Laeva kronomeeter. Vene kellad kodumaa teenistuses. Kronomeetrite ajalugu

Igal inimesel on midagi puudu. Üks raha, teine ​​tähelepanu ja armastus, kolmas tervis. Aga millest kõigil kindlasti puudu jääb, on aeg. Seetõttu on inimesed alati unistanud seadme leiutamisest, millega saaks täpselt aega arvutada, et seda ratsionaalselt juhtida.

Enamik varajasi kellasid olid aga väga ebausaldusväärsed ja sõltusid keskkonnatingimustest. Kuid ühel päeval leiutati ülitäpne seade aja mõõtmiseks – kronomeeter. Kummalisel kombel ei mõjutanud see hämmastav leiutis mitte ainult tavaliste inimeste elu. Esiteks aitas selle seadme leiutamine meremeestel avamerel paremini navigeerida.

Mis on kronomeeter?

Sõna "kronomeeter" tuleneb kahe kreekakeelse sõna kombinatsioonist: "aeg" (chronos) ja "mõõtma" (meeter).

Juba seadme nimest selgub, et selle eesmärk on mõõta aega. Teisisõnu, kronomeeter on aga väga töökindel, võimeline jätkama tööd igas olukorras, nii pakase kui troopilise kuumuse käes.

Kronomeetrite ajalugu

Kronomeetrid polnud esimesed mehaanilised kellad. Kellamehhanismid olid aga enne neid väga haprad ja purunesid kergesti ebasoodsates välistingimustes. Veelgi enam, isegi tavaolukorras hakkas kell aja jooksul "valetama".

Kuid kõik muutus 1731. aastal, kui Briti kellassepp nimega Harrison leiutas kronomeetri. See leiutis sai merenduse arendamiseks väga oluliseks. Kuna Harrisoni seade näitas jätkuvalt absoluutselt täpset aega mis tahes tingimustes, aitas see meeskonnal määrata pikkuskraadi ja seejärel laeva asukoha koordinaate.

Vaatamata kõrgetele kuludele hakati kronomeetrit üsna sageli kasutama laevadel ja aeronautika arenguga ka lennukitel.

On tähelepanuväärne, et Harrisoni disain oli nii täiuslik, et aastate jooksul pole see praktiliselt muutunud. Ainuke asi on see, et osa kronomeetri materjale asendati moodsamate, kergemate ja vastupidavamatega.

Mere kronomeeter

Harrisoni leiutis (enne kui see 20. sajandil asendati lihtsamate ja odavamate GPS-stabiliseeritud merekelladega) oli meremeeste jaoks kõige usaldusväärsem viis oma asukoha määramiseks.

Reeglina olid kõik merekronomeetrid identse standardse disainiga. See oli paigutatud spetsiaalsesse (kõige sagedamini puidust) korpusesse, kuna see hoidis kronomeetrit igas olukorras horisontaalses asendis. Korpus kaitses kella mehhanismi nii temperatuurimuutuste kui ka seadme asendi muutuste eest.

Kronomeetrid käekellades

Ülitäpsete kellade leiutamisega hakkasid paljud inimesed unistama, et nende kodudes oleks samasugused kellad. Harrisoni leiutisele tuginedes hakati esialgu valmistama kodu jaoks seina- ja lauapealseid ülitäpseid kellasid. Veidi hiljem võimaldas tehnoloogia vähendada mehhanismi ja luua randmekronomeetreid, mis on nii vajalikud hõivatud inimestele, kelle jaoks on iga sekund kulda väärt.

Kronomeetrilise täpsusega käekellade ilmumisest on möödunud mitu aastakümmet. Ja tänapäeval on igal endast lugupidaval kellafirmal sarjas kronomeetriga mudeleid. Sellest hoolimata on kõige täpsem ja kvaliteetsem loomulikult Šveitsi kronomeeter.

Veelgi enam, just Šveitsis kontrollitakse kronomeetreid kogu maailmast. Selliste kellade jaoks on välja töötatud ka spetsiaalne kvaliteedistandard ISO 3159-1976.

Kuidas saate aru, kas teie kellal on kronomeeter?

Igaüks unistab väga täpse kella omamisest. Kuigi enamik käekelladest näitab, kas kell sisaldab kronomeetrit, on ka erandeid. Seetõttu saate selle olemasolu või puudumist oma lisaseadmes iseseisvalt kontrollida.

Kontrollimiseks peate veenduma, kas kellal on värske patarei või kui kaua see on keritud, et mitte häirida katse puhtust. Järgmisena peate määrama täpse aja. Pärast seda tuleb kell viia sihverplaadi alla asendisse ja jätta sellel kujul kahekümne neljaks tunniks. Pärast aegumiskuupäeva peate selle tagurpidi pöörama ja jätma veel kakskümmend neli tundi. Nüüd saate reaalajas vaadata. Kui kahe päeva jooksul pärast ebastandardset asendit hakkas kell "valetama" vaid +/- 8-12 sekundiga - see on kronomeeter. Suuremate väärtuste jaoks - tavaline kell.

Võite proovida kodutesti teha muul viisil. Näiteks kella riputamine seinale - kakskümmend neli tundi tavalises asendis ja sama palju tagurpidi. Samuti saate kontrollida temperatuure. Arvestada tasub aga sellega, et kella ei tohiks pikalt jahutada alla kaheksa plusskraadi ja üle kahekümne viie kraadi.

Kronomeeter ja kronograaf: mis vahe on?

Käekelladest rääkides ajavad paljud inimesed sageli segamini sarnaseid mõisteid nagu kronograaf ja kronomeeter. Ja kuigi sõnad on väga sarnased, on nende tähendused täiesti erinevad.

Kui kronomeeter on spetsiaalse mehhanismi disainiga kell, mis võimaldab mis tahes tingimustes täpselt aega näidata, siis kronograaf on autonoomse liikumisega kellade pisikesed lisakettad. Mõnikord kuvavad kronograafid eraldi kellaaega või on mõeldud sekundiosuti kasutamiseks.

Sellest ajast on möödunud rohkem kui kakssada viiskümmend aastat, kronomeeter leiutati. Sellest ajast peale pole see merenduses nii populaarne olnud, eriti GPS-navigatsiooni leiutamisega. Selle uskumatu täpsus jääb aga endiselt muutumatuks. Seetõttu unistavad paljud endiselt sellest, et neil oleks kronomeetriga Šveitsi kell, mis teaks alati absoluutselt täpselt kellaaega.

Aeg, kronomeetrid ja pikkuskraad

Kell on läbi, löönud kaheksa kella.
Algab uus kell.
Jätke oma voodid Jumala auks!
Meremeeste iidne laul

Kellad helisevad kellaaega

Vana inimene õppis arvatavasti juba väga varases arengujärgus päevi lugema ja aega mõõtma talle teadaolevate taevakehade järgi.

Pikkade ajaperioodide lugemise süsteemi, milles kehtestatakse kindel aastapäevade lugemise järjekord ja näidatakse ajastu, millest aastaid loetakse, nimetatakse nn. kalender.

Kui päeva pikkuse ja aasta pikkuse vahel oleks mingi lihtne seos, st aeg, mil Maa pöörleb ümber oma telje ja aeg, mil ta pöörleb ümber Päikese, siis poleks aastas päevade lugemine keeruline. Sama kehtib ka kuukuu päevade lugemise kohta. Meie päikesesüsteem kujunes aga nii, et praegu on 0,1 sekundi täpsusega aasta pikkuseks 365 päeva 5 tundi 48 minutit 46,1 sekundit ehk 365,2422 päeva ja kuu kuu pikkuseks 29,5306 päeva. . Neid numbreid kõrvutades on hästi näha, et aasta ja kuu kuu pikkuse suhe päeva pikkusesse ei väljenda mingeid täpseid numbreid, ei täis- ega murdosa. Seetõttu polnud lihtsa ja mugava päevade lugemise süsteemi väljatöötamine sugugi lihtne. Seda on näha sellest, et iidsetest aegadest kuni tänapäevani on selliseid süsteeme leiutatud sadu, kuid ühtegi neist ei peeta piisavalt heaks.

Egiptuse preestrid, kelle ülesannete hulka kuulus taevakehade vaatlemine, umbes 2000 eKr. e. avastas nn sooti perioodi ja määras selle kestuse (1461). Vaadeldes Siiriust (egiptlased nimetasid seda täheks Sothis), mis nägi ette Niiluse üleujutust, määrasid egiptlased päikeseaasta pikkuseks 365 päeva. Selles kalendris koosnes aasta 12 kuust, millest igaüks oli 30 päeva. Viga oli ligikaudu 0,25 päeva aastas.

Moslemikalender põhineb ainult kuufaaside muutustel. See kalender võeti kasutusele 7. sajandil. n. e. mõnes moslemiriigis. Praegu kasutatakse seda kalendrit paljudes Lähis-Ida riikides, kus domineerib islam.

Euroopas loeti Juliuse kalendri järgi aastaid alates tavapärasest Kristuse sündimise kuupäevast.

Esimene vene käsitsi kirjutatud kalender ilmus 1670. aastal, arvatavasti poola keelest tõlgituna. Esimene trükikalender ilmus aastal 1686. Esimeseks navigatsioonikalendriks võib nimetada aga ainult 1714. aasta kalendrit. See on tähelepanuväärne selle poolest, et sellest jäeti välja astroloogide kalender ja ennustused. Kalendris toodud nähtuste aeg arvutati esmakordselt Peterburi aja järgi, mis tähendas katset kehtestada riigis ühtne normaeg. Esimest korda paigutati Venemaa trükikalendris päikesetõusu ja -loojangu aegade tabelid.

Praegu kasutatav kalender ei ole täiuslik, kuna lähtepunkti (epohhi) valik selles on meelevaldne ja jaotamine erineva pikkusega kuudeks pole just mugav. Oluline on meeles pidada, et aastate õigeks arvutamiseks pole oluline, millist sündmust epohhiks võtta, vaid see, et loenduse alguseks võetakse sama konkreetne kuupäev. Paljud rahvad kogusid selliseid kuupäevi üsna palju.

Uue stiili järgi arvestati aega Venemaal juba 18. sajandi alguses. Paljude riikide laevastikes kuni 20. sajandi alguseni kasutusel olnud aja (aja) arvestus erines tsiviilarvestusest ja seda nimetati astronoomiliseks. Kui tsiviilaja järgi algas päev südaööl, siis laevadel algas see sama päeva keskpäeval. Navigaatoritel oli mugav alustada päeva keskpäeval: samal kellaajal kontrolliti kellaaega päikesekella abil ja samal ajal määrati laeva laiuskraad Päikese keskpäevase kõrguse mõõtmiste põhjal. Selline meremeeste päevade lugemise kord võeti kasutusele 15. sajandil. esimeste ülemerereiside algusega, mil laevatee arvutamiseks kasutati vaid päikesekella ja keskpäev oli sobiv hetk kellaaja kontrollimiseks.

Vene laevastik kasutas nn. merenduslik arvestus”, milles päev algas tsiviilkalendri järgi eelmise päeva poolel.

Inglismaal võeti astronoomiline ajamõõtmine lõpuks kasutusele aastal 1767, pärast Nautical Astronomical Yearbook (Nautilas Almanac) avaldamist.

Venemaal kehtis “mereline ajaarvestus” kuni 1814. aastani, mil ilmus ingliskeelse aastaraamatu “Marine Month Book” esimene tõlge. Tsiviilkalendrile üleminek viidi meie riigis läbi alles 1. jaanuaril 1925, millest alates hakkas päev meremeeste jaoks algama südaööl.

Kellade ajalugu on tihedalt seotud keskpäeval toimuva päeva alguse loendamisega. Just keskpäeval, Päikese kulminatsiooni hetkel, “hakkas” liivakell. Ja algas tüütu aja lugemine järgmise poole päevani. Ja nii päevast päeva, kuust kuusse. 15.-18. sajandi laevakellad on terve komplekt liivaga klaasanumaid (kolvid). Komplekti peamisteks esemeteks peeti neljatunniseid kolbe.

Iga 4 tunni järel pidi kellale määratud tunnimees tunnipudeleid ümber keerama. Seda hetke tähistati parema kuuldavuse huvides spetsiaalsete löökidega kellale (rynda) ja see oli signaal kellavahetuseks. Tunnimehel olid veel kella- ja pooletunnised kellad. Kui neid pudeleid ümber keerati, kõlas iga poole tunni tagant kelluke (“pudelid löödi”).

Kella algust tähistas kaheksa “kella” - neli topeltlööki kellale. Uue kella esimese poole tunni järel kõlas üks “kolb” ehk üks löök, tunni pärast kaks “kolbi”, veel poole tunni pärast kolm “kolbi” jne. Tänapäeval on tehtud eriline ajateenistus. korraldatakse laevadel ja Raadio kõlab iga tund täpseid signaale ning reidil kostab laevakellade helin.

Laevadel kasutati ka väikseid “kolve”: viie-, kolme- ja pooleminutilisi. Neid kasutati näiteks astronoomilistel vaatlustel või kiiruse määramisel viivituse järgi.

Huvitav oli liivakella täpsust kontrollida. Selleks kulus poole minuti pikkune “kolb” ja liiva valamise aega kontrolliti “kuuliga niidile” (39,2 tolli pikkusele, s.o 99,6 sentimeetrisele niidile riputatud raskus) 30 sekundiga. täpselt 30 kiiku (kõikumised). Sel viisil kontrollitud "pudelit" kasutati teiste "pudelite" kontrollimiseks.

Liivakellad olid mereväes populaarsed. Need olid lihtsad, odavad, üsna täpsed ja neid kasutati Vene laevadel kuni 18. sajandi lõpuni.

Pendli seaduste avastamine

Üks inimkäte suurimaid loominguid - mehaanilised kellad - leiutati XI-XII sajandil. Nagu paljudel teistel suurepärastel kauge mineviku leiutistel, on ka sellel palju autoreid. Üheks neist peetakse meile juba tuttavat Aurillaci Herbertit, kes lisaks astrolabi täiustamisele võttis Euroopas kasutusele “araabia numbreid”. Mõnede allikate väitel ilmusid hammasratastega mehaanilised kellad esmakordselt araablaste seas ja sealt jõudsid nad Hispaania kaudu Euroopasse.

