Na noite de 22 a 23 de setembro de 1707, um esquadrão britânico sob o comando do Contra-almirante Claudsey Shovell, retornando do teatro de operações da Guerra da Sucessão Espanhola, sentou-se a todo vapor nos recifes das Ilhas de Scilly, a sudoeste da costa da Cornualha, logo acima 24 horas antes de voltar para casa. As ilhas de Scilly fazem parte do antigo batólito Kornubian, um maciço de granito de uma erupção de falha da era Carbonífero-Permiana, de modo que a profundidade perto de suas costas cai muito acentuadamente e, além disso, são a primeira terra no caminho daquele ramo da Corrente do Golfo, que vai para o Canal da Mancha. Scilly é uma área muito perigosa e traiçoeira, onde os navios morriam regularmente, mas a escala do naufrágio em 1707 foi extremamente grande.
Cinco navios da linha e um navio de bombeiros mergulharam nas falésias do West Reef de Scilly, quase invisíveis acima da água. Três navios afundaram, incluindo a nau capitânia do Esquadrão da Associação, que afundou com uma tripulação de 800 pessoas em três minutos. O próprio almirante Shovell se afogou na Associação. O número total de vítimas do desastre variou de 1.200 a 2.000 pessoas. Talvez houvesse menos baixas se os marinheiros soubessem nadar, mas essa habilidade era rara no século 18. Marinheiros supersticiosos acreditavam que saber nadar significava naufragar.
Posteriormente, as lendas culparam a arrogância aristocrática do almirante pelo desastre, que supostamente ordenou que um marinheiro, nativo desses lugares, fosse enforcado em um iate, que o informou do perigo, de modo que seria desanimador questionar a autoridade das autoridades. A realidade era muito mais desagradável: até o último momento, ninguém no esquadrão fazia ideia de que os navios não estavam onde deveriam. O almirante Shovell, que passou em todas as etapas do serviço naval, um marinheiro de honra com 35 anos de experiência, e seus navegadores calcularam mal a longitude devido ao mau tempo e tinham certeza de que estavam mais a leste, na área de navegação do Canal da Mancha. Foram também resumidos os mapas, nos quais as ilhas de Scilly se distanciavam cerca de 15 quilómetros da sua verdadeira posição, que se tornaram conhecidos várias décadas mais tarde, já em meados do século XVIII.
Naufrágio do esquadrão de Claudisly Shovell em 1707. Gravura de artista desconhecido Museu Marítimo Nacional.
Na época da catástrofe de Scilly, a necessidade de métodos precisos para determinar a longitude já era reconhecida há mais de um século. A era das descobertas geográficas demonstrou claramente o atraso dos métodos cartográficos em relação às necessidades da prática. Os Habsburgos espanhóis oferecem prêmios por resolver o "problema da longitude" desde 1567, a Holanda desde 1600 e a Academia Francesa de Ciências recebeu tal atribuição quando foi criada. As recompensas foram muito generosas - em 1598, Filipe III da Espanha prometeu 6.000 ducados por vez para um método bem-sucedido de determinar a longitude, 2.000 ducados para uma pensão anual vitalícia e 1.000 ducados para despesas. O ducado ("moeda do doge"), igual a 3,5 gramas de ouro, era o equivalente monetário internacional, originário de Veneza; Os Habsburgos cunharam seus ducados com o mesmo peso. Durante este período, todo o volume do comércio internacional veneziano foi estimado em cerca de dois milhões de ducados por ano,e 15 mil ducados custaram a construção de uma galera de batalha.
Qual foi o "problema da longitude"? É difícil, mas não impossível, determinar a latitude de um navio em alto mar no minuto angular mais próximo. A latitude é uma fração da distância do equador ao pólo e, portanto, o valor é absoluto. O ângulo entre o eixo da Terra e a posição do navio pode ser determinado tanto a partir do Sol quanto de estrelas conhecidas usando um astrolábio ou sextante. A longitude é medida a partir de um determinado meridiano e, portanto, é condicional: todos os pontos do globo em relação à esfera celeste são iguais, qualquer ponto pode ser considerado zero. Perto da costa, a localização pode ser determinada pelos marcos visíveis do navio - montanhas, rios, torres, que foram marcados em mapas para esse fim desde os primeiros portulanos. Pássaros e plantas também podem indicar proximidade com a terra. Mas em águas desconhecidasem mar aberto ou com mau tempo, a tarefa de determinar a longitude era calculada. Muitas rotas marítimas, por precaução, foram traçadas não em linha reta de porto a porto, mas ao longo da costa do continente até latitudes que estavam obviamente livres de recifes e ilhas perigosas, e daí ao longo de um paralelo geográfico à costa oposta. Corsários e piratas muitas vezes esperavam por suas vítimas nessas latitudes "navegáveis" (Dunn, Richard, Higgit, Rebeccah. Localizando a longitude. Como navios, relógios e estrelas ajudaram a resolver o problema da longitude. Collins, 2014). Corsários e piratas muitas vezes esperavam por suas vítimas nessas latitudes "navegáveis" (Dunn, Richard, Higgit, Rebeccah. Localizando a longitude. Como navios, relógios e estrelas ajudaram a resolver o problema da longitude. Collins, 2014). Corsários e piratas muitas vezes esperavam por suas vítimas nessas latitudes "navegáveis" (Dunn, Richard, Higgit, Rebeccah. Localizando a longitude. Como navios, relógios e estrelas ajudaram a resolver o problema da longitude. Collins, 2014).
