitte, ihm den ersten Preis für die Erfüllung der Anforderungen des Gesetzes von 1714 zu geben.
Die Kommission lehnte es ab, einen Preis zu vergeben, da die Länge von Port Royal möglicherweise nicht genau genug bekannt ist, das Glück möglicherweise zufällig ist und der Chronometer zu teuer ist, um praktisch zu sein, dh in die Massenproduktion zu gehen. Garrison erhielt eine Auszeichnung von 1.500 Pfund und das Versprechen, weitere 1.000 Pfund zu erhalten, wenn ein zweiter Test seinen Fall bestätigt. Garrison geriet in Wut und startete eine öffentliche Kampagne, um die Kommission unter Druck zu setzen. Die Zurückhaltung bei der Zahlung der Provision war nicht nur auf Gier und Vorsicht zurückzuführen, sondern auch auf die Hoffnung, dass eine alternative astronomische Methode eine kostengünstigere Lösung des Problems bieten würde.
Während Garrison an der Uhr arbeitete, verbesserten sich die Instrumente zur Beobachtung von Himmelsobjekten. 1731 präsentierte der Oxford-Astronomieprofessor John Hadley (1682-1744), Vizepräsident der Royal Society, auf einem Treffen der Gesellschaft den Hadley-Quadranten (später als "Oktant" bezeichnet) - ein Instrument, das auf der Kombination eines Objekts in einem Visier und eines anderen in einem Spiegel reflektierten Objekts basiert … Ein Bogen von 45 Grad (ein Achtel eines Kreises, daher der Name "Oktant") unter Verwendung von Spiegeln ermöglichte das Messen von doppelt so großen Winkeln von bis zu 90 Grad. Octant legt den Winkel unabhängig von der Bewegung des Beobachters fest und speichert das Ergebnis der Beobachtung auch nach dessen Beendigung.
E. Halley nahm an den Seeversuchen des Hadley-Oktanten teil, der nach Flamsteed die Leitung des Greenwich Observatory übernahm. Halley erinnerte sich aus irgendeinem Grund nicht daran, dass Isaac Newton um 1698 in einem Brief an ihn ein ähnliches reflektierendes Instrument beschrieben hatte - diese Dokumente wurden viele Jahre später in Halleys Archiven gefunden, zusammen mit einer anschaulichen Beschreibung, wie eine hohe wissenschaftliche Kommission an Bord des Schiffes gegen Seekrankheit kämpfte, anstatt Beobachtungen.
John Hadley mit Oktant in der Hand.
Unabhängig von Hadley wurde ein ähnliches Instrument vom Amerikaner Thomas Godfrey (1704-1749) geschaffen. Hadleys Instrument verwandelte sich anschließend mit geringfügigen Modifikationen in einen "Oktanten", aus dem sich die Sextanten entwickelten (mit einer Skala von 60 ° und einem Messwinkel von 120 °). Trotz aller praktischen Bedeutung des Werkzeugs erhielten Hadley und Godfrey keine Auszeichnungen, aber verbesserte Werkzeuge ermöglichten es, eine Alternative zu Uhren zu finden.
In den 1750er Jahren erstellte der deutsche Astronom Tobias Mayer (1723-1762), Professor an der Universität Göttingen, mit Hilfe von Leonard Euler (1707-1783), damals Professor an der Universität Berlin, besonders genaue Tabellen der Position des Mondes. Euler schlug eine Theorie der Bewegung des Mondes vor, Mayer erstellte Mondtabellen basierend auf dieser Theorie und Beobachtungen unter Verwendung eines speziellen Instruments mit einer 360 ° -Ansicht. Als Mayer von dem Preis erfuhr, wagte er es zunächst nicht, seine Tische bei der Kommission einzureichen, da er glaubte, der Ausländer würde sofort abgelehnt, doch am Ende griff er auf die Schirmherrschaft des Königs von England und des Kurfürsten von Hannover, George II, zurück, und infolgedessen landeten seine Tische in London. 1761 reiste der zukünftige Leiter des Greenwich Observatory, Neville Maskelyne (1732-1811), nach Saint Helena, um den Durchgang der Venus vor der Sonnenscheibe zu beobachten.führte Tests der Methode der "Mondentfernungen" gemäß Mayer-Tabellen mit dem Hadley-Oktanten durch und erhielt ein stabiles Ergebnis mit einer Genauigkeit von eineinhalb Grad.