Algul ehitati suuri torni- ja katedraalikellad, mis olid mõeldud ilmalike vajaduste jaoks. Neid kasutati usuliste tseremooniate aja lugemiseks. Sellest annab tunnistust juba nimi “kell”: ladina keeles clocca - kell. Esimesed rattakellad olid kohmakad, halvasti reguleeritud, nende liikumine ebaühtlane ja neile määratud tunnimehed pidid neid pidevalt Päikese järgi joondama. Selliste kellade kasutamine laevadel ei tulnud kõne allagi. Seetõttu eelistati ikka iidseid liivapudeleid. Isegi 1533. aastal, kui navigatsioonikunst oli juba suhteliselt arenenud ja mehaanilised kellad hästi tuntud, kirjutas varem mainitud Gemma Frizius: „Pikkadel reisidel, eriti merel, on kasulik kasutada suurt klepsydrat (veekella) või liivakell, mis suudab ööpäevaringselt täpselt aega mõõta ja tänu millele saab parandada teiste kellade vigu.

15. sajandil Täiustati mehaaniliste kellade disaini: näidikutega rataste süsteemi ajava raskuse asemel hakati kasutama kellavedrut, mis võimaldas toota kellasid suhteliselt väikese suurusega lauaversioonina.

Kevadkellad olid oma täpsuselt paremad kui liiva-, vee- ja tulekellad ning peagi hakati neid kasutama astronoomias. Esimene mainimine selle kohta pärineb aastast 1484, mil Regiomontanuse õpilane Bernard Walter mõõtis mehaanilise kella abil ajavahemikku Merkuuri ja Päikese tärkamise hetkede vahel. Tema tähetorni paigaldatud kell luges isegi veerandsekundeid. Rataskellasid kasutas oma vaatlustes ka kuulus Taani astronoom Tycho Brahe (1546-1601), kes koostas 1005 tähe kataloogi. Täpsuse ja usaldusväärsuse osas need teda aga ei rahuldanud.

Vajadus täpsemate kellade järele kasvas. Kuid mehaanikud ei suutnud pikka aega leida võimalust mehaaniliste kellade kiiruse reguleerimiseks. Suure itaalia teadlase Galileo Galilei (1564–1642) pendliseaduste avastamine aitas seda probleemi lahendada.

Galileo sündis Pisa linnas vaeses muusikute perekonnas. 1574. aastal kolis perekond Firenzesse, kus Galileo õppis kloostris ja võeti algajana mungaordusse. Kuid Galileod ei köitnud teoloogilised õpetused, vaid matemaatika, mehaanika, füüsika ja astronoomia. Peagi lahkus ta kloostrist ja astus 1581. aastal Pisa ülikooli. Veel üliõpilasena hakkas ta huvi tundma liikumise probleemi vastu. Viviani, õpilane ja Galileo esimene biograaf, räägib, et 1583. aastal katedraalis, mille kõrgete võlvide all puhus tuul, märkas kahekümneaastane Galileo, kuidas kiriku lühtrid rippusid laes pikkadel kettidel. , kõikusid. Lühtrid olid erineva suurusega ja erineva kaaluga. Lühtrite vibratsiooni võrdlemiseks hakkas ta oma pulsi abil mõõtma nende õõtsumise aega. Need tähelepanekud viisid ta järeldusele, et kui lühtri vibratsioon vaibus, see tähendab, et kiiged muutusid lühemaks, siis nende kestus ei muutunud. Selgub, otsustas tähelepanelik noormees, kiigeaeg sõltub ainult keti pikkusest ega sõltu lühtri kujust ja massist.

Galileo asus selgitama pendli liikumisseadusi ja alustas eksperimentaalset uurimistööd. Ta tegi kindlaks, et pendli kõikumised on väga ühtlased ja võivad esineda pikka aega ning nende periood ei sõltu ei koormusest ega võnkeamplituudist. Ja kui nii, siis see tähendab, et pendli võnkumisi lugedes saab aega mõõta.

"Pendi võnkumised," kirjutas Galileo, "teatud aegadel tekivad nii vältimatult, et on täiesti võimatu sundida neid muul ajal toimuma, välja arvatud niiti pikendades ja lühendades. Teine tõeliselt hämmastav omadus on see, et sama pendel teeb oma võnkumisi sama või väga väikese ja peaaegu märkamatult erineva sagedusega, olenemata sellest, kas võnkumine toimub piki sama ringi suurimat või väikseimat kaare.

Pendli seaduste avastamine aitas Galileol lahendada mitmeid muid olulisi mehaanika ja liikumisteooria küsimusi, eelkõige selgitada kehade kukkumise seadusi ja nende liikumist kaldtasandil ning luua iseseisvus. mehaaniliste nähtuste esinemine valitud inertsiaalsetest tugisüsteemidest. Seejärel pöördus ta nende küsimuste juurde rohkem kui korra tagasi. Vahetult enne oma surma arendas Galileo oma pojale Vincenzole välja idee luua pendelkellad. See koosnes järgmistest.

Pendliga ABühendati varras C, mille ots sisenes ratta D hammaste vahesse, millel oli ümber telje pöörlemisvabadus E. Iga pendli edasi-tagasi liigutusega pani varras ratta ühe hamba ümber pöörama. Hammasratas ühendati spetsiaalse loenduriga, mis mõõtis pendli võnkumiste arvu. Galileo tegi arvutusi, kuid nende põhjal ei tehtud kunagi päris kellasid. Nägemise kaotus takistas Galileol oma ideed realiseerimast. Ta usaldas oma pojale pendelkella kallal tööd jätkata. Kuid erinevatel põhjustel sai ta tööle asuda alles 1649. aastal, kuid suri ootamatult, lõpetamata kuulsa isa alustatud tööd. Galilei pendelkella kujundusest on säilinud joonis, mis avaldati ühes tema teoste väljaandes.

Pendelkellade leiutamise ja loomise au kuulub Hollandi matemaatikule ja astronoomile Christian Huygensile (1629-1695).

Huygens sündis Haagis silmapaistva poliitiku ja kirjaniku peres ning sai suurepärase kodu- ja seejärel ülikoolihariduse. Tema õpetajad sisendasid andekasse õpilasesse teaduses uute teede otsimise vaimu. Andekale noormehele avaldasid suurt mõju kuulsad teadlased Descartes ja Mersenne, kes tundsid hästi tema isa. Huygensi teaduslikud huvid olid mitmekesised. Olles veel Leideni ülikooli tudeng, alustas ta teaduslikke uuringuid mehaanika vallas ja eelkõige kehade kukkumise ja kiigekeskmega seotud küsimuste uurimist. Hiljem hakkasid teda huvitama optika ja astronoomia.

Kaks asjaolu ajendasid teda kellade kallal töötama: vajadus täpsema aja mõõtmise järele astronoomiliste vaatluste ajal ja süvenenud probleem merel pikkuskraadi mõõtmisel.

Pikkuskraadi määramise põhimõte oli teada Hipparkhosele: kahe punkti pikkuskraadide erinevus vastab kohalike aegade erinevusele.

jälgides samal ajal nendes punktides mis tahes sündmuse hetke. Hipparkhos tegi ettepaneku lugeda selliseks sündmuseks Kuuvarjutus, kuna see leiab aset samal ajahetkel kõigi selle vaatlejate jaoks Maa pinnal. Hipparkhos aga ei osanud mõlemas punktis päris täpselt määrata selle sündmuse kohalikku aega ja teadaoleva pikkuskraadiga punkti kohalikku aega üle kanda määratud pikkuskraadiga punkti. Päikesekell selleks muidugi ei sobinud, kuna kuuvarjutuse ajal on Päike horisondi all. Lisaks esinevad need varjutused üsna harva - mitte rohkem kui kaks või kolm korda aastas ning pealegi on väga problemaatiline määrata selle alguse või lõpu täpne aeg erinevates punktides, kuna varju piirid on väga hägused ja ebamäärane. Selle nähtuse alguse ja lõpu erineva fikseerimise tõttu on võimalikud mitme minuti pikkused ajavead, mis toob kaasa mitme kraadi, st sadade miilide pikkuskraadi määramisel vigu.

Seda meetodit hakati merel kasutama 13.-15. sajandil, mil õpiti astronoomiliste meetoditega kohalikku aega määrama ning ilmusid esimesed tabelid ja almanahhid, kus ennustati varjutuste algust ja lõppu erinevates Maa punktides. Eelkõige on teada, et X. Columbus kasutas seda. Teisel ja neljandal reisil määras ta Regiomontanuse koostatud almanahhi ja efemereeride abil pikkuskraadi kuuvarjutuste põhjal 14. oktoobril 1494 ja 29. veebruaril 1504. Pikkuskraadi viga oli esimesel juhul 1,5 tundi ja teisel - 2, 5.

Raske öelda, mis põhjustas nii suure vea - vead varjutuse hetkede arvutamisel või vaatluste ebatäpsus. Tuleb märkida, et isegi Newtoni ajal oli kuuvarjutuse ennustamise viga mõnikord tund või rohkem, nii et tol ajal olid meremehed üsna õnnelikud, kui suutsid pikkuskraadi määrata kahe kraadise täpsusega.

Ebatäpne navigeerimine tõi mõnikord kaasa tõsiseid vahejuhtumeid. Nii juhtus X. Columbusega, kui pärast Ameerika avastamist oma kodukaldale naastes ei osanud ta pärast laiuskraadi määranud täpselt öelda, kus tema laev täpselt asub – kas Assooride ees või olid nad ammu maha jäänud. taga. Tugev torm süvendas ebakindlust, mis sundis X. Columbust igaks juhuks viskama ookeani tünni sõnumiga Uue Maailma avastamisest. Õnneks läks kõik hästi ja suurepärane navigaator jõudis Hispaania randa. Siin veendus ta, et tema abilised, kes määrasid pikkuskraadi läbitud vahemaa järgi, eksisid arvutamisel rohkem kui 400 miili!

Navigatsiooni, navigatsiooni ja kartograafia arendamise protsessis oli pidev vajadus parandada koordinaatide määramise täpsust merel. Pikkadele merereisidele suunduvad meremehed 16.-17.saj. Neil oli juba terve komplekt navigatsiooniriistu ja -riistu: kompass, astrolaab, palk, palju ja loomulikult liivakell. Kuna aga kõik mõõteriistad olid ebatäpsed ning tuule ja hoovuse mõju võeti arvesse vaid ligikaudselt, leidsid laevad end sageli sadade miilide kaugusel kavandatud asukohast.

1567. aastal avastas Hispaania meresõitja Mendaña de Neira Saalomoni saared, kuid nende asukoha ebatäpse määramise tõttu olid need seejärel kaheks sajandiks "kadunud" ja taasavastati alles aastatel 1767-1768. Bougainville'i ekspeditsioon.

Mõnikord kulus kallaste otsimiseks terveid nädalaid ja isegi kuid ning need ei õnnestunud alati. Kogu häda seisnes selles, et meremehed ei osanud veel kindlalt vastata nende jaoks kõige olulisemale küsimusele: millises punktis ookeanis laev asus. Lõppude lõpuks, kui nad saaksid Päikese või tähtede kõrguste põhjal laiuskraadi vähemalt umbkaudu selge ilmaga mõõta (sel juhul oli muidugi vaja kasutada tähtede deklinatsioonide kataloogi või päikesetabeleid), siis nad ei suutnud üldse pikkuskraade määrata (liikudes itta ja Kas läände, jääb tähistaeva pilt muutumatuks) ning toetus vaid selle väga ligikaudsele arvutustele kompassi ja logiandmete järgi. Sel põhjusel juhtisid kaptenid sel ajal laeva sageli mitte sirgjooneliselt – lühimat teed pidi punktist punkti, vaid malerüütlit liigutades. Kõigepealt laskuti või tõusti piki rannikut soovitud laiuskraadile ja alles siis pöörati itta või läände.

Pikkuskraadi määramise probleem on muretsenud nii meremehi kui ka teadlasi juba mitu sajandit, püüdes seda olulist probleemi lahendada.

1514. aastal tegi Johann Werner Nürnbergist (1468-1522) ettepaneku määrata pikkuskraad Kuu kauguse meetodil, mis põhines Kuu liikumisseadustel teiste taevakehade suhtes. Kuu muudab Maa ümber pöörlemise tõttu kiiresti oma asukohta tähtede suhtes. Kui arvutate eelnevalt teatud geograafiliste kohtade jaoks välja Kuu ja fikseeritud tähtede kauguste tabelid iga päeva, tunni ja minuti kohta, saate arvutada pikkuskraadide erinevuse.

Seda mõtet väljendas varem, eelkõige Regiomontanus, kuid selle praktiline areng kuulub Wernerile.

Meetod seisnes Kuu ja ühe läheduses asuva tähe vahelise kauguse mõõtmises linnavarda või mõne muu goniomeetrilise instrumendi abil ning seejärel tähtede positsioonide astronoomiliste tabelite ja Kuu eelarvutatud asenditega almanahhi kasutamises, et määrata kindlaks Kuu kaugus. pikkuskraad. Teisisõnu tegi Werner ettepaneku kasutada taevasfääri hiiglasliku kellana, kus Kuu oleks osuti ja sodiaagitähed sihverplaadina.

Seda meetodit oli aga Werneri ajal avamerel võimatu rakendada piisavalt täpsete goniomeetriliste instrumentide ja vastavate astronoomiliste tabelite puudumise tõttu. XVII-XVIII sajandil. Kuu liikumise teooria võimaldas määrata selle asukoha umbes 2-3 ° veaga, kuid see ei olnud halvem kui 2-3." Praktikas hakati kasutama "Kuu kauguste" meetodit alles 1760. aastatel pärast sekstandi leiutamist ja “Merealmanahhi” (1766) avaldamist, kus on tabelid tähtede täpsete asukohtade ning Kuu ja Päikese ning mõne sodiaagitähe kauguse kohta iga kolme tunni kohta. terve aasta. Meetod nõudis mitut samaaegset vaatlust (Kuu ja tähe või Päikese vaheline nurk, tähe või Päikese kõrgus, Kuu kõrgus), täpset määramist kohaliku aja vaatluste põhjal arvutused parallaksi ja murdumise arvessevõtmiseks. Lisaks oli sel viisil võimalik määrata pikkuskraadi ainult selgelt nähtava horisondi korral.