O método de cálculo, utilizado por todos os marinheiros da época, baseava-se na medição da velocidade do navio e do tempo de seu movimento ao longo de uma determinada rumba de bússola. A velocidade era determinada por um lag - uma corda com nós, que era jogada ao mar; os observadores contaram o número de nós que passaram e cronometraram o tempo contando ou recitando a oração padrão "Pai Nosso" ou "Theotokos". Daí a velocidade "milhas náuticas por hora" ser chamada de "nó". A própria milha náutica é uma medida de latitude - é um minuto de arco do meridiano. O vetor resultante foi plotado a partir do ponto de início do movimento, levando em consideração a deriva lateral dos ventos e correntes - assim foi obtida a coordenada de corrente. Esse método apresentava um grande erro, que se acumulava quanto mais tempo o navio ficava em mar aberto. A precisão de 50 quilômetros em uma jornada transoceânica para este método já é um grande sucesso, erros de 100-150 quilômetros não eram incomuns mesmo para navegadores experientes.
A longitude atual pode ser calculada com precisão se você souber a hora local e a hora astronômica atual no meridiano principal (desde 1960, o conceito de "hora universal" - UTC tem sido usado). A hora atual é registrada pelo sol no astronômico, ou verdadeiro, meio-dia (o momento em que o sol está mais alto). O meio-dia astronômico é difícil de identificar exatamente quando ocorre e, na prática, é mais frequentemente definido como o ponto médio do intervalo de tempo entre as posições do sol na mesma altitude pela manhã e pela tarde. Uma vez que existem 1440 minutos em um dia e 21.600 minutos de arco em um círculo completo, 1 minuto de arco corresponde a 4 segundos de tempo. Ao recalcular a diferença entre a hora local e a hora no meridiano principal em graus, você pode obter uma mudança na longitude. Mas como determinar a hora no meridiano principal?
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Não há pontos de referência fixados em longitude na esfera celeste, mas existem pontos periódicos. Eclipses do Sol e da Lua são os marcos mais convenientes, mas sua raridade os torna inaplicáveis na navegação periódica, eles eram usados para medir principalmente a longitude de pontos em terra. Por exemplo, o mapeamento do Novo Mundo espanhol ocorreu: todos os administradores coloniais locais receberam o mesmo relógio de sol de Madri com antecedência e foram instruídos a medir a posição exata da sombra do gnômon no dia do eclipse. As coordenadas recolhidas foram transferidas para Madrid, onde foram processadas. A precisão dessas medições coletivas não era alta; alguns observadores cometeram erros de 2 a 5 graus de longitude.
Os eclipses das luas de Júpiter são muito mais comuns. Galileu, que os abriu e rapidamente percebeu que havia um relógio celestial natural à sua frente, até desenvolveu um celaton para esse fim - um suporte para prender o telescópio à cabeça do observador. Mas todas as tentativas de vê-los do navio, mesmo com tempo claro, foram malsucedidas. Mas este método foi usado com sucesso em terra. Foi usado por Giovanni Cassini e Jean Picard para mapear a França na década de 1670. Como resultado da pesquisa refinada, o território da França encolheu tanto em novos mapas que o Rei Sol é creditado por dizer "Astrônomos tomaram mais terras de mim do que todos os inimigos juntos."
A partir do século 16, foram feitas tentativas para calcular ou descrever cuidadosamente as posições relativas da lua, do sol e das principais estrelas de navegação. Este método de "distâncias lunares" assumia a determinação do ângulo entre a Lua e outros corpos celestes no chamado "crepúsculo marinho" (antes do amanhecer e imediatamente após o pôr do sol, quando as estrelas e o horizonte são visíveis ao mesmo tempo). Mas no início do século 18, a precisão desse método ainda era muito baixa, com um erro de 2-3 graus de longitude. É com a tentativa de melhorar o cálculo da órbita lunar para corrigir as tabelas para os navegadores que se associa a formulação do "problema dos três corpos" (o Sol, a Terra e a Lua), que, como G. Bruns e A. Poincaré mostraram no final do século XIX, não tem solução analítica em visão geral.
Observações cruzadas usadas para determinar distâncias lunares e medir alturas.
Finalmente, você pode simplesmente olhar para a hora universal no relógio sincronizado com ela. Mas, para isso, o relógio não deve perder sua precisão em condições de rolamento, mudanças nos campos gravitacionais e magnéticos da Terra, alta umidade e saltos de temperatura. Mesmo em um terreno estacionário, a tarefa era difícil, e as melhores mentes do século 17 fizeram esforços significativos para criar relógios de qualidade.