Eine Kontrollreise über den Atlantik von London nach Bridgetown in Barbados war für 1763 geplant. In Barbados musste Maskeline die Referenzlänge von Jupiters Monden aus fester Erde berechnen. H4, Mayer-Tische und Christopher Irwins "Seesessel" auf einer stabilisierenden dreiachsigen Aufhängung zur Beobachtung von Jupiters Satelliten wurden gleichzeitig überprüft. Der Stuhl, für den sein Entwickler in der Londoner Presse aktiv geworben hatte, erwies sich als nutzlos, und Harrisons Chronometer und "Mondtabellen" sorgten für eine Genauigkeit von einem halben Grad. Im Abschlussbericht betrug die Genauigkeit des H4-Chronometers 15 km (9,8 Seemeilen) oder 40 Längengrade, die von Maskelyne und seinem Assistenten Charles Green durchgeführte Methode der "Mondentfernungen" - etwa ein halbes Grad.
1765 trat die Kommission zu einem Treffen zusammen, bei dem sie beschloss, Mayers Witwe eine Belohnung von 5.000 Pfund für die Tische ihres verstorbenen Mannes Euler - 300 Pfund und Harrison - 10.000 Pfund für den Erfolg und weitere 10.000 Pfund zu geben, wenn die Bedingung der "Praktikabilität" erfüllt ist Die Kosten des Chronometers werden reduziert und seine Herstellungstechnologie wird beschrieben, damit andere Uhrmacher ihn reproduzieren können. Das Parlament, das die Entscheidungen der Kommission billigte, senkte die Vergütung für die "Mondtische" auf 3.000 Pfund Sterling und zog 2.500 Pfund Sterling der bereits erhaltenen Zuschüsse von Harrisons Auszeichnung ab.
Garrison glaubte, dass ihm der Preis für die Intrigen von Maskelyne entzogen wurde, der fast gleichzeitig mit dem Treffen der Kommission der neue Astronomer Royal und der Leiter des Greenwich Observatory wurde (dies war ein Zufall, da der vorherige Astronomer Royal plötzlich starb). In dieser Position wurde Maskelein Mitglied der Kommission und Leiter des Unterausschusses für die staatliche Akzeptanz der Chronometertechnologie. Modelle von Uhren mit Zeichnungen und Erklärungen von Harrison wurden nach Greenwich gebracht, wo sie von Maskelein und Vertretern der Admiralität für weitere 10 Monate getestet wurden. Als Ergebnis der Tests äußerte Maskelein Zweifel daran, dass der Chronometer stabile Ergebnisse liefert und in der Serienversion ohne die parallele Verwendung von "Mondtabellen" verwendet werden kann.
Maskelyne selbst bereitete zu dieser Zeit mit einem Team von Greenwich-Astronomen die Veröffentlichung des ersten "Nautischen Almanachs" vor, der zusammenfassende Tabellen der Positionen von Sonne, Mond, Planeten und "Navigationssternen" für einen bestimmten Längen- und Breitengrad sowie die entsprechenden Zeitwerte bei Null enthielt Meridian für jeden Tag des Jahres. Die erste Ausgabe des Almanachs wurde 1767 veröffentlicht.
Der erste Chronometer aus dem Jahr 1735.
Garrison, der überzeugt war, dass Maskelein seine Erfindung absichtlich ertränkte, um astronomischen Methoden einen Vorteil zu verschaffen, suchte Gerechtigkeit bei dem jungen König George III. Der Monarch, der eine gute wissenschaftliche Ausbildung erhalten hatte, nahm den H5-Chronometer zum Testen für sich und wickelte ihn sechs Monate lang täglich persönlich auf. Als Ergebnis dieser Tests schlug George III vor, dass Garrison mit einer Petition direkt unter Umgehung der Longitude-Kommission ins Parlament eintreten und seinen ersten Preis fordern sollte. Wenn das Parlament dies ablehnt, wird er, der König, persönlich feierlich im Parlament erscheinen und dasselbe vom Thron fordern. Das Parlament widersetzte sich noch einige Jahre und infolgedessen gab Harrison 1773 die letzte Auszeichnung in Höhe von 8.750 Pfund (ohne Kosten und Materialkosten) heraus.