Galileo tegi ettepaneku kasutada nelja Jupiteri satelliiti, mille ta avastas

kasutades tema leiutatud teleskoopi (1610). Need toimusid palju sagedamini kui kuuvarjutused (ühest kolmeni peaaegu iga päev) ja kestsid vähem. See meetod ei leidnud aga laialdast kasutust satelliidi liikumise täpsete seaduste teadmatuse ja vaatluste keerukuse tõttu – Galileo propageeritud teleskoop oli kõikuval tekil kasutu.

1674. aastal pakkus Henry Bond välja teise viisi pikkuskraadi määramiseks – vaadeldava magnetilise deklinatsiooni ja selle kaardile kantud väärtuse võrdlemise teel. (Mõnede allikate kohaselt väljendas ideed magnetilise deklinatsiooni abil pikkuskraadi määrata varem, näiteks 1599. aastal Cambridge'i esindaja E. Wright essees "Mõned vead navigeerimisel, avastatud ja parandatud.") Selle meetodi järgi avaldati 1702. aastal väljaanne maailmakaardist, millele oli märgitud võrdsete deklinatsioonide jooned. Sellest meetodist oli meremeestele aga vähe abi: isogooni jooned (võrdsed deklinatsioonid) ei asu alati pikkuskraadi määramiseks soodsalt, s.t põhjast lõunasse kulgevad sageli mööda paralleeli ja on väga hõredad. Lisaks mõõdeti tol ajal teadaolevaid deklinatsioone umbkaudselt ja ainult teatud piirkondades ning deklinatsiooni varieeruvust uuriti veel vähe. Seega saab selle meetodiga pikkuskraadi määrata ainult ligikaudselt ja mitte kõikjal.

Esimene, kes soovitas merel pikkuskraadi määramiseks kella kasutada, oli friisi astronoom ja matemaatik Gemma Frisius. 1530. aastal kirjutas ta oma teoses “Astronomical Cosmography Principles of Astronomical Cosmography”: “Meie sajandil on meil hulk väikeseid, oskuslikult valmistatud kellasid, mis leiavad teatud kasutust. Väikese suuruse tõttu on neid kellasid lihtne reisida. Need võivad sageli kesta katkematult üle 24 tunni. Ja teie abiga võivad nad jääda igaveseks. Sellist kella ja mõningaid meetodeid kasutades saab pikkuskraadi määrata. Enne teekonnale asumist peame leidma täpse kellaaja lähtepunktis, kust väljume. Kui oleme 15-20 miili läbinud, saame ehk teada, mis vahe on pikkuskraadidel jõudmise koha ja väljasõidukoha vahel. Peame ootama, kuni meie kella tunniosuti läheneb täpselt sihverplaadi tunnimärgile ja samal hetkel astrolabi või gloobuse abil määrata kellaaeg kohas, kus oleme. Kui see aeg kattub minutiga meie kellade näidatud ajaga, siis võime olla kindlad, et oleme ikka samal meridiaanil ehk samal pikkuskraadil ja meie teekond kulges lõuna suunas. Aga kui see erinevus ulatub ühe tunnini või teatud arvu minutiteni, siis peame need väärtused teisendama kraadideks või kraadiminutiteks... ja seega saama pikkuskraad. Kuid selleks, et väljumissadama kohalikku kellaaega “kaasas kanda”, oli vaja väga täpset kella, mis suudaks pikka aega töötada kaldenurga, niiskuse ja suurte temperatuuride erinevuste tingimustes. Näiteks ekvaatori laiuskraadil viis vaid üheminutiline kellaviga pikkuskraadi määramisel 15 miili, s.o peaaegu 28 kilomeetrit. Aga tol ajal selliseid kellasid polnud. Ja taevakehade asukohad määrati väga jämedalt. Probleem jäi lahendamata.

Ühe tolleaegse merendusteose autor kirjutas: “Praegu on uudishimulikke inimesi, kes tahaksid leida viisi pikkuskraadi määramiseks, kuid selle leidmine on meremehe jaoks liiga keeruline, kuna see nõuab sügavaid teadmisi. astronoomia; miks ma ei tahaks, et keegi arvaks, et merel pikkuskraadi saab leida mõne instrumendi abil; Seetõttu ärgu meremees aja end segamini ühegi seda eesmärki teeniva reegliga, vaid lase tal tavapärasel viisil oma reisi põhjalikult läbi arutada ja oma laeva teekonna üle arvestust pidada.

1567. aastal pakkus Hispaania kuningas Philip II tasu kõigile, kes leiavad lihtsa viisi merel pikkuskraadi määramiseks. 1598. aastal kordas Philip III tasu lubadust. Suuri summasid pakkusid Hollandi, Portugali ja Veneetsia kindralriigid. Esitati mitmeid ettepanekuid. Üks neist langes 1655. aastal Huygensi kätte. Ta mõistis kiiresti, et kavandatud projekt oli vale. Kuid küsimus huvitas teda ja ta hakkas kellasid disainima. Nagu teadlase kirjadest näha, huvitas teda eelkõige merekell, mis suudaks igas ilmastikutingimustes ja laeva liikumisega mitu kuud aega hoida.

Töö pendli teooria kallal oli kasulik: tema leiutatud kellas tekitas vedru jõu, mis ajas kellarataste süsteemi ja pendel tagas nende liikumise ühtsuse.

1658. aastal avaldas Huygens oma leiutise ja... süüdistati teda plagiaadis, kuna pendelkella idee kuulus Galileole. Huygens luges hoolikalt Galileo teoseid ja veendus, et need sisaldavad vaid ideed, mida polnud tehniliselt teostatud, ning vastas oponentidele, et peab enda jaoks suureks auks, et tal õnnestus lahendada küsimus, mida isegi suur Galilei ei olnud lõpetanud. .

Huygens saavutas kellaga töötades pendli võnkumiste täpse isokronismi ja tugi-ankru väljapääsu loomise, tänu millele saab pendel perioodiliselt lööke, mis takistavad selle seiskumist hõõrdumise ja õhutakistuse tõttu.

Aastatel 1662-1677 Huygensi "ajahoidjaid" testiti merel. Laevade kellad kinnitati varda külge ja kaeti spetsiaalse korpusega. Hiljem pakkus Huygens, et vähendada pigistamise mõju, riputada kellad kardaanirõngastesse.

1668. aastal võimaldas kahele tormile ja merelahingule vastu pidanud Huygensi kell määrata Touloni ja Kreeta pikkuskraadide erinevuse 100-kilomeetrise veaga. See oli selle navigeerimistaseme jaoks vaieldamatu edasiminek. Positiivsed tulemused andsid aga sageli teed ebaõnnestumisteks. Nii osutus 1670. aastal Hollandi admiral Richeri reisil Kanadasse ja Indiasse pikkuskraadide erinevus väga suureks. Huygens, olles hoolikalt analüüsinud kõigi katsete tulemusi, jõudis järeldusele, et pendel "töötab" hoolimata kõigist võetud meetmetest laeva tingimustes ebakorrektselt ega ole piisavalt usaldusväärne. Isegi väike muutus pendli pikkuses, näiteks temperatuuri tõusust (langemisest) tingitud, mõjutas oluliselt kella täpsust. Seetõttu loobus ta 1674. aastal sellest ja tegi ettepaneku kasutada kiiruse regulaatorina tasakaaluliikurit - hooratast, mis teeb vedru abil võnkuvaid liigutusi ümber tasakaaluasendi. See oli märkimisväärne samm edasi. Kuid kulus veel 100 aastat, enne kui õnnestus toota meremeeste nõudmistele vastavat merekronomeetrit.

Me võlgneme Geygensile mitte ainult pendli kellaga kohandamise, vaid ka tema teooria aluste väljatöötamise, eriti selle liikumise valemi kindlaksmääramise. 1673. aastal ilmunud teadlase raamat “Pendelkellad” on üks tähelepanuväärsemaid 17. sajandil kirjutatud mehaanikateoseid. Pole juhus, et see pandi samale tasemele Newtoni kuulsa "Principiaga".

Pendli seaduste avastamine võimaldas mitte ainult luua täpseid ajamõõtjaid, vaid aitas kaasa ka paljudele muudele avastustele ja leiutistele, V sealhulgas navigatsioonitehnoloogias.

Pendel aitas kindlaks teha, et gravitatsioonijõud maapinnal muutub. See juhtus nii. 1672. aastal läks Prantsuse astronoom Richet Pariisi Teaduste Akadeemia tellimusel Lõuna-Ameerika ekvatoriaalvööndisse vaatlusi tegema. Cayenne'i jõudes avastas ta ootamatult, et Pariisis hoolikalt kalibreeritud pendelkell hakkas päevas kahe ja poole minuti võrra maha jääma ehk pendel hakkas võnkuma palju aeglasemalt kui tavaliselt. Normaalse kiiruse taastamiseks tuli seda lühendada. Kui Richet pärast kaheaastast tööd Cayenne'is Pariisi naasis, märkas ta, et tema kell oli nüüd täpselt kahe ja poole minuti võrra kiire. Järeldus võiks olla vaid üks – gravitatsioonijõud, millest sõltub kiirendus, on ekvaatoril nõrgem kui Pariisis.

Pärast Richeti tähelepanekute avaldamist 1679. aastal puhkesid teadlaste seas vaidlused. Tehti erinevaid oletusi, kuid taktsageduse muutumise põhjust suutis mõista ainult Newton. Ta selgitas, et gravitatsiooni nõrgenemise ekvaatoril põhjustab Maa pöörlemine ja kokkusurumine, mida teadlased veel ei teadnud. Nii tõestas Newton tänu pendlile oma kabinetist lahkumata, et Maa on poolustelt kokku surutud ja piki ekvaatorit pikenenud, see tähendab, et Maa kuju on kokkusurutud ellipsoid. Siit ka külgetõmbe erinevus – mida lähemal Maa pinnal asuv keha oma keskmele, seda suurem on külgetõmme.

Hilisemad uuringud pendli abil võimaldasid selgitada Maa kuju ja luua nn tasapinna, mida arvutustes võetakse Maa pinnana. Selle pinnaga piiratud keha, mis eksisteeris ainult ookeanide ruumis ja ulatus mandrite alla, nimetati geoid. Erinevalt maakera elliposiidist ei kujuta geoid tavalist geomeetrilist kujundit. Täpse navigeerimise jaoks on väga oluline geoidi pinna asukoha määramine.

Pendel on leidnud eriti laialdast rakendust tehnilistes navigatsioonivahendites, peamiselt tundliku elemendina vertikaali määramise instrumentides, kuid sellest räägime hiljem ja nüüd pöördume tagasi pikkuskraadi probleemi juurde.

Pikisuunalise ülesande lahendamine

17. sajandi lõpp - 18. sajandi algus. tähistasid mitmed suured merekatastroofid. 1691. aastal sõitis Inglismaa ranniku lähedal madalikule mitu sõjalaeva, mis ajas Cape Dowmani segamini Cape Berry Headiga Plymouthi piirkonnas. 1694. aastal jooksis Wheeleri eskadrill madalikule oma asukoha arvutamisel Gibraltari väinas tehtud vea tõttu. Tema navigaatorid tegid arvutustes vea, uskudes, et väin on juba läbitud.

Kõige traagilisem oli Inglise admiral Claudisley Shoveli eskadrilli mitme laeva hukkumine, mis nõudis umbes 2000 inimelu, sealhulgas admiral ise. Septembris 1707 suundus 21 laevast koosnev eskadrill Vahemerelt oma kodukaldale. 21. oktoobril lähenes ta La Manche'i suudmele. Eelmistel päevadel möllas torm, päikest polnud, meremehed ei saanud laiuskraadi täpsustada, mille tagajärjel eksisid koha arvutamisel ja sattusid Scilly saarte lähistel kividele.

Nii paljude inimohvrite kaotus ja nii paljude laevade kaotus lühikese aja jooksul tekitas Inglismaal elevust. Oli ilmne, et katastroofe seostati eelkõige ebatäpsete kaartide, ebakvaliteetsete juhistega ja peamiselt suutmatusega oma asukohta täpselt määrata. Pikkuskraad muutus teravamaks, seda peeti ohutu navigeerimise võtmeks.

Pikkuskraadide määramise küsimus sai Inglise parlamendis sagedase arutelu objektiks, selle otsuse kohaselt loodi erikomisjon, kuhu kuulusid sellised silmapaistvad teadlased nagu I. Newton, E. Halley, D. Flamsteed. Parlament tegi komisjonile ülesandeks töötada välja seaduseelnõu, mis ergutaks tööd meresõiduohutuse tagamise nimel ja annaks suure tasu isikule või inimeste rühmale, kes pakkusid välja merepikkuse määramise probleemile lahenduse.

17. juunil 1714 kiitis esitatud eelnõu heaks parlament ja 1. augustil 1714 kirjutas sellele alla Inglismaa kuninganna Anne.

Selle seaduse kohaselt lubati autorile või autoritele, kes pakkusid välja projekti, mis võimaldas määrata pikkuskraadi vähemalt 1° või 60 meremiili täpsusega, suur auhind, 10 tuhat naelsterlingit; 15 tuhat naelsterlingit - kui on tagatud täpsus vähemalt 40 miili; ja 20 tuhat - 30 miili (17. sajandi 20 tuhat naelsterlingit võrdub peaaegu poole miljoniga tänapäeval). Samal ajal tegi pikkuskraadi seadus olulise reservatsiooni, et pakutud meetodit tuleb tingimata "katsetada ja hinnata selle praktilisuse ja kasulikkuse seisukohalt merel".