No início do século 18, surgiram os relógios de torre estacionária com pêndulos, que estavam errados cerca de 15 segundos por dia. Seu desenvolvimento se tornou possível graças à pesquisa de Galileo Galilei, que descobriu que as oscilações de um pêndulo são constantes no tempo (1601). Em 1637, o quase cego Galileu desenvolveu o primeiro escapamento (um dispositivo para balançar um pêndulo), e na década de 1640 seu filho tentou criar um relógio com um pêndulo a partir dos esboços de seu pai, mas sem sucesso.
O primeiro relógio de pêndulo viável e por sua vez muito preciso foi criado em 1656 por Christian Huygens, que pode ter sabido das experiências de Galileo Jr. por seu pai, um político holandês que participou de negociações com Galileo Jr. (Gindikin S. G. Mathematical and problemas mecânicos nos trabalhos de Huygens sobre relógios de pêndulo (Priroda, No. 12, 1979). Huygens, por outro lado, foi o primeiro a descrever e substanciar uma curva isócrona ao longo da qual o pêndulo se moverá a uma velocidade constante e adicionou um controlador de pêndulo ao relógio baseado nele. Huygens deu um diagrama esquemático e uma justificativa matemática para um relógio com um pêndulo em seu tratado de 1673 "Horologium Oscillatorium: sive de motu pendulorum ad horologia aptato demostrationes geometricae"Depois de algum tempo, um garfo de âncora aparece no desenho do relógio, com o objetivo de limitar as oscilações do pêndulo a um pequeno ângulo, uma vez que em grandes ângulos a propriedade de isocronismo de um pêndulo reto desaparece. A criação do garfo de treliça foi frequentemente atribuída a Robert Hooke ou ao relojoeiro George Graham, mas agora a prioridade é dada ao astrônomo e relojoeiro Richard Townley, que criou o primeiro relógio de treliça em 1676.
Christian Huygens.
Ao mesmo tempo, ocorreu um grande avanço na criação de relógios de primavera. Os famosos estudos de Hooke sobre molas visavam precisamente melhorar os movimentos dos relógios. A mola é usada em balanceadores que controlam a precisão de relógios sem pêndulos; e acredita-se que o primeiro balanceador foi feito por Hooke por volta de 1657. Na década de 1670, Huygens produziu um tipo moderno de balanceador de mola helicoidal que possibilitou a criação de relógios de bolso (Headrick, Michael. Origem e evolução do escape do relógio âncora. Revista Control Systems, Inst. Of Electrical and Electronic Engineers. 22 (2), 2002).
No final do século XVIII, os relógios mecânicos anteriormente fabricados passaram a ser maciçamente abastecidos com pêndulos. O pêndulo proporcionava uma precisão muito maior do que a de um relógio de mola, mas só funcionava em uma superfície plana e em ambientes fechados. O pêndulo não era adequado para viagens longas, já que a umidade e a temperatura afetam seu comprimento, e o rolo derrubava a frequência de suas oscilações. Isso ficou claro nos primeiros testes de mar na década de 1660. E mesmo em condições ideais, o movimento do relógio deve levar em conta que a frequência de oscilações de um pêndulo de comprimento constante diminui à medida que se aproxima do equador - fenômeno descoberto pelo astrônomo francês Jean Richet, assistente da Cassini, em 1673 na Guiana.
Foi esse complexo de problemas que levou ao fato de que em 1714 o Parlamento britânico aprovou uma lei sobre suas próprias concessões para a descoberta de métodos para determinar a longitude. Por recomendação de Isaac Newton e Edmund Halley, o Parlamento concedeu uma recompensa de £ 10.000 por 1 grau de precisão, £ 15.000 por 40 minutos de arco e 20.000 libras por 30 minutos de arco. Para determinar os vencedores, o parlamento estabeleceu a Comissão para a Determinação da Longitude no Mar ou, como costuma ser abreviada, a Comissão para a Longitude.
Os primeiros anos do programa britânico não foram particularmente bem-sucedidos. O tamanho do primeiro prêmio causou sensação na sociedade, e o elenco principal de candidatos ao prêmio incluía fraudadores e projetores, alguns dos quais se destacaram durante o boom dos mares do Sul em 1720. Apenas alguns projetos vieram de cientistas, mecânicos e engenheiros experientes e promoveram a compreensão e a solução de problemas. A lei não formalizou o procedimento para o trabalho da comissão e o procedimento para a concessão do prêmio, e os candidatos cercaram os membros da comissão um por um de acordo com suas conexões - alguns dos Senhores do Almirantado, alguns do Astrônomo Real e o primeiro chefe do Observatório de Greenwich, John Flamsteed ou Newton. Os membros da comissão expulsaram os candidatos ou revisaram detalhadamente seu trabalho com recomendações para melhorar e mudar a direção da busca, mas nas primeiras décadas não ofereceram nenhum prêmio a ninguém e,aparentemente, nem mesmo se reuniu na reunião.