Die Aktivitäten der Longitude Commission führten zu:
Die Longitude Commission arbeitete bis 1828 und kombinierte die Funktionen einer Stipendienorganisation und eines Forschungszentrums. Sie vergab eine Reihe weiterer Preise und Stipendien, darunter eine Auszeichnung in Höhe von 5.000 Pfund an den Polarforscher W. Parry, der zu Beginn des 19. Jahrhunderts im polaren Kanada 82,45 ° nördlicher Breite erreichte.
Zusammenfassend sollte man noch einmal darauf hinweisen, dass die Lösung des Längenproblems nicht durch einen oder mehrere Durchbrüche erreicht wurde, sondern aus einer Vielzahl von Schritten, von denen jeder eine bedeutende Errungenschaft auf seinem Gebiet war, lange und hart geschaffen wurde. Selbst nachdem der Harrison-Chronometer und die Mayer-Euler-Methode von Experimenten zur Navigationspraxis übergegangen waren, verbesserten sich die Navigations- und Kartografiemethoden weiter.
Die führende Rolle der britischen Wissenschaft bei der Lösung von Navigationsproblemen half ihr nicht nur, den Status eines "Herrschers der Meere" zu gewinnen und aufrechtzuerhalten (der frühe nationalistische Marsch "Rule Britain, by the Seas" war 1740-1745 kompliziert), sondern auch Greenwich als ersten Meridian zu etablieren eine Wendung hochwertiger nautischer Almanache von Maskelein und seinen Anhängern. Die Internationale Meridian-Konferenz von 1884 in Washington nahm den Greenwich-Meridian als Null an, was den Beginn der Schaffung des universellen Standardzeitsystems markierte. Vor diesem Datum war die Diskrepanz in der Ortszeit verschiedener Länder und sogar Städte so groß, dass ernsthafte Probleme auftraten, beispielsweise bei den Fahrplänen der Eisenbahnen. Das letzte Land, das nach Greenwich zu Koordinaten wechselte, war Frankreich (1911), und die Vereinheitlichung der Zeitzählung ist bis heute nicht abgeschlossen. Das ist dem russischen Volk aus der sich ändernden Politik der Sommerzeit bekannt.
Britische Chronometer galten zumindest bis Mitte des 19. Jahrhunderts auch unter Seglern aller Länder als Qualitätsstandard. Obwohl das Zählen der Längen mit dem Chronometer schneller und genauer war als das Zählen mit den "Mondentfernungen", hielten die nautischen Almanache ihre Positionen während des gesamten 19. Jahrhunderts. Chronometer waren Mitte des 19. Jahrhunderts wegen ihrer hohen Kosten weit davon entfernt, auf allen Schiffen zu sein. Außerdem stellten die Seeleute sehr schnell fest, dass mindestens drei Chronometer auf dem Schiff sein sollten, damit Fehler in ihren Messwerten erkannt und beseitigt werden konnten. Wenn zwei der drei Chronometer dieselbe Zeit anzeigen, ist klar, dass der dritte falsch ist und wie sehr er falsch liegt (dies ist das erste bekannte Beispiel für dreifache modulare Redundanz). Aber auch in diesem Fall wurden die Chronometerwerte mit astronomischen Daten verglichen. „… Der ehrwürdige Stepan Iljitsch trinkt hastig sein drittes Glas,beendet die zweite dicke Zigarette und geht mit einem Sextanten nach oben, um die Höhe der Sonne zu bestimmen, um die Länge des Ortes zu bestimmen "- so beschrieb K. Stanyukovich die Arbeit eines Marine-Navigators in den frühen 1860er Jahren, obwohl das Schiff mit mehreren Chronometern ausgestattet war.