Samaaegselt seaduse vastuvõtmisega muudeti ekspertide komisjon merel pikkuskraadide määramise meetodite uurimise nõukoguks. Sellesse pidi kuuluma lisaks väljapaistvatele teadlastele ka Suurbritannia ülemadmiral, alamkoja president, nõukogu esimene liige mereväest, kaubandusministeeriumi esindaja, kuningliku seltsi president. , kuninglik astronoom ja kümme parlamendiliiget.

Prantsusmaa järgis Inglismaa eeskuju. 1716. aastal asutas regent Philippe, Orléansi hertsog, Prantsuse Teaduste Akadeemia poolt välja antud pikkuskraadi määramise auhinna.

Vastuvõetud pikkuskraadiseadus ja välja antud auhinnad olid heaks ajendiks tõhustada tööd navigatsiooniohutuse tagamisel. Kuid ükski nõukogule enne 1737. aastat laekunud ettepanek ei leidnud täielikult heakskiitu.

Üks esimesi taotlusi auhinnale võistlemiseks oli matemaatikute Humphrey Dittoni ja William Winstoni idee, mis avaldati 1714. aastal. Nad tegid ettepaneku ankurdada laevad teatud vahemaadel piki kõige tihedamaid mereteid, mõõtes nende geograafilisi koordinaate. Tenerife saarel kohaliku aja järgi täpselt südaööl pidi iga laev tulistama püstsuunas salve mördid, nii et mürsud plahvatasid täpselt 2000 meetri kõrgusel. Mööduvad laevad pidid mõõtma signaali peengust ja ulatust (sähvatuste vahelise aja ja helisignaali saabumise hetke alusel) ning nende järgi määrama oma asukoha.

Selle fantastilise ettepaneku kohta, nagu kirjutab Greenwichi observatooriumi ajaloolane D. House, avaldati peagi nii iroonilise sisuga luuletused:

Kaval Winstoni pikkuskraad
Varjas meie eest udus.
Kallis Ditton koos temaga
Süüdi selles pettuses.
Seega, sõbrad, maksame teile täies ulatuses tagasi.
Nende teadusmeeste teenetele,
Pikkuskraad on meie jaoks kadunud,
Aga rumalus palub meil see enda kätte võtta.

Longitude Act’i auhinda, kogusummas 22 500 naela, anti välja alles 1970. aastate keskel. XVIII sajand kaheksakümneaastane mehaanik John Harrison või, nagu teda kutsuti ka hüüdnimeks John Longitude, ülitäpse kronomeetriga kellade loomise eest (kreeka keelest "chronos" - aeg ja "metros" - mõõtmine), mis lõpuks selle saavutas. seda probleemi on võimalik lahendada sajandeid, mis on seotud lahendamatu "ringi ruudustamiseks".

Ja see algas nii. Yorkshire'i osariigi Wakefieldi maapiirkonna puusepa poeg John Harrison tundis nooruses huvi kellade vastu ja saavutas selles häid tulemusi - tema loodud kellade disainilahendusi eristas täpne ja stabiilne liikumine. 1730. aastal Londonis viibides sai ta esmakordselt teada parlamendi määratud auhinnast ja sellest, et üks pikkuskraadiprobleemi lahendamise viise seisnes täpse "ajahoidja" loomises. See ülesanne tundus olevat tema võimete piires ja ta asus tööle.

Harrison alustas juba enne Huygensit kerkinud küsimuste lahendamisega: oli vaja viia miinimumini kella sõltuvus temperatuurimuutustest, niiskusest, kaldenurgast ja laeva liikumisest. Temperatuuri kompenseerimise tagamiseks töötas ta 1725. aastal välja pendli, mis oli kokku pandud tsink- ja terasvarrastest, see tähendab erinevate paisumisteguritega erinevatest metallidest. Vardad ühendati nii, et temperatuuri muutudes ühe pikkus suurenes ja teiste pikkus vähenes. Varraste suuruse õige valiku korral jäi pendli pikkus temperatuurikõikumiste ajal muutumatuks. See tehniline lahendus andis suurepäraseid tulemusi ja nüüd otsustas ta selle rakendada uues kellas komposiitasakaaluseadme näol. Ta tegi oma ratta mitte tugeva, nagu Huygensi oma, vaid kahest joodetud ribast, millest üks oli messingist ja teine ​​terasest. See võimaldas tagada kronomeetri vastupidavuse temperatuurikõikumistele.

Harrison valmis 1735. aastal esimese kronomeetri ja esitas selle pikkuskraadinõukogule. Selle disain oli väga ebatavaline. Pendel asendati kahe suure tasakaalurattaga, mis kõikusid vastassuundades, mille tulemusena laeva liikumise mõju ühele tasakaalurattale kompenseeriti teisega. Tasakaalutajad ise, nagu juba mainisime, olid komposiit. Kellaaja näitamiseks oli ette nähtud neli numbrit – sekundid, minutid, tunnid ja päevad. Kronomeeter oli väga mahukas ja kaalus üle 30 kilogrammi, kuigi paljud selle osad olid puidust.

1736. aastal viidi E. Halley abiga ja leiutaja otsesel osalusel läbi selle kronomeetri katsetused laevadel “Centurion” ja “Orford”. Seade näitas head täpsust, mida laevakaptenid kirjalikult kinnitasid. Kuid ei Harrison ise ega nõukogu liikmed polnud tulemustega täielikult rahul, kuna laevad tegid reisi Lissaboni ja tagasi ehk mööda meridiaani ning sellise reisi puhul oli raske hinnata hoolduse täpsust. algne pikkuskraad.

1739. aastal valmistati kronomeetri teine ​​näidis. Kuid see erines esimesest vähe - see oli mahukas ja raske, nagu tema eelkäija (kõrgus umbes 1,5 meetrit ja kaal peaaegu 50 kilogrammi). Töö Harrisonit ei rahuldanud, kuid see tekitas mitmeid uusi ideid ja ta alustas kronomeetri kolmanda versiooni tootmist, mis võttis aega 19 aastat. Nõukogu otsustas katsetada uut kronomeetrit pika Lääne-Indiasse suunduva reisi rasketes tingimustes. Kampaania ettevalmistamise ajal esitas Harrison neljanda võimaluse, mis tema sõnul "ületas kõik ootused".

18. novembril 1761 suundus kronomeetritega laev Deptford, millel oli kaasas Johni poeg William, Jamaicale. 81 purjetamispäeva jooksul kogunes kella viga vaid 5 sekundit. Üsna suurt täpsust näitasid ka tagasiteel Inglismaale – Portsmouthi saabumisel oli viga koordinaatides vaid 16 miili.

Seega olid 1714. aasta seaduse tingimused täidetud ja Harrisonil oli õigus loota kauaoodatud auhinnale. Pikkuskraad otsustas aga praegu piirduda 5000 naelsterlingi suuruse tasuga, viidates andmete puudumisele ja ühekordse proovi ainulaadsusele. Harrison keeldus sellest rahast, soovides saada kõik 20 tuhat ja nõudis katsete kordamist veelgi rangemates tingimustes. Need viidi läbi 1784. aastal Tema Majesteedi laeva Tartar reisi ajal Portsmouthist Barbadose saarele. Testide erapooletuse ja nende tulemuste objektiivse hindamise tagamiseks rakendati kõige rangemaid meetmeid. Ja seekord olid nad suurepärased. Auhinna üle lõpliku otsuse tegemiseks nõudis nõukogu kronomeetri valmistamise saladuste paljastamist ja kordamise tagamiseks andis ta kellassepp Lerkum Kendallile ülesandeks teha sellest koopia.

Selle Kendalli mudeli ja veel kolm J. Arnoldi nõukogu soovitusel valmistatud mudelit viis kapten J. Cook oma teisele reisile. Kolmeaastase reisi jooksul osutus Kendalli valmistatud kronomeeter suurepäraseks. Cook kirjutas sel puhul Admiraliteedi sekretärile: „Härra Kendalli käekell ületas isegi selle kõige innukamate kaitsjate ootusi; see instrument, mille näidud korrigeeriti Kuu vaatluste järgi, oli meie ustav teejuht läbi kõigi raskuste ja kliima.

Seega sai pikkuskraadi probleem lõpuks lahendatud. Pikkuskraadide nõukogu kahtlused hajusid ja J. Garrison sai oma väljateenitud preemia.

Prantsusmaal töötasid paljud inimesed täpse ajamõõtja loomise kallal, kuid kuninglik kellassepp Pierre le Roy (1717-1785) ja Ferdinand Berthoud (1729-1807) olid selles kõige edukamad. Nende kronomeetrid läbisid pärast paljusid muudatusi lõpuks edukalt pikaajalised laevakatsed ja näitasid positiivseid tulemusi. 1773. aastal pälvis Pierre le Roy kuningliku auhinna parimate prantsuse kronomeetrite eest.

Meremehed hindasid kronomeetrite või, nagu neid ka kutsuti, "pikikellade" eeliseid kiiresti, kuid laevadel võeti neid kasutusele aeglaselt, kuna neid võis valmistada ainult kõrgelt kvalifitseeritud mehaanikud ja isegi siis väikestes kogustes. Ja need olid väga kallid. Sellest hoolimata kõik 18. sajandi teise poole suuremad reisid. tehti juba kronomeetritega. Neid kasutasid J. Cook, J. La Perouse, D. Entrecasteaux. Prantsuse hüdrograaf Joseph de Corguelin, kes 16. jaanuaril 1772 Mauritiuse saarelt Port Louisist lõunamandrit otsima asus, ei suutnud aga hoolimata suurtest pingutustest kronomeetrit kätte saada. See viis selleni, et tema avastatud ja hiljem tema järgi nime saanud saarestiku asukoht määrati veaga 240 miili, s.o ligikaudu 450 kilomeetrit.

Navigeerimiseks kasutatavate kronomeetrite masstootmist hakati Lääne-Euroopa maades valmistama alles 18. sajandi lõpus ja 19. sajandi alguses.

Venemaal mõisteti varakult täpse ajamõõtmise vajadust merekoha määramiseks. Isegi M. V. Lomonosov uskus, et parim viis pikkuskraadi määramiseks on võrrelda "aega laeva meridiaanil ja aega esimesel meridiaanil". Tegeles eriekspeditsiooni ettevalmistamisega lühima meretee avamiseks Euroopast Hiinasse, ei teinud ta mitte ainult mitmeid parandusi kellades, et muuta need laeval kasutamiseks sobivamaks, vaid pakkus välja ka oma nelja-meresõiduki kujunduse. kevadine merevaht, mis autori plaani järgi peaks tagama ühtlase liikumise ja võimaluse neid peatumata käivitada. Lomonossov juhtis tähelepanu asjaolule, et merekella liikumist mõjutavad oluliselt välisõhu temperatuuri ja laeva dünaamika muutused ning soovitas ekspeditsiooni käigus: „Pange kell laeva sisse, sellesse ossa, mis on vee all. meri, kus õhu lahustumine muutub vähe. Pealegi ei allu see asend laeva keskel nii suurele kõikumisele.»

Temperatuurikõikumiste ja kaldenurga mõju vältimiseks tegi teadlane ettepaneku kasutada ka liivakelladele sarnaseid metallist valamiskellasid, mis on täidetud spetsiaalselt tema tehnoloogia järgi valmistatud hõbedaga. Lomonossovi sõnul pidanuks selline kell võimaldama "teha astronoomilisi vaatlusi laeva meridiaanil" ja selle näitude võrdlemisel ajaga esimesel meridiaanil oleks võimalik "tuletada koha pikkuskraad".

Muidugi ei saanud selline kell kronomeetriga võistelda, kuid oluline on rõhutada teadlase püüdlust selles suunas, kes tol ajal Garrisoni töödega veel tuttav ei olnud.

Kellade valmistamine Venemaal oli sel ajal hästi arenenud. Piisab, kui meenutada selliseid silmapaistvaid meistreid nagu Venemaa Teaduste Akadeemia mehaanik I. P. Kulibin (1735-1818), tema kaasaegne T. I. Voloskov (1729-1806), L. F. Sobakin (1746-1818) jt Sobakin, kes lõi astronoomilise kella. millel polnud oma keerukuses võrdset. Need ei näidanud mitte ainult aega tundides, minutites ja sekundites, vaid reprodutseerisid ka Maa liikumist ümber Päikese ja Kuu ümber Maa ning nende asukoha muutumist fikseeritud tähtede suhtes; Päikese liikumine piki ekliptikat koos 12 sodiaagimärgi, päikesetõusu ja päikeseloojangu tähistamisega erinevates kohtades; liiga- ja mitteliigaastate vaheldumine; kuufaaside muutused, kuuvarjutused; tähtsamate linnade geograafilised koordinaadid; "igavene" kalender, mis näitab jooksvat kuud ja päevade arvu selles; päeva numbrid ja nimed; info poliitilise geograafia kohta jne.

Aga see oli muidugi suur seinakell. Vene käsitöölised tollal merekronomeetreid ei tootnud ja need osteti välismaistelt firmadelt, peamiselt inglise omadelt. Aastatel 1803–1806 reise teinud sloopidele “Nadežda” ja “Neva” paigaldati kuus kronomeetrit. ümbermaailmareisid I. F. Krusensterni ja Yu F. Lisjanski juhtimisel. F. F. Bellingshausen ja M. P. Lazarev määrasid kronomeetrite abil 1820. aasta ekspeditsioonil "Vostok" ja "Mirny". Nii märkis M. P. Lazarev oma päevikus: "Olime Tahitil oma kronomeetreid kontrollimas, mis osutusid õigeks, ja seetõttu võime järeldada, et meie avastused kanti kaartidele üsna täpselt."

1839. aastal asutati Pulkovo Observatoorium, mille eesmärk oli harta kohaselt toota: „a) pidevaid ja võimalikult täiuslikke astronoomia edule kalduvaid vaatlusi ning b) geograafilistele ettevõtetele vajalikke asjakohaseid vaatlusi. impeeriumis ja teadusreiside jaoks. Veelgi enam, c) see peab kõigi vahenditega kaasa aitama praktilise astronoomia täiustamisele...”.