A tarefa parecia tão elusiva que os caçadores de longitude se tornaram alvo de ridículo. Jonathan Swift mencionou "longitude" junto com "movimento perpétuo" e "panaceia" em Gulliver's Travels (1730), e William Hogarth retratou na história em quadrinhos "The Rake's Way" (1732) um louco desenhando em uma parede em Bedlam, a famosa casa de Londres projetos insanos de exploração de longitude. Alguns pesquisadores acreditam que o político e satirista John Arbuthnot escreveu um livro inteiro "The Longitude Examin'd" (final de 1714), onde ele supostamente descreveu seriamente o projeto do "cronômetro a vácuo" em nome de um certo "Jeremy Tucker" (Rogers, Pat. Longitude forjada. Como uma farsa do século XVIII afetou Dava Sobel e outros historiadores. The Times Literary Supplement. 12 de novembro de 2008). Curiosamente, mesmo que este livro seja uma sátira,ela não apenas mostra um profundo conhecimento de mecânica e relojoaria, mas também cunhou o termo "cronômetro" pela primeira vez na história.
O mais famoso "buscador de longitude" do período inicial foi, no entanto, um cientista bastante sério - William Whiston (1667-1752), um contemporâneo mais jovem, colega e divulgador de Newton. Ele substituiu Newton como chefe da Cátedra Lucas em Cambridge, perdeu-o devido ao fato de que ele começou a defender abertamente visões religiosas próximas ao arianismo (o que Newton, perto dele em pontos de vista, sensatamente não fez), e por causa do mesmo “heresias”, ele não foi aceito na Royal Society. Após sua expulsão de Cambridge, Whiston mudou para a popularização da ciência, dando palestras públicas em Londres sobre os últimos avanços científicos. Foi seu relatório no início de 1714 (em co-autoria com Humphrey Ditton) que impulsionou a adoção da lei da longitude.
Louco de cabelos compridos. Detalhe de uma pintura de Hogarth da série Mota Career.
Quando o prêmio foi anunciado, Whiston começou a desenvolver ativamente métodos para determinar a longitude. Nas suas actividades, utilizou os novos canais de comunicação de massa de que dispunha para obter apoio popular de massa, nomeadamente, publicitou em jornais, pendurou cartazes e falou em cafés, que então eram clubes de discussão e salas de reuniões públicas. Redes sociais e mídia online podem servir como uma analogia aproximada para o início do século XXI. A influência social de Whiston foi tão grande que ele foi homenageado com a sátira pessoal de Martinus Scriblerus (um projeto satírico coletivo de A. Pope, J. Swift e J. Arbuthnot; na literatura russa, seu análogo próximo é Kozma Prutkov). Um dos projetos de Whiston descreveu naviosancorado em mar aberto em pontos com coordenadas conhecidas e disparando regularmente sinais luminosos para o ar - este foi o projeto que o louco da imagem de Hogarth desenhou na parede.
Whiston considerou a determinação mais promissora da longitude por declinação magnética (este método foi aparentemente proposto pela primeira vez por Edmund Halley). Com base nisso, Whiston entrou em conflito com Newton, por meio de quem enviou seus projetos e que regularmente exigia que ele se envolvesse em pesquisas astronômicas em vez de magnéticas (Para essas e outras análises de Newton sobre projetos em longitude, consulte: Biblioteca da Universidade de Cambridge, Departamento de Manuscritos e Arquivos da Universidade. MS Add.3972 Artigos sobre como encontrar a longitude no mar). Como resultado, Whiston fez um dos primeiros mapas de declinação magnética (era um mapa do sul da Inglaterra). Por fim, a comissão concedeu a Whiston uma menção honrosa de £ 500 pela fabricação de instrumentos para medir a declinação magnética (1741). Este era um ramo de pesquisa sem saída: como sabemos agora, após séculos de observação,O campo magnético da Terra muda muito dinamicamente e a declinação magnética não pode indicar as coordenadas de um lugar.
Desde 1732, um líder absoluto gradualmente emergiu na busca de métodos para determinar a longitude - John Garrison (1693-1776), um relojoeiro de Londres. Harrison, um mecânico autodidata, desenvolveu várias inovações revolucionárias em sua juventude. Ele escolheu madeira de bakout (madeira guaiac) para os rolamentos do relógio. O backout possui alta dureza e resistência ao desgaste, não reage à umidade, ao mesmo tempo em que emite lubrificante natural, que, ao contrário do lubrificante de relógio do século 18, não altera suas propriedades no ar marinho (nos séculos 19 a 20, o backout mostrou-se excelente em rolamentos para hélices) … Graças aos rolamentos do backout, o relógio de Harrison ainda está funcionando. Garrison também criou o primeiro pêndulo bimetálico na forma de barras paralelas de aço e latão. O coeficiente de expansão térmica desses materiais difere,de modo que quando a temperatura sobe ou desce, o comprimento total não muda. O pêndulo bimetálico pode mover-se de latitudes temperadas para os trópicos sem alterar a frequência de oscilação, exceto como resultado de uma mudança no campo gravitacional. Garrison também desenvolveu um mecanismo de gatilho original "gafanhoto" (Michal, Stanislav. Clock. Do gnomon para o relógio atômico. Transl. From Czech RE Melzer. M. 1983). Essas conquistas em 1726 trouxeram ao jovem relojoeiro o patrocínio de J. Graham, que lhe transmitiu sua experiência, deu-lhe dinheiro para trabalhar e apresentou seu trabalho à Comissão da Longitude. Garrison também desenvolveu um mecanismo de gatilho original "gafanhoto" (Michal, Stanislav. Clock. Do gnomon para o relógio atômico. Transl. From Czech RE Melzer. M. 1983). Essas conquistas em 1726 trouxeram ao jovem relojoeiro o patrocínio de J. Graham, que lhe transmitiu sua experiência, deu-lhe dinheiro para trabalhar e apresentou seu trabalho à Comissão da Longitude. Garrison também desenvolveu um mecanismo de gatilho original "gafanhoto" (Michal, Stanislav. Clock. Do gnomon para o relógio atômico. Transl. From Czech RE Melzer. M. 1983). Essas conquistas em 1726 trouxeram ao jovem relojoeiro o patrocínio de J. Graham, que lhe transmitiu sua experiência, deu-lhe dinheiro para trabalhar e apresentou seu trabalho à Comissão da Longitude.