Zu Beginn des 20. Jahrhunderts erreichten Chronometer dank Entdeckungen in der Metallurgie und in den Materialwissenschaften eine Genauigkeit von 0,1 Sekunden pro Tag. 1896 schuf Charles Guillaume Eisen-Nickel-Legierungen mit minimalen Wärmeausdehnungskoeffizienten (Invar) und Thermoelastizität (Elinvar), die paarweise aufeinander abgestimmt wurden, um sich gegenseitig zu kompensieren. So entstand ein hochwertiges Material für die Feder und das Unruhrad (1920 erhielt Guillaume für diese Arbeiten den Nobelpreis für Physik). Zu den modernen Analoga von Invar und Elinvar gehört auch Beryllium.
Mit der Erfindung des Radios begannen terrestrische Radiosender, ihre Koordinaten zu übertragen. Zu Beginn des Ersten Weltkriegs verschwand die Notwendigkeit einer Mondentfernungsmethode, und die Zeitmessung wurde zu einer zusätzlichen Kontrollmethode. Gleichzeitig wurde ein neuer harmonischer Oszillator von besserer Qualität als ein Pendel oder ein Federausgleicher gefunden. 1880 entdeckten Pierre und Jacques Curie die piezoelektrischen Eigenschaften von Quarz und 1921 entwickelte Walter Cady den ersten Quarzresonator. So entstand die technologische Grundlage für die Herstellung von Quarzuhren, die ursprünglich als Quelle für genaue Zeitsignale dienten und seit den 1960er Jahren zu Masseninstrumenten geworden sind. Marine Chronometer wurden durch elektronische Uhren ersetzt.
Mit Beginn des Weltraumzeitalters machte die Navigation den nächsten Schritt. Es ist interessant, dass sich das Grundschema der Satellitennavigation im Wesentlichen nicht von Whistons Vorschlag unterscheidet, stationäre Schiffe auf See zu platzieren, anhand dessen Signale die Seeleute ihre Koordinaten bestimmen - dies sind Satelliten, die ihre Koordinaten und die universelle Zeit senden, um Empfänger auf der Erde zu signalisieren. Technologien des 20. Jahrhunderts ermöglichten es, die Pläne des 18. Jahrhunderts auf einer neuen Ebene umzusetzen. Von 1972 bis 1990 wurde eine Orbitalkonstellation von GPS-Navigationssatelliten erstellt, die 1992 für den zivilen Einsatz geöffnet wurde. Seit 2011 hat der sowjetisch-russische GLONASS seine Konstruktionskapazität erreicht, und zwei weitere Systeme werden für den Start vorbereitet, das europäische (Galileo) und das chinesische (Beidou). Die endgültige Genauigkeit dieser Systeme wird in Metern gemessen. Satelliten werden auch in mehreren modernen geodätischen Systemen verwendet, von denen das größte, das französische DORIS, eine Zentimetergenauigkeit aufweist. Smartphones der 2010er Jahre enthielten einfache Navigationssysteme, die mit einer Genauigkeit von 8 bis 32 Metern mit Satelliten verbunden waren, und eine automatische Zeitsynchronisationsfunktion, die Signale von Mobilfunkbetreibern und Internetressourcen der "Atomzeit" verwendete.
Trotzdem wurde die Berechnung der Koordinaten "entlang des Mondes" erst im 20. Jahrhundert von den Ausbildungsprogrammen für Seeleute ausgeschlossen, und es werden immer noch nautische Almanache veröffentlicht. Dies ist ein sehr geeignetes Sicherheitsnetz. Wenn ein Elektriker auf einem Schiff ausfällt, sollte der Seemann seine Navigationshilfen nicht verlieren. Aber selbst wenn der Seemann (und jeder, der diesen Artikel gelesen hat) nicht weiß, wie er mit dem Sextanten und dem Almanach umgehen soll, kann er seine Koordinaten mit einer Genauigkeit von einem Bruchteil eines Grades mithilfe einer Armbanduhr und eines Schattens eines beliebigen vertikalen Objekts bestimmen. Der technologische Fortschritt der letzten Jahrhunderte hat es möglich gemacht, einen Chronometer zu tragen, wenn nicht sogar einen, der ihm ziemlich ähnlich ist.
Verfasser: Yuri Ammosov