Observatooriumi asutamine aitas kaasa täpsete ajamõõtjate alase töö arengule Venemaal. Eelkõige avaldati 1856. aastal “Merekollektsioonis” nr 2 Pulkovo observatooriumi direktori akadeemik V. Ya töö “Kronomeetrite kompenseerimisest”, milles ta töötas välja soovitused kronomeetri näitude reguleerimiseks. võttes arvesse muutusi nende kulgemises sõltuvalt temperatuurimuutustest. See võimaldas suurendada pikkuskraadi määramise täpsust.

1856. aastal asutatud Kroonlinna mereväe observatooriumis kontrolliti hoolikalt välisfirmadelt ostetud kronomeetreid ja saadeti seejärel laevadele. Siin uurisid nad ka oma kursi püsivust, tundlikkust temperatuurimuutustele, niiskusele jne. Kroonlinna observatooriumi astronoomi tööülesannete hulka kuulus "aja täpne määramine nii sõjaväe- kui ka kaubalaevade jaoks, kronomeetrite kontrollimine ja aja näitamine, kuni laevad reidil.

1849. aastal Venemaa toodangu näitusel esitleti juba eksponaadina vene meistri A.F.Rogini valmistatud merekronomeetrit. Alates 1865. aastast alustas Peterburis asuv August Eriksoni töökoda kronomeetrite tootmist. Selle töökoja tooted olid kõrgelt hinnatud mitmetel tööstusnäitustel ja meremeeste seas. Need on peaaegu välja vahetanud välismaalt ostetud kronomeetrid. See töökoda teenis mereväe vajadusi kuni 1902. aastani, mil ilmus Augustuse nimekaimu Karl Eriksoni teine ​​töökoda. Sõltuvus impordist viidi selle töökoja avamisega miinimumini.

Klaaskaanega metallkorpusesse paigaldatud merekronomeetri mehhanism on paigaldatud topeltkaanega puitkasti kardaanvedrustusse. Esimene avaneb siis, kui peate lihtsalt aja maha võtma, teine ​​- kui peate seadme käivitama ja selle käed seadma.

Kaasaegsete kronomeetrite ööpäevase tsükli püsivus on viidud kümnendikku sekundini. Nii on Šveitsi firma Bernard Golar S.A. loodud elektroonilisel kronomeetril Chronostat IV 18 kuud pidevat tööd mahutav aku, veekindel ja põrutuskindel korpus. Kvartskristallostsillaatori täpsus ebastabiilsetes keskkonnatingimustes on vaid 0,1 sekundit päevas. Seade suudab juhtida laeva erinevates piirkondades asuvate kellade kordajate tööd.

Nüüd teavad kõik hästi, et pikkuskraade mõõdetakse algmeridiaanist, mis läbib Londoni lähedal asuvat Greenwichi observatooriumi. Kuid see ei olnud alati nii. Antiikaja astronoomid mõõtsid pikkuskraade reeglina piirkonnast, kus nad vaatlusi tegid. Näiteks Hipparkhos võttis lähtepunktiks Rhodose meridiaani ehk Rhodose saare pikkuskraadi, kus ta elas. Tema järgija Ptolemaios pidas maailma läänepiiriks nimetatud Fortuuna saare meridiaani nulliks ja araablased lugesid pikkuskraade alates.

Cabo Verde saared / Paljud meremehed mõõtsid pikka aega pikkuskraadi surnud aja järgi sadamast, kust laev välja sõitis, või mõnest eristatavast geograafilisest punktist, näiteks saarelt, neemelt jne.

1493. aastal kiitis paavst Aleksander VI heaks Hispaania ja Portugali mõjusfääri jagava demarkatsioonijoone. See läbis 100 liigat Assooridest läänes ja paljud kartograafid kasutasid seda nullina.
meridiaan. 1556. aastal loodud teoses "Arte de Navigar" ("Navigatsioonikunst") tegi selle autor Martin Cortes ettepaneku, et pikkuskraade tuleks lugeda vertikaalsest joonest, mis on tõmmatud "läbi Assooride või Hispaaniale lähemale, kus on rohkem kaart
vaba ruum."
Alguses ei häirinud sellised lahknevused algmeridiaani valikul eriti kedagi, kuid suhteliselt täpsete merekaartide ilmumisel hakkas suvaline pikkuskraadi arvutamine sageli segadust tekitama. Iga kaardi väljaandja paigutas meridiaani sinna, kus see talle kõige rohkem meeldis. Veelgi enam, mõnel kaardil mõõdeti pikkuskraade läänes, teistel - ida suunas. Vajadus selles asjas korda teha kerkis teravamalt esile suurte geograafiliste avastuste ajastul, mil tuli kaartidele kanda uusi maid ja selgitada nende geograafilisi koordinaate.

1573. aastal andis Hispaania kuningas Philip II välja dekreedi, mille kohaselt tuleb kõikidel Hispaania kaartidel pikkuskraade mõõta Toledo linna meridiaanist läände.

Esimene katse kehtestada kõigi osariikide jaoks ühine algmeridiaan tehti 1634. aastal Prantsusmaal kardinal Richelieu algatusel kokku kutsutud juhtivate matemaatikute ja astronoomide konverentsil. Teadlased leppisid kokku, et Kanaari saarte läänepoolseima osa – Ferro – läänerannikut läbivat meridiaani peavad nulliks. Kuid sel ajal käis Kolmekümneaastane sõda ja konverentsi otsuseid ei levitatud.

1676. aastal alustas tööd kuninglik observatoorium, mis ehitati kõrgele künkale Greenwichi vana lossi kohale. Sellest vaatluskeskusest pidi saama navigeerimiseks kõige kasulikum. See asutati kuningas Charles II käsul eesmärgiga "rahuldada meremeeste vajadustega". Observatooriumi esimene suurem edu oli Flamsteedi tõestus, et Maa pöörles üsna ühtlase kiirusega, mis oli kronomeetrite abil pikkuskraadi määramisel väga oluline. Täpse ajateenistuse korraldamiseks Greenwichis tehti juba esimestel aastatel palju ära.

Greenwichi observatoorium sai kuulsaks ja meremehed hakkasid pikkuskraadi määramisel üha enam keskenduma Greenwichi meridiaanile, eriti kuna paljud meremeeste kasutatavad kaardid ja merealmanahhid olid Briti päritolu. 1871. aastaks mõõtsid juba kaksteist riiki oma merekaartidel pikkuskraade Greenwichi meridiaanist.

1884. aasta oktoobris toimus Washingtonis rahvusvaheline meridiaanikonverents, „et arutada ja võimaluse korral fikseerida meridiaan, mis sobib kasutamiseks pikkuskraadi ja standardaja nullina kogu maakeral”. Konverents kestis kuu. Märgiti, et varem esitatud ettepanekuid põhimeridiaani läbimiseks läbi Ferro ja Tenerife saarte ning ühe Jeruusalemma templi, Cheopsi püramiidi, ei saa vastu võtta. Nõuded on sellised, et meridiaan peaks läbima üht silmapaistvamat observatooriumi, mis suudab pidevalt teha kõige täpsemaid vaatlusi ning ei peaks olema vajadust juba avaldatud kaartide ja käsiraamatute suureks muutmiseks.

Kõige enam täitis neid nõudeid Greenwichi meridiaan, täpsemalt Greenwichi observatooriumi ühe teleskoobi telge läbiv meridiaan. Konverentsi resolutsioonis märgiti: "Sellest meridiaanist tuleks pikkuskraadi mõõta kahes suunas kuni 180° - ida suunas plussmärgiga ja läänes miinusmärgiga."

Raadio ajasignaalid ookeani kohal

1884. aasta rahvusvaheline meridiaanikonverents otsustas koos algmeridiaani käsitleva resolutsiooniga kasutada Greenwichi aega universaalajana. Kõik almanahhid ja merendusaastaraamatud soovitati avaldada kohaliku Greenwichi aja järgi.

Pikkuskraadi täpseks määramiseks tuleb kronomeeter seada Greenwichi ajale ja selle kulgu pidevalt jälgida. Esimeses etapis lahendati see probleem kas astronoomiliste vaatluste või standardse kellaga, mis näitab Greenwichi aega laeva väljumiskohas.

Kronomeetrite võrdlemiseks "universaalaja hoidjatega" kasutasid nad kaasaskantavaid kellasid, kuna kronomeetrit ei soovitatud uuesti liigutada, et see ei puutuks kokku raputamise ja keskkonnamuutustega. Kaasaskantavate kellade kuvamiseks kronomeetrite ilmumise koidikul kasutasid nad kaldalt saadetud signaale spetsiaalselt sadamas olevate laevade jaoks. Signaalideks kasutati prožektorite väljalülitamist, lipu langetamist, kahurist tulistamist, kella löömist jne.

1824. aastal tegi Briti mereväe kapten R. Washop ettepaneku kasutada signaalpall . 1833. aastal ehitati selline signaalseade Greenwichi kuningliku observatooriumi idatorni.

Iga päev kell 12.58 tõusis torni kohale punane pall, mis oli hoiatuseks, et kellaaeg on kontrollimiseks valmis. Võrdluskella järgi täpselt kell 13.00 vabastas observatooriumi töötaja palli toest ja see kukkus. Alates 1852. aastast juhiti palli langemise hetke elektrisignaali abil. Greenwichi signaalpall oli Thamesi jõel sõitvatele laevadele selgelt nähtav.

Telegraafi kasutuselevõtuga muutus ülesanne lihtsamaks. Nüüd võib võrdluskella saadetud elektriimpulss aktiveerida signaalseadme, kahuri, kella vms kõikjal, isegi tähetornist väga kaugel. 19. sajandi teisel poolel. Paljudes Euroopa suuremates meresadamates paigaldati telegraafiga juhitavad täpsed kellaaja signalisatsiooniseadmed.

Peterburis tegi astronoom akadeemik J. N. Delisle (1688-1768) veel 1735. aastal ettepaneku astronoomiaobservatooriumi märguande peale kellad sünkroniseerida iga päev täpselt keskpäeval, et tulistada ühest Admiraliteedi bastionist kahur. . Seda projekti ei kiitnud aga heaks keisrinna Anna Ioannovna (1693-1740) ja see jäi pikaks ajaks unustusse.

Mõte tähistada keskpäeva kahurilasuga tuli tagasi alles 19. sajandi keskel. 1862. aastal loodi Pulkovo observatooriumi ja Peterburi vahel telegraafiühendus, mille kaudu hakati edastama täpseid ajasignaale. Nende signaalide põhjal otsustati Admiraliteedi territooriumilt kahurist tulistades “keskpäevast Peterburi välja kuulutada”.

Signaal saadeti kindluse komandandi toas asunud elektrikellale. Viimased ühendati elektrijuhtmega ühe relvaga ja iga päev keskpäeval süüdati elektriahela kontakti sulgedes selles olnud püssirohi.

1905. aastal väitis Peterburi meresadama komandör, et signaallasud võimaldavad laeva kronomeetreid kontrollida vaid 1,5 sekundilise täpsusega, millest navigeerimisel ei piisa. Sellest ajast saadeti signaale ainult tsiviilvajadusteks ja seejärel peatati need täielikult. Praegu on kaadrid Peeter-Pauli kindlusest vaid austusavaldus traditsioonile. Neid jätkati 1957. aasta juunis Leningradi 250. aastapäeva tähistamise ajal.

1866. aastal vedas tolleaegne maailma suurim laev Great Eastern üle Atlandi telegraafikaablit. Selle töö käigus sai Great Easterni äsja paigaldatud kaabel kaks korda päevas telegraafi teel Greenwichist ajasignaali, mis võimaldas esimest korda maailmas ilma visuaalsete vaatlusmeetoditeta suure täpsusega kindlaks määrata piirkonna pikkuskraad. laeva asukoht avamerel.

Kuid loomulikult ei saanud kõik laevad kaableid kaasas kanda, seetõttu kandsid navigaatorid endaga kaasas mitu kronomeetrit, et suurendada vaatluste täpsust ja kaitsta end kella seiskumise tõttu ajakaotuse korral probleemide eest. nende näitude keskmine väärtus. Sama meetodit kasutati erinevate geograafiliste punktide pikkuskraadide määramise täpsuse suurendamiseks. Nii veeti 1823. aastal Doveri ja Portsmouthi pikkuskraadide erinevuse määramisel meritsi 30 kronomeetrit. 1833. aastal Läänemere koordinaatide võtmisel kasutas vene geograafi F. F. Schuberti ekspeditsioon 56 kronomeetrit ja Pulkovo observatooriumi koordinaatide määramisel oli vaja juba 81 kronomeetrit.

7. mail 1895 demonstreeris vene teadlane ja elektriinsener A. S. Popov (1859-1905/06) Venemaa Füüsikalis-Keemia Seltsi füüsikaosakonna koosolekul esimest korda maailmas enda leiutatud raadiovastuvõtjat. Sündis elektriside ilma juhtmeteta. 1896. aasta märtsis edastati maailma esimene kahesõnaline radiogramm "Heinrich Hertz" 250 meetri kaugusele. 1897. aasta kevadel ulatus raadioside ulatus 600 meetrini ja 1901. aastal juba 150 kilomeetrini.

Raadio leiutamine muutis radikaalselt kogu ajateenistust, sealhulgas laevadel.

Ameeriklased kasutasid esimestena võimalust edastada ajasignaale raadio teel navigatsiooni vajadusteks. 1904. aastal hakkas selliseid signaale Navesinka osariigist edastama USA mereväe raadioteenistus. 1905. aasta jaanuaris alustas keskpäevaste signaalide regulaarset edastamist Washingtoni raadiojaam ja 1907. aastal Saksamaa raadiojaam Norddeutsch.

1908. aastal otsustas Prantsuse pikkuskraadibüroo edastada Eiffeli tornist raadioajasignaale. Regulaarsed saated algasid 23. mail 1910 südaööl. Pariisi observatooriumi signaalpendel sulges kõikudes elektriahelas kontakti ja aktiveeris kaabli kaudu Eiffeli tornile paigaldatud kiirgava raadiojaama relee. Selle raadiojaama rütmilised signaalid võimaldasid määrata kronomeetrite ajastamise vigu 0,01 sekundi täpsusega. Alates 1912. aastast alustas ajasignaalide edastamist ka Greenwichi observatoorium.