Em 1735, Garrison montou seu primeiro cronômetro marítimo, que chamou de H1 (uma nomenclatura moderna proposta pelo restaurador Rupert Gould na década de 1920). O H1 estava em exibição na oficina de Graham, onde foi examinado por membros da comissão, a Royal Society e todos os outros. A qualidade do acabamento, montagem e movimentação eram tão óbvias e elevadas que em 1736 Harrison e H1 fizeram uma viagem de teste a Lisboa no navio "Centurion". Embora o H1 tenha ficado ruim no início, Garrison rapidamente o colocou de volta nos trilhos, e no caminho de volta de Lisboa, as medidas de Garrison impediram o Centurion de pousar nas falésias de Cape Lizard (Cornwell, perto das Ilhas de Scilly). Após relatos positivos do capitão e navegadores do Centurion, o Almirantado exigiu que a Comissão da Longitude fosse convocada e Harrison recebesse o prêmio. A Comissão se reuniu pela primeira vez em muitos anos e emitiu seu primeiro prêmio de £ 250 com a formulação "para trabalho posterior" (Howse, Derek. Conselho de Longitude da Grã-Bretanha: as finanças, 1714-1828. The Mariner's Mirror, Vol. 84, No. 4, novembro de 1998).
Daquele momento até 1760, Garrison tornou-se, de fato, o único recebedor de bolsa da comissão, que regularmente se reunia para inspecionar seus novos modelos e lhe deu dinheiro para trabalhos futuros, começando com a segunda bolsa em 1741 - 500 libras por vez (ao mesmo no encontro, William Whiston também recebeu o prêmio). Desde então, Garrison tem trabalhado exclusivamente com cronômetros e alegou à comissão que estava tão ocupado trabalhando em bolsas que foi privado da oportunidade de ganhar a vida e sustentar sua família (Atas confirmadas do Conselho de Longitude. 4 de junho de 1746. Biblioteca da Universidade de Cambridge. RGO 14 /cinco). Talvez isso tenha sido um exagero característico de sua época, já que como resultado dessa "lágrima" Garrison recebeu outra doação de £ 500. Garrison provavelmente estava reabastecendo seu orçamento,cobrando uma taxa pela demonstração de suas invenções - sabe-se que Benjamin Franklin, que costumava visitar Londres, pagou 10 xelins e 6 pence (1 libra = 20 xelins = 240 pence) pelo direito de olhar os cronômetros na oficina de Harrison e ficou satisfeito com a quantia gasta. A fama pública de Harrison era grande o suficiente. Na era pós-Newton, os cientistas gozavam da atenção e do respeito da sociedade, e a disseminação do conhecimento era muito facilitada por periódicos, complementados por cafeterias, onde as informações eram passadas boca a boca, como nas redes sociais modernas. Em 1749, Harrison recebeu a Medalha Copley, criada pela Royal Society em 1731.pagou 10 xelins e 6 pence (1 libra = 20 xelins = 240 pence) pelo direito de assistir aos cronômetros na oficina de Harrison e ficou satisfeito com a quantia gasta. A fama pública de Harrison era grande o suficiente. Na era pós-Newton, os cientistas gozavam da atenção e do respeito da sociedade, e a disseminação do conhecimento era muito facilitada pelos periódicos, complementados por cafeterias, onde a informação era transmitida boca a boca, como nas redes sociais modernas. Em 1749, Harrison recebeu a Medalha Copley, criada pela Royal Society em 1731.pagou 10 xelins e 6 pence (1 libra = 20 xelins = 240 pence) pelo direito de assistir aos cronômetros na oficina de Harrison e ficou satisfeito com a quantia gasta. A fama pública de Harrison era grande o suficiente. Na era pós-Newton, os cientistas gozavam da atenção e do respeito da sociedade, e a disseminação do conhecimento era muito facilitada pelos periódicos, complementados por cafeterias, onde a informação era transmitida boca a boca, como nas redes sociais modernas. Em 1749, Harrison recebeu a Medalha Copley, criada pela Royal Society em 1731. Em 1749, Harrison recebeu a Medalha Copley, criada pela Royal Society em 1731. Em 1749, Harrison recebeu a Medalha Copley, criada pela Royal Society em 1731.
John Garrison.
Pelas bolsas recebidas da comissão, Garrison arrecadou mais três modelos de cronômetros. H2 e H3 continham novas soluções inovadoras. O mais importante deles são os primeiros rolamentos compostos com uma gaiola e um balanceador de mola bimetálico para compensar os picos de temperatura. Leonardo da Vinci ainda tem um diagrama esquemático do rolamento, mas até H3 sua aplicação prática é desconhecida. Mas a descoberta foi feita no quarto modelo, H4. O H4 não tinha a forma de um relógio de mesa, mas de uma "cebola" de bolso e, devido ao seu pequeno tamanho, usava diamante e rubi em vez de rolamentos de padaria, mas recebeu um remontuar (mecanismo de enrolamento) e uma barra de equilíbrio bimetálica do tipo H3. O H4 funcionou a cinco vibrações por segundo - muito mais rápido do que qualquer relógio do século XVIII. Controlar as vibrações lentas era muito mais fácil do que as rápidas,mas Garrison deliberadamente acertou o relógio para oscilar em uma freqüência muito mais alta do que a freqüência de oscilação do navio, a fim de neutralizar a vibração do casco e do arremesso, e ele não se enganou.
Em 1761, imediatamente após o fim da ameaça naval da França durante a Guerra dos Sete Anos, H4 fez uma viagem de teste a Port Royal na Jamaica com o filho de Harrison, William, também um mestre mecânico, no navio Deptford. H3 permaneceu na oficina de Harrison. O erro acumulado ao longo de 81 dias foi de cerca de cinco segundos, o que significa uma precisão de 1,25 minuto - cerca de 1 milha náutica para essas latitudes. No caminho de volta, William previu com precisão o aparecimento da Madeira. O entusiasta capitão do Deptford desejava receber tal cronômetro, e Garrison, que na época já tinha 67 anos, apresentou-se perante a comissão com um pedido para lhe conceder o primeiro prêmio por cumprir os requisitos da lei de 1714.
A comissão se recusou a conceder um prêmio, alegando que a longitude de Port Royal pode não ser conhecida com precisão suficiente, a sorte pode ser acidental e o cronômetro é muito caro para ser prático, ou seja, vai para a produção em massa. Garrison recebeu um prêmio de 1.500 libras e uma promessa de outras 1.000 libras se um segundo teste confirmar que ele estava certo. Garrison ficou furioso e lançou uma campanha pública para pressionar a comissão. A relutância em pagar a comissão se deve não apenas à ganância e cautela, mas também à esperança de que um método astronômico alternativo forneça uma solução para o problema de forma menos onerosa.
Enquanto Garrison trabalhava no relógio, os instrumentos para observar objetos celestes melhoravam. Em 1731, o professor de astronomia de Oxford John Hadley (1682-1744), vice-presidente da Royal Society, apresentou em uma reunião da sociedade o quadrante Hadley (mais tarde chamado de "octante") - um instrumento baseado na combinação de um objeto em um visor e outro objeto refletido em um espelho … Um arco de 45 graus (um oitavo de um círculo, daí o nome "octante") usando espelhos permitiu medir ângulos duas vezes maiores, até 90 graus. Octant fixa o ângulo independentemente do movimento do observador e salva o resultado da observação mesmo após seu término.
E. Halley participou dos testes de mar do octante Hadley, que depois de Flamsteed assumiu a chefia do Observatório de Greenwich. Halley, por algum motivo, não se lembrava de que um instrumento reflexivo semelhante foi descrito em uma carta a ele por Isaac Newton por volta de 1698 - esses documentos foram encontrados nos arquivos de Halley muitos anos depois, junto com uma descrição vívida de como uma alta comissão científica a bordo do navio estava lutando contra o enjôo em vez de observações.
John Hadley com o octante na mão.
Independentemente de Hadley, um instrumento semelhante foi criado pelo americano Thomas Godfrey (1704-1749). O instrumento de Hadley posteriormente, com pequenas modificações, tornou-se um "octante", a partir do qual os sextantes se desenvolveram (com uma escala de 60 ° e um ângulo de medição de 120 °). Apesar de toda a importância prática da ferramenta, Hadley e Godfrey não receberam prêmios, mas ferramentas aprimoradas tornaram possível encontrar uma alternativa aos relógios.
Na década de 1750, o astrônomo alemão Tobias Mayer (1723-1762), professor da Universidade de Göttingen, engajado na cartografia da Alemanha, com a ajuda de Leonard Euler (1707-1783), então professor da Universidade de Berlim, criou tabelas especialmente precisas da posição da lua. Euler propôs uma teoria do movimento da lua, Mayer compilou tabelas lunares com base nesta teoria e observações usando um instrumento especial com uma visão de 360 °. Ao saber do prêmio, Mayer a princípio não se atreveu a submeter suas mesas à comissão, pensando que o estrangeiro seria recusado imediatamente, mas no final ele recorreu ao patrocínio do Rei da Inglaterra e do Eleitor de Hanover, Jorge II, e como resultado suas mesas acabaram em Londres. Em 1761, o futuro chefe do Observatório de Greenwich, Neville Maskelyne (1732-1811), que viajou a Santa Helena para observar a passagem de Vênus em frente ao disco solar,conduziu testes do método de "distâncias lunares" de acordo com as tabelas de Mayer com Hadley octant e obteve um resultado estável com uma precisão de um grau e meio.