Aja hoidmine on muutunud palju lihtsamaks. Meremehed said nüüd oma kronomeetreid kontrollida sadamasse sisenemata. Lisaks ei olnud vaja luua eriti täpseid laevakronomeetreid, mis suudaksid Greenwichi aega kaua ja ilma kontrollideta salvestada.

Iga aastaga kasvas ajasignaale edastavate raadiojaamade arv. Lisaks määras igaüks oma signaali edastamise aja ja koodi. Tekkis vajadus seda tööd kuidagi sujuvamaks muuta ja 1912. aasta oktoobris kogunes Pariisis Prantsuse Pikkuskraadide Büroo eestvõttel 16 Euroopa ja Ameerika riigi konverents raadiotelegraafi ajaedastuse teemal. Konverentsist võtsid osa ka kolm delegaati Venemaalt: Pulkovo observatooriumi direktor, akadeemik O. A. Backlund, kaubandus- ja tööstusminister, Kaalude ja Mõõtude Peakoja mehaanik F. I. Bljumbach ja mereministeeriumist abi kohusetäitja. Hüdrograafia Peadirektoraadi juhatajale kapten 1-järguline A. M. Bukhteev.

Konverents kinnitas alates 1. juulist 1913 kõigi riikide raadiojaamade jaoks ühtse ajasignaalide süsteemi Onogo ning soovitas ka sellist raadiojaamade ajakava, et need üksteist ei segaks. Ka nendele raadiojaamadele, mis võivad tulevikus ilmuda, oli ette nähtud ka ajakava. Eeldati, et igal pool maakera pinnal, välja arvatud polaaralad, saab vastu võtta vähemalt ühe ajasignaali päevas. Täheldati vajadust edastada lisaks tavalistele üldkasutatavatele signaalidele ka spetsiaalseid signaale "teaduslikul eesmärgil".

Raadio mitte ainult ei võimaldanud saata eetrisse konkreetsete observatooriumide referentskellade ajasignaali, vaid avas ka võimaluse nende toodetud aega "ühitada", st luua ühtne rahvusvaheline süsteem täpse aja genereerimiseks. , mis võimaldas kõrvaldada erinevate observatooriumide aegade lahknevuse.

Selle idee elluviimiseks valis konverents Pulkovo observatooriumi direktori akadeemik O. A. Backlundi juhtimisel spetsiaalse „eel“ rahvusvahelise ajakomisjoni. See komisjon töötas välja rahvusvahelise ajabüroo loomise projekti ja saatis eri riikide valitsustele ettepanekud liituda rahvusvahelise ajateenistusega, et korraldada ülitäpse ühendatud aja edastamine kogu maakerale. Esimene maailmasõda aga peatas selle töö.

Selle küsimuse juurde pöörduti tagasi 1919. aastal Brüsselis toimunud konverentsil, kus loodi Rahvusvaheline Astronoomialiit. Selle liidu samal aastal toimunud kongressil asutati alaline Rahvusvaheline Ajabüroo, mille ülesandeks oli koordineerida ja teha kokkuvõtteid maailma kõigi ajateenistuste tööst.

Venemaal algas raadioajasignaalide regulaarne vastuvõtt mais 1913. Juba 1914. aastal üritati raadioajasignaalide abil selgitada Pulkovo observatooriumi pikkuskraade. 1920. aastal hakkas Pulkovos asuv astronoomiaobservatoorium regulaarselt edastama täpseid ajasignaale. Signaale edastati Petrogradi raadiojaama “New Holland” kaudu iga päev, esmalt kell 19.30 ja alates juulist 1921 kell 19.00 universaalse aja järgi. 25. mail 1921 hakati signaale edastama Hodõnka Moskva Oktoobri raadiojaama kaudu.

Tuleb märkida, et raadiosignaalide “New Holland” ja “Khodynka” autorid ei võtnud kasutusele rahvusvahelist “Onogo” süsteemi, vaid leiutasid mingil põhjusel oma süsteemi, millele kuulus Nõukogude hüdrograaf-geodees N. N. Matusevitš tugevalt vastu. (1875-1950). 1923. aastal avaldas ta artikli “Märkused hüdrograafia kohta”, milles ta näitas uue navigaatorite süsteemi ebamugavust ja selle puudusi võrreldes rahvusvahelise süsteemiga ning tegi ettepaneku minna üle süsteemile “Onogo”.

Sel perioodil hakkasid navigatsiooniotstarbelise aja teenindamisel suurt rolli mängima ka Kroonlinna, Nikolajevi, Sevastopoli, Vladivostoki ja Akhangelski mereastronoomilised vaatluskeskused. Nende ülesandeks oli määrata standardkellade korrektsioonid ja määrata igapäevane astronoomiline poolpäev.

1948. aastal loodi meie riigis Ministrite Nõukogu riikliku standardikomitee juurde Ühtse ajateenistuse osakondadevaheline komisjon, mille põhiülesanneteks oli täpsete ajasignaalide edastamisega seotud küsimuste lahendamine ja töö koordineerimine selles. erinevate huvitatud osakondade ala.

Praegu edastab võrdlusaja infot raadiojaamade ja televisiooni kaudu Riigi Aja- ja Sagedusteenistus (STSF), mis ühendab endas astronoomiliste vaatluste tegevusi, ajasignaalide vastuvõtmist ja edastamist 21 observatooriumist, sealhulgas välismaistest vaatluskeskusest. Teave ajasignaale edastavate kodumaiste ja välismaiste raadiojaamade ning nende saateprogrammide kohta avaldatakse bülletäänis “Referentssagedus ja ajasignaalid”, mille on välja andnud Ühtse ajateenistuse osakondadevaheline komisjon nõukogu riikliku standardikomitee juures. ministritest.

Kodumaiste juhtivate raadiojaamade edastatavate täpsete ajasignaalide kõrvalekalle riigi aja- ja sagedusstandardi skaalast ei ületa 0,00003 sekundit. Riigi ringhäälingujaamad edastavad iga tunni lõpus ajakontrolli signaale kuue sekundilise impulsi kujul. Viimane kuues signaal vastab järgmisest tunnist kella 00:00-le.

Põhjalikult on muutunud ka vaatlusaja tootmise ja säilitamise täpsus vaatluskeskustes. Greenwichi observatooriumi asutamise ajal saadi täpne ajatempel spetsiaalsete astronoomiliste vaatluste abil. Seda tehti läbipääsuinstrumendiga - teleskoobiga, mis paigaldati rangelt piki meridiaani. Ajahetkede määramine viidi läbi, jälgides tähtede kujutise läbimist läbi okulaari keerme. Mida täpsemalt astronoom märgib hetke, mil täht läbib okulaari keerme, st läbi vaatleja meridiaani, seda täpsemalt saab määrata astronoomilise kella korrektsiooni ja seega ka kohalikku aega. Momentide määramise täpsus selle meetodiga oli mitu kümnendikku sekundit. Täpsust oli võimalik mitu korda suurendada, kasutades teleskoobi okulaari väljas tähe läbimise automaatseid salvestajaid, eelkõige fotoelektrilisi seadmeid, kronograafe, fotograafilisi seniittorusid ning muid vahendeid ja meetodeid.

Astronoomiliste vaatluste vahel peeti aega observatooriumides, kasutades mehaanilisi pendelkellasid ja kronomeetreid. Kõrge täpsuse tagamiseks paigutati sellised kellad sügavatesse keldritesse, kus oli lihtsam tagada püsiv temperatuur ja atmosfäärirõhk ning kaitsta instrumente võimalike põrutuste eest. Praegu kasutatakse ajahetkede saamiseks aatomistandardeid, mis reprodutseerivad efemeriidi sekundi kestust, st matemaatiliselt ühtlast aega, veaga mitte rohkem kui 10-12-10-13 sekundit.

Aatomkell põhineb keemiliste elementide, eriti tseesiumiaatomite aatomite võnkeprotsessidel, mis esinevad erakordse püsivusega.

Sellist aja standardimise ja leviedastuse suurt täpsust on vaja eelkõige teadus- ja eriotstarbel (kosmosenavigatsioon, raadionavigatsioon, side jne). Mere taevanavigatsiooni jaoks on nõuded oluliselt madalamad. Seega piisab taevase navigatsiooni mõõtmiseks universaalaja teadmisest sajandiku-kümnendiku täpsusega. Igapäevaste tegevuste puhul ei tohiks laeva merekell täpsest kellaajast erineda rohkem kui 0,25 minutit.

Navigeerimise ja astronoomiliste määramiste täpse aja pakkumiseks, vahiteenistuse korraldamiseks ja muude probleemide lahendamiseks kaasaegsetel laevadel ja alustel on loodud spetsiaalne ajateenistus. Selle funktsioonide hulka kuuluvad:

- täpse universaalse ajasalvestuse tagamine;

- täpse aja raadiosignaalide vastuvõtmine ning kronomeetrite ja merekellade korrektsioonide arvutamine;

- “ajahoidjate” töö jälgimine ja teenindamine;

- täpse aja kohta info jagamine erinevatele postitustele jne.

Kronomeetrit hoitakse alati samas kohas – tabelitabeli spetsiaalses lahtris. Seda ei saa liigutada, välja arvatud remondi või demagnetiseerimise korral laeval (elektromagnetväljade mõjul võib kronomeetri igapäevane käik oluliselt muutuda). Kronomeetri hoiukoht tuleb eemaldada magnet- ja elektromagnetväljade allikatest, vibratsiooni tekitavatest mehaanilistest paigaldistest ja äkilisi temperatuurikõikumisi tekitavatest termilistest joontest.

Kronomeetri universaalaja järgi seadistamiseks seatakse eelnevalt raadiosignaalide lähima Greenwichi aja järgi näidud. Signaali vastuvõtmise hetkel käivitatakse kronomeeter, pöörates seda ümber vertikaaltelje 40-45°. Pärast seda kontrollitakse kellaaja täpsust ja määratakse parandused, võrreldes mõne teise ajastandardiga või järgnevatel tundidel edastatavate raadiosignaalide abil.

Kui on vaja eriti suurt täpsust, siis võetakse standardsete sekundite signaalid vastu mitu korda järjest, salvestades kronomeetri näidud ja arvutatakse keskmine väärtus. Maksimaalne viga kronomeetri korrektsiooni määramisel kuuldavate signaalide vastuvõtmisel on 0,2–0,5 sekundit.

Aja registreerimiseks astronoomilistel vaatlustel kasutatakse nn tekikella, mis on 0,2-sekundilise sammuga liikuva sekundiosutiga kaasaskantav kell ehk stopper. Vaatluste käigus seatakse kellad kronomeetri abil võrdlusmeetodil universaalajale. Lühikeste ajavahemike mõõtmiseks kasutatakse stopperit.

Valgustite kõrguste mõõtmise hetkel fikseeritakse aeg ning seejärel arvutatakse vastavaid korrektuure arvesse võttes Greenwichi vaatlusaeg.

Paljudele laevadele ja laevadele on praegu paigaldatud elektrooniline laevaajasüsteem (SVEC).

Süsteem koosneb funktsionaalselt ja struktuuriliselt terviklikest moodulitest, mis võimaldavad moodustada erinevaid konfiguratsioone sõltuvalt laevade ja aluste nõuetest.

Süsteemi aluseks on kvartskronomeeter KH, pakkudes ajasalvestust veaga, mis ei ole halvem kui üks sekund 40 päeva kohta. Selline täpsus saavutati tänu piesokvartsplaadi omadustele, kui sellele rakendatakse elektrivoolu, teostada perioodilisi võnkumisi äärmiselt konstantse sagedusega ja väikese sumbumisega. Kvartskristalli elastsed võnked asendasid pendli võnkumisi. Kvartskronomeeter kasutab väikest sagedusostsillaatorit, mida stabiliseerib kvarts. Tekitatud võnkumised muundatakse elektroonilise vooluringi abil signaalideks, mis juhivad kellaosutite või digitaalkuvarite liikumist.

Kvartskelladele mõjub temperatuur, niiskus, rõhk jms vähem kui mehaanilised kronomeetrid.

Kvartskronomeetri poolt genereeritud kodeeritud ajasignaal saadetakse kellajaama SChS sihverplaadi indikaatori ja digitaalse kellajaamaga SCHTS digitaalsete ajaindikaatoritega. SChS teisendab kronomeetrilt tuleva ajakoodi repiiterite kaudu juhitavateks impulsside jadaks R elektroonilise sekundaarse kella töö EHF, mida saab paigutada erinevatele laevapostidele kuni 500 meetri kaugusele SChS.

Rääkima SChSÜhendada saab kuni 100 kella. Kui kasutatakse kuni 10 tundi, saab need ühendada otse kronomeetriga ilma kordajateta.

SCHTS teisendab selle sisendil vastuvõetud ajakoodi paralleelseks kahendkoodiks kümnendkoodiks, mis juhib nelja sekundaarse digitaalkella tööd PVC. Digitaalekraanid kuvavad teavet praeguse kellaaja kohta tundides, minutites, sekundites ja sekundikümnendikestes. Lihtsalt digitaalse kella asemel saab täpse ajakoodi väljastada digitaalsele arvutile TsVM, täpse ajaga seotud probleemide lahendamine.

Peal PVC Esipaneelil oleva nupu ja kella kaugjuhtimispuldi abil on võimalik salvestada praegust kellaaega ning vajadusel lülitada välja ja sisse sekundikümnendiku indikaatorid ilma kronomeetrilist infot kaotamata.

Ajasüsteemi modulaarne ülesehitus võimaldab paigaldada laevale SVEC ainult sihverplaadi näidikutega või ainult digitaalsete näidikutega või mõlemaga.

Toite katkemisel vooluvõrgust lülitub süsteem automaatselt akudele. SVEC-i automaatseks sidumiseks ajasignaalidega kasutatakse raadioparandusseadet DBK. Automaatse sidumise täpsus ei ole halvem kui 0,03 sekundit. Joondamist saab teha ka käsitsi, st kõrva kaudu signaalide vastuvõtmisel. Selle valiku sidumisviga ei tohiks ületada 0,3 sekundit.

SVEC-i kasutuselevõtt suurendab aja salvestamise täpsust ja hõlbustab oluliselt taevaste navigatsiooniprobleemide lahendamist.

Laevade ja aluste igapäevane tegevus on korraldatud vastavalt laevaajale, mis võib vastavalt lahendatavatele ülesannetele vastata nii navigatsiooniala standardajale kui ka Moskva või maailmaajale. Sel ajal on seatud laeva merekell ja sekundaarne SVEC-kell.

sellel pidi olema kolm kronomeetrit.

Kui "NEVA" ja "NADEZhDA" I. Krusensterni juhtimisel

aastal 1803 asusid nad oma esimesele ümbermaailmareisile,

“Ristlejale “BAYAN” toodi raudteed mööda kolm Kroonlinna astronoomiaobservatooriumist välja antud lauakronomeetrit ja kaks võrdluskella. Vaid paar päeva seisid kronomeetrid hotellitoas, samal ajal kui neile tehti ruumi navigaatoris. ohvitseri kajut, misjärel viidi nad ettevaatlikult üle ristlejale ja seejärel hakati neid uurima. http://vchernik.livejournal.com/41953.html

Mere kell- See on spetsiaalne seade täpse aja mõõtmiseks laevadel. Aksessuaar on ootuspäraselt varustatud minuti- ja tunniosutitega. Huvitav on sellise kella kerimise hetk. Need algavad kord nädalas kindlal päeval. Vastavalt reeglitele peab laeva lahinguüksuse isikkoosseisu erimadrus iga päev enne lipu heiskamist kronomeetrit kontrollima.

Üks kord Just merenavigatsiooni vajadused tõid kaasa eriti täpse liikumisega kellade – kronomeetrite loomise.

Huvitav on see, et suurte geograafiliste avastuste ajastul läks ilma suure täpsuseta seadmeid.

Kartmatud pioneerid avastasid uusi maid ja uusi mereteid, tuginedes ainult kompassi, astrolabi näidule või isegi tähtede järgi navigeerides.

Alles siis, kui maailm jagunes ja selle kaardile ilmusid tohutud koloniaalimpeeriumid, muutus küsimus laevade ohutusest avamerel eriti teravaks.

Loomulikult muretses selle pärast esimesena Suurbritannia, mis selleks ajaks hõivas umbes veerandi kogu maakera pinnast.

1714. aastal määras Briti parlament 20 tuhande naelase (tänapäevaste standardite järgi ligikaudu kaks miljonit dollarit) eriauhinna seadme loomise eest, mis suudab määrata laeva pikkuskraadi kõikjal Maa peal poole kraadise täpsusega (võrdne). kuni 30 minutit geograafilist pikkuskraadi).

20 tuhat naela täpsuse eest

Ookeani navigatsiooni intensiivsuse kasvades hakkas murettekitava kiirusega suurenema mitte niivõrd "vastupandamatute loodusjõudude ja vältimatute mereõnnetuste tõttu" hukkunud laevade nimekiri, vaid seetõttu, et kaptenid ei suutnud oma asukohta väljaspool nähtavust määrata. ranniku vaatamisväärsustest.

Selleks peab meremees teadma kahte suurust – geograafilist laiust ja pikkuskraadi. Ja kui selle probleemi esimesele poolele leiti lahendus 15. sajandi keskpaigaks, siis pikkuskraadi määramisega oli olukord palju keerulisem.

Pikkuskraadi, st meridiaani, millel laev praegu asub, määramise probleemi üle võitlesid praktilised kaptenid, kes küpsetasid pimedaks ookeanitormid ja kahvatud tugitooliteoreetikud, kes polnud oma elus merd näinud.

Üsna kiiresti leiti probleemile teoreetiline lahendus.

Tänu Titanicu raskele tööle Taani astronoom Tycho Brahe ja selliste teoreetikute nagu Johannes Kepler ja Isaac Newton geniaalsus võimaldas arvutada erilisi “Valgustite kõrguste ja asimuutide tabelid” (TVA) iga aasta kohta.

Olles mõõtnud tähe kõrguse horisondi kohal ja teades kohalikku, st laevaaega, peate minema TVA-sse ja seejärel lihtsad arvutused koha pikkuskraadi saamiseks, aga ühel tingimusel: peate võimalikult täpselt teadma kohaliku aja ja teatud geograafilise punkti aja erinevust, mille alusel TVA-d koostati.

Vaadates veidi tulevikku, oletame, et geograafid üle maailma võtsid vastastikusel kokkuleppel selle punkti kui kuulus Greenwichi observatoorium Inglismaal Ja. Seega oli tegemist pisiasjadega: “säilitada” Greenwichi aeg laevas. Lihtsalt!

KRONOMEETRIA TEHNOLOOGIA

Laevaehitusinsener akadeemik A.N. Krylov märkis kord ühele mõõdutundetult kiidetud teadlasele, et avastus moodustab 2% ideest ja 98% teostusest. Täpselt nii juhtus pikkuskraadi määramise probleemiga: kõik teavad, mida tuleb teha, aga keegi ei tea, kuidas.

Neil purjetamis- ja sõudmisaegadel oli laeval aja mõõtmine väga raske protsess!

Selleks kasutati liivakella - pooletunnine, hiiglaslik, nagu kaks kaheliitrist omavahel ühendatud purki, murdosakesed - väiksemad, kuni väikesed pooleminutilised. Vahtivahi midlaeva ülesandeks oli jälgida liiva voolamist ja õigel ajal suurt kella keerata, lüües aega laevakellaga (seetõttu mõõdetakse mereväes ikka aega “kolbidega”).

Igal keskpäeval kohandati selliste kellade kurssi vastavalt päikesele ja loendus algas uuesti - kuni järgmise lõunani.

Loomulikult oli selle aja mõõtmise meetodi täpsus pehmelt öeldes väga tingimuslik.

Ja ju olid rikaste majade elutubades juba ammu tiksunud tavalised mehaanilised kellad, millel on näpunäited, kuid probleem oli selles, et merel ei tulnud kõne allagi!

Selliseid kellasid juhiti ketil oleva raskuse abil ja liikumist reguleeris pendel. Selge see, et mereoludes polnud sellisest mehhanismist kasu.

Siiski õnnestus meil leida asenduskaal sõna otseses mõttes lähedalt - relvameistritelt.

Musketi nn rattalukus tekitas tulekivist sädeme soonega ratas, mida ajas keerdspiraalvedru; Ühendades selle ankurmehhanismiga, oli võimalik saada energiaallikas, mis ei olnud pigistamise suhtes tundlik. Aga kuidas on pendliga?

HUYGENS, HOOK JA TEISED
Tehnikaajalugu on täis episoode, mil on üsna raske kindlaks määrata konkreetse leiutise prioriteetsust. Eelkõige, keda tuleks pidada tõeliseks leiutajaks - seda, kes esimesena seadme põhimõtte välja mõtles, või seda, kes suutis selle praktiliselt rakendatavaks muuta?

Kronomeetri loomise ajalugu on selles mõttes väga indikatiivne.

1674. aastal tegi Hollandi teadlane ettepaneku asendada pendel tasakaaluliikuriga.

Christiaan Huygens,

muide, see on temaJust tema mõtles välja kella tööpõhimõtte - ankurdusmehhanismi, käigukiiruse regulaatori. See on sama tasakaal, mida näete mehaanilise kella avamisel.

Kahjuks selgus, et kõigest ühe kraadine temperatuurimuutus aeglustab või kiirendab selliste kellade kiirust 20 korda rohkem kui pendliga!

Selge on see, et sellise purjetamise ebastabiilsusega ei saanud purjetajad rahul olla.

Pettumus oli nii suur, et Huygens loobus plaanist luua merekronomeeter.

Peaaegu samaaegselt Huygensiga konstrueeris sama seadme väljapaistev füüsik, Inglane Robert Hooke. Kuid ta ei lõpetanud ka tööd.

Samal ajal kasvasid raskused kronomeetri loomisel.

Selgus, et isegi õhutakistus mõjutab käigu täpsust!

Pöörledes tekitas tasakaaluratas enda ümber õhupööriseid, mis muutis ka mehhanismi kiirust...

Leiutajatel oli millestki loobuda ja loobuda.

ISEÕPETUD PÜSIVUS
Yorkshire'i puusepp, kes tegeles kronomeetri probleemiga John Harrison, ilmselt just nMa ei teadnud sedavõimud tunnistasid selle lahendamatuks ja seetõttu läks ta juba enne teda käidud teed, korjates samu sinikaid ja konarusi nagu tema eelkäijad, kuid tõelise briti kõigutamatu visadusega, jätkates ikka ja jälle otsinguid.

Tema esimene Admiraliteedi isandate säravate silmade ees esitletud kronomeeter oli geniaalne toode, mis kaalus koguni 35 kg. See sisaldas palju pendleid, mis kõikusid erinevates tasapindades, et kompenseerida kallutamise mõju, mis oli Hooke-Huygensi mehhanismidega võrreldes samm tagasi.

Pole üllatav, et 1735. aastal läbiviidud katseid võis vaevalt edukaks nimetada. “Kronomeetriga nr 1” varustatud Inglise laev sõitis Lissaboni ja tagasi ning kell tiksus koguni 6 minutiga, mis ekvatoriaallaiuskraadidel kaugusena oli 111 miili!

Pärast hoolikat kaalumist loobus Harrison selle disaini muutmisest ja võttis aja maha, mis kestis koguni 25 aastat.

Selle aja jooksul ei kordanud ta mitte ainult kõiki selles valdkonnas enne teda tehtud leiutisi, vaid ka täiustas neid põhjalikult, olles siiski loonud mehhanismi b Üldiselt pole see tänaseni olulisi muudatusi läbi teinud.

1761. aastal sõitis Tema Majesteedi laev Deptford Portsmouthist Jamaicale.

Räägime sellest, kuidas merekronomeetrid aitasid luua impeeriume

Koordinaatide määramine merel on pikka aega olnud kunstidest kõige olulisem. Kui kaptenid õppisid 15. sajandil kindlaks määrama laeva asukoha laiuskraadi tähtede ja pooluse kõrguse järgi horisondi kohal, siis täpse pikkuse määramise meetodi otsimine venis järgmise kolme sajandi jooksul. Ja need otsingud meenutasid aatomipommi loomist: kes teistest ette jõuab, saab tugevamaks.

Oli ju äsja lõppenud suurte geograafiliste avastuste ajastu ja Euroopa juhtivad suurriigid tahtsid lagedaid maid iga hinna eest endale välja tuua. Kaubandus ja laevandus laienesid neil päevil kiiremini kui tööstus: milleks toota midagi, kui saate lihtsalt rüüstata, tuua ja müüa vapustava kasumi eest.

Kõige maitsvamad kolooniad olid läänes ja idas ning sinna reisides oli pikkuskraadi tundmine ülimalt vajalik. Paljud laevad hukkusid enne, kui jõudsid soovitud sihtkohast vaid mõne miili kaugusele, kuna hirm ja mässuoht laeval sundisid kapteneid tagasi pöörduma. Tormide ja udude ajal põrkasid veelgi rohkem vastu rannakalju.

Selle tulemusena kuulutas Inglise parlament 1714. aastal välja rahvusvahelise konkursi, et luua vahend või meetod pikkuskraadi määramiseks 20- või 30-miilise veaga reisil Lääne-Indiasse ja tagasi.

Sõltuvalt pikkuskraadi määramise täpsusest anti välja ka 10, 15, 20 tuhande naelsterlingi suuruseid auhindu (tol ajal kolossaalne raha). Selle seaduse ettepanekute vastuvõtmiseks ja kaalumiseks loodi Pikkuskraadi büroo, mida juhib füüsika isa Isaac Newton.

Sir Isaac Newton

Algusest peale oli pikkuskraadi määramiseks kaks võimalust: astronoomiline ja mehaaniline, kella abil.

Astronoomiat toetas Galileo Galilei, kes lõi üldiselt hea meetodi enda avastatud nelja Saturni satelliidi varjutuse perioodide pikkuskraadide määramiseks. Seda polnud aga mõnikord võimalik teha isegi Itaalias, kus pilved on haruldased külalised.

Mida saab mere kohta öelda: kõigepealt proovige kerge õõtsuva liigutuse ajal vähemalt Saturn teleskoobiga püüda, rääkimata selle satelliitidest. Mis puudutab mehaanilist meetodit, siis pärast mitmeid katseid merekella ette kujutada, kirjutas Newton, olles neid uurinud, 1714. aastal:

Täpse kella abil saate määrata pikkuskraadi. Kuid kuna laev on pidevas liikumises, kogeb kuumuse ja külma muutusi, kokkupuudet niiske ja kuiva õhuga ning gravitatsioonijõud muutub erinevatel laiuskraadidel, pole sellist kella veel võimalik luua ja on ebatõenäoline, et see juhtub. kunagi tulevikus juhtuma.

Ja ometi sundis ennekuulmatu tasu selle aja parimaid mõistusi pingesse ja 1735. aastal lõi Briti meister John Harrison (1693-1766) suurepärase merekronomeetri H1 “Grasshopper”.

Merekronomeetrite looja on John Harrison. Foto: http://www.rmg.co.uk

Pendli rolli selles täitsid kaks pikka tasakaalukangi, mille mõlemas otsas olid kuulid. Keskelt omavahel ühendatuna moodustasid nad vastassuundades võnkuvate pulkadega tähe X, mis seeläbi neutraliseerisid kangutamise efekti. Kange vedasid neli tasakaaluvedru. Temperatuuride erinevusi kompenseerisid messingist ja terasest vardad, mille külge kinnitati vedrude otsad.