Uma viagem de controle através do Atlântico de Londres a Bridgetown em Barbados foi agendada para 1763. Em Barbados, Maskeline teve que calcular a longitude de referência das luas de Júpiter da terra sólida. H4, as mesas de Mayer e a "cadeira do mar" de Christopher Irwin em uma suspensão triaxial estabilizadora para observação dos satélites de Júpiter foram verificadas simultaneamente. A cadeira, que seu criador divulgou ativamente na imprensa de Londres, acabou se revelando inútil, e o cronômetro de Harrison e as "tabelas lunares" garantiam a precisão de meio grau. No relatório final, a precisão do cronômetro H4 era de 9,8 milhas náuticas (15 km), ou 40 segundos de longitude, o método da distância lunar realizado por Maskelyne e seu assistente Charles Green - cerca de meio grau.
Em 1765, a comissão se reuniu para uma reunião, na qual decidiu dar à viúva de Mayer uma recompensa de 5.000 libras pelas mesas de seu falecido marido, Euler - 300 libras, e Garrison - 10 mil libras pelo sucesso e outras 10 mil quando a condição de "praticidade" for satisfeita, isto é o custo do cronômetro será reduzido, e sua tecnologia de fabricação será descrita para que outros relojoeiros possam reproduzi-lo. O parlamento, que aprovou as decisões da comissão, cortou a remuneração das "mesas lunares" para 3.000 libras e deduziu 2.500 libras de subsídios já recebidos do prêmio de Harrison.
Garrison acreditava ter sido destituído do prêmio pelas intrigas de Maskelyne, que quase simultaneamente com a reunião da comissão se tornou o novo Astrônomo Real e chefe do Observatório de Greenwich (isso foi uma coincidência, já que o Astrônomo Real anterior morreu repentinamente). Nessa posição, Maskelein tornou-se membro da comissão e chefe do subcomitê de aceitação estadual da tecnologia de cronômetros. Modelos de relógios com desenhos e explicações de Harrison foram transferidos para Greenwich, onde foram testados por Maskelein e representantes do Almirantado por mais 10 meses. Como resultado dos testes, Maskelein expressou dúvidas de que o cronômetro forneça resultados estáveis e possa ser usado na versão de produção sem o uso paralelo de "tabelas lunares".
O próprio Maskelyne, nessa época, com uma equipe de astrônomos de Greenwich, estava preparando para publicação o primeiro "Almanaque Náutico", que continha tabelas resumidas das posições do Sol, Lua, planetas e "estrelas de navegação" para uma dada longitude e latitude e os valores de tempo correspondentes em zero. meridiano para todos os dias do ano. A primeira edição do Almanac foi publicada em 1767.
O primeiro cronômetro criado em 1735.
Harrison, que estava convencido de que Maskelein estava deliberadamente afogando sua invenção para dar uma vantagem aos métodos astronômicos, foi buscar justiça com o jovem Rei George III. O monarca, que havia recebido uma boa educação científica, pegou o cronômetro H5 para testar para si mesmo e deu corda a ele diariamente por seis meses. Como resultado desses testes, George III sugeriu que Harrison entrasse com uma petição diretamente no parlamento, contornando a Comissão da Longitude, e exigisse seu primeiro prêmio, e se o parlamento se recusar, então ele, o rei, aparecerá pessoalmente solenemente no parlamento e exigirá o mesmo do trono. O Parlamento resistiu por mais vários anos e, como resultado, em 1773, Harrison emitiu o último prêmio de 8.750 libras (após dedução dos custos e custos de materiais).
As atividades da Comissão de Longitude resultaram em:
A Comissão da Longitude trabalhou até 1828, combinando as funções de uma organização de concessão e um centro de pesquisa, e emitiu uma série de outros prêmios e bolsas, incluindo um prêmio de 5.000 libras para o explorador polar W. Parry, que atingiu 82,45 ° de latitude norte no Canadá polar no início do século 19.
Resumindo este breve ensaio, deve-se mais uma vez chamar a atenção para o fato de que a solução para o problema da longitude não foi alcançada por um ou mesmo vários avanços, ela foi criada longa, difícil, a partir de um grande número de etapas, cada uma das quais foi uma conquista significativa em seu próprio campo. Mesmo depois que o cronômetro Harrison e o método Mayer-Euler passaram dos experimentos à prática de navegação, os métodos de navegação e cartografia continuaram a melhorar.
O papel de liderança da ciência na Grã-Bretanha na solução de problemas de navegação não só a ajudou a ganhar e manter o status de "governante dos mares" (a primeira marcha nacionalista "Domine a Grã-Bretanha, pelos mares" foi complicada em 1740-1745), mas também a estabelecer Greenwich como o meridiano principal, no primeiro uma reviravolta em almanaques náuticos de qualidade de Maskelein e seus seguidores. A Conferência Internacional de Meridianos de 1884 em Washington adotou o meridiano de Greenwich como zero, o que marcou o início da criação do sistema de tempo padrão universal. Antes dessa data, a discrepância na hora local de diferentes países e até cidades era tal que criava sérios problemas, por exemplo, para horários de trens. O último país que mudou para as coordenadas de acordo com Greenwich foi a França (1911), e a unificação da contagem do tempo não foi concluída até hoje,que é bem conhecido do povo da Rússia pela política de mudança do horário de verão.
Os cronômetros britânicos também eram considerados o padrão de qualidade entre os marinheiros de todos os países, pelo menos até meados do século XIX. Mas embora a contagem das longitudes pelo cronômetro fosse mais rápida e precisa do que a contagem pelas "distâncias lunares", os almanaques náuticos mantiveram suas posições ao longo do século XIX. Os cronômetros estavam longe de estar em todos os navios em meados do século 19 devido ao seu alto custo. Além disso, os marinheiros descobriram rapidamente que deveria haver pelo menos três cronômetros no navio para que os erros em suas leituras pudessem ser detectados e eliminados. Se dois dos três cronômetros mostrarem o mesmo tempo, é claro que o terceiro está errado e o quanto ele está errado (este é o primeiro exemplo conhecido de redundância modular tripla). Mas, mesmo neste caso, as leituras do cronômetro foram verificadas em relação aos dados astronômicos. “… Venerável Stepan Ilyich termina apressadamente sua terceira taça,termina o segundo cigarro grosso e sobe as escadas com um sextante para tirar as alturas do sol para determinar a longitude do lugar "- é assim que K. Stanyukovich descreveu o trabalho de um navegador naval no início da década de 1860, apesar de o navio estar equipado com vários cronômetros.
No início do século 20, os cronômetros atingiam uma precisão de 0,1 segundo por dia, graças às descobertas na metalurgia e na ciência dos materiais. Em 1896, Charles Guillaume criou ligas de ferro-níquel, com coeficientes mínimos de expansão térmica (invar) e termoelasticidade (elinvar), que eram combinados para compensar uns aos outros aos pares. Foi assim que surgiu um material de alta qualidade para a mola e a roda do balanço (em 1920 Guillaume recebeu o Prêmio Nobel de Física por esses trabalhos). Análogos modernos de Invar e Elinvar também incluem berílio.
Com a invenção do rádio, as estações de rádio terrestre começaram a transmitir suas coordenadas. No início da Primeira Guerra Mundial, a necessidade de um método de distância lunar desapareceu e a marcação do tempo tornou-se um método de controle adicional. Ao mesmo tempo, um novo oscilador harmônico de melhor qualidade foi encontrado do que um pêndulo ou um balanceador de mola. Em 1880, Pierre e Jacques Curie descobriram as propriedades piezoelétricas do quartzo e, em 1921, Walter Cady desenvolveu o primeiro ressonador de quartzo. Foi assim que surgiu a base tecnológica para a criação dos relógios de quartzo, que eram originalmente usados como fontes de sinais de tempo precisos e, desde 1960, tornaram-se instrumentos de massa. Os cronômetros marítimos começaram a ser suplantados pelos relógios eletrônicos.
Com o início da era espacial, a navegação deu o próximo passo. É interessante que o esquema básico de navegação por satélite não difere basicamente da proposta de Whiston de colocar navios estacionários no mar, de acordo com os sinais dos quais os marinheiros determinarão suas coordenadas - são satélites que transmitem suas coordenadas e tempo universal para os receptores de sinal na Terra. As tecnologias do século XX permitiram colocar em um novo nível os planos do século XVIII. De 1972 a 1990, foi criada uma constelação orbital de satélites de navegação GPS, que em 1992 foi aberta para uso civil. Desde 2011, o GLONASS soviético-russo atingiu sua capacidade de projeto, e mais dois sistemas estão sendo preparados para lançamento, o europeu (Galileo) e o chinês (Beidou). A precisão final desses sistemas é medida em metros. Os satélites também são usados em vários sistemas geodésicos modernos, o maior dos quais, o DORIS francês, tem precisão centimétrica. Os smartphones da década de 2010 passaram a incluir sistemas de navegação simples ligados a satélites com precisão de 8 a 32 metros e função de sincronização automática de tempo a partir de sinais de operadoras de celular e recursos da Internet de "tempo atômico".
No entanto, o cálculo das coordenadas "ao longo da Lua" somente no século XX começou a ser excluído dos programas de treinamento de marinheiros, e os almanaques náuticos ainda estão sendo publicados. Esta é uma rede de segurança muito apropriada. Se um eletricista falhar em um navio, o marinheiro não deve perder seus auxílios à navegação. Mas mesmo sem saber manusear o sextante e o almanaque, o marinheiro (e qualquer pessoa que tenha terminado de ler este artigo) poderá determinar suas coordenadas com uma precisão de uma fração de grau, usando um relógio de pulso e uma sombra de qualquer objeto vertical. O progresso tecnológico dos últimos séculos tornou possível usar na mão, se não um cronômetro, uma semelhança bastante próxima.
Autor: Yuri Ammosov