John Harrisoni esimene merekronomeeter H1 (“Grasshopper”), 1735. Foto: http://collections.rmg.co.uk

Testreisil Lissaboni ja tagasi pälvis "Grasshopper" väga positiivseid hinnanguid ning Greenwichi observatooriumi aruannetes ilmus teade Harrisoni leiutise kohta. See kõik aga ei veennud parlamenti andma Harrisonile vajalikku lisatasu, ta sai vaid toetust uute kronomeetrite loomiseks.

On lugu, et John Harrison ei olnud eriti mures selle pärast, et talle ei antud rohutirtsu leiutamise auhinda, kuna tema kronomeetri ostsid salaja piraadid, kes maksid talle nõutust rohkem.

Meister täiustas oma kronomeetrit terve elu. Teine kronomeeter H2 erines esimesest impulsi stabiliseerimiseks vahevedrudega seadme poolest.

Selles keriti iga poole tunni järel üles kaks spiraalvedru ja pöördemoment oli alati samal tasemel. Ka mehhanismis oli pideva jõu moodulina kaitsme. Nad ei katsetanud H2, sest seal oli sõda Hispaaniaga ja Admiraliteedi kardeti, et hirmuäratav strateegiline relv – kronomeeter – satub vaenlase kätte.

Kui esimest “rohutirtsu” hoitakse Greenwichi observatooriumis, siis H2 ja H3 saatus pole nii teada (kuigi nende mehhanismide ülesehitust kirjeldatakse väga üksikasjalikult). Ma arvan, et siin olid ka piraadid.

John Harrisoni merekronomeetrid - H2 ja H3. Foto: http://collections.rmg.co.uk

Ja Harrison sai 1759. aastal ikkagi oma 20 tuhande naela suuruse preemia H4 kronomeetri eest, mis oli juba sarnane meile tuntud merekronomeetritega – omamoodi laua- või väga suur taskukell.

John Harrisoni esimene merekronomeeter H1 (“Grasshopper”) 1735. koos auhinnatud kronomeetriga H4 aastast 1759. (keskel). Foto: http://www.e-reading.club/chapter.php/103039/23/Hauz_-_Grinvichskoe_vremya_i_otkrytie_dolgoty.html, http://collections.rmg.co.uk

Mehhanism paiknes kahes 10,5 cm läbimõõduga hõbedases sihverplaadis. Sellel valgel taustal olid musta värvi kaunistused. Terasest tunni- ja minutiosutid on värvitud siniseks; oli ka keskne sekundiosuti, mis pöörles kahe teise käe vahel. Kell oli keritud läbi sisekorpuse tagaküljes oleva augu.

John Harrison H4 merekronomeeter. Foto: http://collections.rmg.co.uk

Harrisoni merekell nr 4, erinevalt tema esimesest kolmest merekellast, ei olnud kardaani külge riputatud, vaid laeva veeremise ajal asetati see pehmele padjale ning väliskesta ja gradueeritud kaare abil fikseeriti selle asukoht. saab reguleerida nii, et see oleks veidi horisontaalselt kaldu.

Meistri poeg William katsetas neid Jamaica reisil. Deptford purjetas Portsmouthist 18. novembril 1761 ja kui see 61 päeva hiljem Port Royalisse jõudis, jäi H4 maha vaid 9 sekundiga!

Olles omandanud täpse kella, saavutasid kuningliku mereväe kaptenid teiste jõudude laevade ees kolossaalse eelise ja just tänu kellale tekkis peagi suur Briti impeerium, millele Päike kunagi loojunud ei olnud.

Kui hispaanlased, prantslased ja hollandlased olid sunnitud igaks juhuks varuma kümneid tünnid magevett ja toitu, siis britid, kellel on täpset teavet pikkuskraadide kohta, varusid toidu "taglase" asemel lisatünnid püssirohtu, kahureid. ja kahurikuule, mis reeglina otsustasid lahingute tulemuse nende kasuks.

Kuid John Harrisoni olulisim teene on see, et ta sisendas usaldust teistesse parimatesse meistritesse: Larkum Kendall, Thomas Muge, John Arnold, Pierre Leroy, Ferdinand Berthoud, Abraham-Louis Breguet. Ankrupõgenemise leiutamisega muutusid kronomeetrid veelgi täpsemaks ja Ulysses Nardin saavutas kuulsuse suurima tootjana.

Merekronomeetrid tarnisid Saksa mereväele A. Lange & Söhne firmast Glashütte. Ja kui kogu varustus koos tehnilise dokumentatsiooniga võõrandati ja Nõukogude Liitu viidi, hakkasid Nõukogude laevad varsti vastu võtma Poljoti merekronomeetreid, mille mehhanism oli täpne ALS 48 kaliibri koopia.

Ja nüüd, kui GPS-satelliitidega ühendatud pardaarvutid määravad laeva koordinaadid automaatselt, eelistavad kogenud kaptenid igaks juhuks omada vana head mehaanilist merekronomeetrit.

Artikli autor: Timur Baraev

leidsid tekstist vea? valige see ja vajutage ctrl + enter

Mõõtes täpselt aega, teadaolevat kindlat asukohta, nagu Greenwichi keskmine aeg (GMT) ja kellaaega teie praeguses asukohas. Kui see 18. sajandil esmakordselt välja töötati, oli see suur tehniline saavutus, kuna pika merereisi ajal on täpne aja tundmine vajalik ilma elektrooniliste või sidevahenditeta navigeerimiseks. Esimene tõeline kronomeeter oli ühe mehe, John Harrisoni elutöö, mis hõlmas 31 aastat järjepidevat katsetamist ja katsetamist, mis muutis merenduse (ja hiljem ka õhu)navigatsiooni ning võimaldas avastuste ajastul ja kolonialismil kiirendada.

Tähtaeg kronomeeter tekkis kreeka sõnadest kronosoomid(ajaväärtus) ja meeter(vastuväärtus) 1714. aastal Jeremy Tuckeri poolt, kes oli samal aastal pikkuskraadiseadusega kehtestatud auhinna varane konkurent. Viimasel ajal on seda laialdasemalt kasutatud kella kirjeldamiseks, mis on testitud ja sertifitseeritud vastama teatud täpsusstandarditele. Šveitsis valmistatud ajanäitajad võivad kuvada sõna "kronomeeter" ainult siis, kui need on sertifitseeritud.

lugu

Asukoha määramiseks Maa pinnal on vajalik ja piisav teada laius-, pikkus- ja kõrguskraadi. Merepinnal töötavate laevade puhul võib kõrguse kaalutlusi loomulikult ignoreerida. Kuni 1750. aastate keskpaigani oli täpne navigeerimine merel maismaa pilgu järgi lahendamata probleem, kuna raskusi oli pikkuskraadi arvutamisel. Navigaatorid saavad oma laiuskraadi määrata, mõõtes päikese nurka keskpäeval (st siis, kui see on saavutanud kõrgeima punkti taevas ehk haripunkti) või põhjapoolkeral, mõõtes Polarise (Põhjatähe) nurka horisont (tavaliselt videvikus) . Oma pikkuskraadi leidmiseks vajavad nad aga laeva pardal töötavat ajastandardit. Regulaarsete taevaliikumiste vaatlemine, näiteks Galileo meetod, mis põhineb Jupiteri looduslike satelliitide vaatlustel, ei ole laevade liikumise tõttu tavaliselt merel võimalik. Algselt Johannes Werneri poolt 1514. aastal välja pakutud kuukauguse meetod töötati välja paralleelselt merekronomeetriga. Hollandi teadlane Gemma Frisius Renier tegi 1530. aastal esimesena ettepaneku kasutada kronomeetrit pikkuskraadi määramiseks.

Kronomeetri eesmärk on täpselt mõõta aega teadaolevas kindlas kohas, näiteks Greenwichi aja järgi (GMT). See on eriti oluline navigeerimisel. GMT tundmine kohalikul keskpäeval võimaldab navigaatoril kasutada laeva pikkuskraadi määramiseks ajavahet laeva asukoha ja Greenwichi meridiaani vahel. Kuna Maa pöörleb konstantse sagedusega, saab kronomeetri ja laeva kohaliku aja ajavahet kasutada sfäärilise trigonomeetria abil laeva pikkuskraadi arvutamiseks Greenwichi meridiaani suhtes (defineeritud kui 0°). Kaasaegses praktikas võimaldavad navigatsioonialmanahh ja trigonomeetrilised otsingutabelid navigaatoritel mõõta Päikest, Kuud, nähtavaid planeete või mis tahes navigeerimiseks valitud 57 tähest igal ajal, kui horisont on nähtav.

Merel usaldusväärselt töötava kronomeetri loomine oli keeruline. Kuni 20. sajandini olid parimatel ajamõõtjatel pendlikellad, kuid nii veerevad laevad merel kui ka kuni 0,2% muutused Maa gravitatsioonis muutsid pendli lihtsa gravitatsioonialuse nii teoorias kui praktikas kasutuks.

Esimesed merekronomeetrid

Seda terminit kasutati esmakordselt 1684. aastal Arcanum Navarchicum, Keeli professori Matthias Wasmuthi teoreetiline töö. Sellele järgnesid edasised kronomeetri teoreetilised kirjeldused inglise teadlase William Dyrhami 1713. aastal avaldatud töödes. Dyrhami põhitöö, füüsika-teoloogia või Jumala olendite ja omaduste demonstreerimine tema loomingust, ja soovitas kasutada ka vaakumtihendit, et tagada kellade töö suurem täpsus. Töötava merekronomeetri ehitamise katseid alustasid Jeremy Tucker Inglismaal 1714. aastal ja Henry Sully Prantsusmaal kaks aastat hiljem. Sully avaldas oma teose 1726. aastal Une Orloga inventée et executée nominal M. Sulli, kuid ei tema ega Tuckeri mudel ei suutnud veereval merel vastu pidada ja laevatingimustes täpset aega säilitada.

1714. aastal pakkus Briti valitsus välja pikkuskraadi auhinda merel pikkuskraadi määramise meetodi eest, mille auhinnad ulatusid 10 000 kuni 20 000 naela (2019. aasta mõistes 2 000 000 miljonit 4 naela) olenevalt täpsusest. Yorkshire'i puusepp John Harrison tutvustas disaini 1730. aastal ja 1735. aastal valmis kella, mis põhines paaril vastuvõnkuvatel vedrudega ühendatud ripptaladel, kusjuures liikumist ei mõjutanud gravitatsioon ega laeva liikumine. Tema kaks esimest merekronomeetrit, H1 ja H2 (valminud 1741. aastal), kasutasid seda süsteemi, kuid ta mõistis, et neil on põhiline tundlikkus tsentrifugaaljõu suhtes, mis tähendab, et need ei saa merel kunagi piisavalt täpsed olla. Tema kolmanda masina, tähisega H3, ehitamine 1759. aastal hõlmas uusi rõngakujulisi jääke ning bimetallist riba- ja rull-laagrite leiutamist – leiutisi, mida kasutatakse laialdaselt tänapäevalgi. Kuid H3 ringikujulised jäänused osutusid endiselt liiga ebatäpseks ja lõpuks loobus ta suurematest masinatest.

Harrison lahendas täpsusprobleemid oma palju väiksema, H4 kronomeetri disainiga aastal 1761. H4 nägi välja samasugune kui suur viietolline (12 cm) läbimõõduga taskukell. Aastal 1761 esitas Harrison H4 pikkuskraadil 20 000 naela suuruse auhinna saamiseks. Selle konstruktsioonis on kasutatud kiiresti löövat tasakaaluratast, mida juhib temperatuuriga kompenseeritud spiraalvedru. Neid funktsioone kasutati seni, kuni stabiilsed elektroonilised ostsillaatorid võimaldasid taskukohase hinnaga teha ülitäpseid kaasaskantavaid kellasid. Aastal 1767 avaldas Pikkuskraad nõukogu tema töö kirjelduse aastal Hr Harrisoni ajamõõtja põhimõtted .

Kaasaegne kronomeeter

Kõige täielikum rahvusvaheline merekronomeetrite kollektsioon, sealhulgas Harrisoni H1 H4, asub Suurbritannias Londonis Greenwichi kuninglikus observatooriumis.

Mehaanilised kronomeetrid

Otsustavaks probleemiks sai resonaatori leidmine, mis jäi muutumatuks laevale merel seatud tingimuste tõttu. Vedruga tõmmatud tasakaalupulk lahendab enamiku laeva liikumisega seotud probleemidest. Kahjuks on enamiku tasakaalustusvedrumaterjalide elastsus temperatuurist erinev. Pidevalt muutuva vedrujõu kompenseerimiseks kasutab enamik kronomeetri jääke bimetallriba, et liigutada väikseid raskusi võnkekeskme poole ja sealt eemale, muutes nii tasakaalu perioodi, et see vastaks muutuva vedrujõule. Vedrutasakaalu probleem lahendati, kasutades nikli-terase sulamit nimega elinvar selle püsiva elastsuse tagamiseks normaaltemperatuuridel. Leiutaja oli Guillaume, kes pälvis 1920. aastal Nobeli füüsikaauhinna, tunnustades oma metallurgiatööd.

Laskumisel on kaks eesmärki. Esiteks võimaldab see rongil murdosaliselt ja eelnevalt salvestada tasakaalukõikumisi. Samal ajal annab see tühise koguse energiat, et neutraliseerida hõõrdumisest tingitud pisikesi kadusid, säilitades seeläbi võnkuva tasakaalu. Põgenemine on see osa, mis tiksub. Kuna võnkuva tasakaalu loomulik resonants toimib kronomeetri südamena, on kronomeetri väljapääsud loodud nii, et see häiriks tasakaalu võimalikult vähe. Konstantse jõu ja üksikute päästikumehhanismide konstruktsioone on palju, kuid levinumad on vedrufiksaator ja keerdfiksaator. Mõlemal juhul lukustab väike fiksaator evakuatsiooniratta ja laseb tasakaalul lühikese aja jooksul täiesti häireteta kõikuda, välja arvatud vibratsiooni keskpunktis, kui see on välismõjudele kõige vähem allutatud. Võnkumise keskmes nihutab tasakaalustendi rull hetkeks fiksaatorit, võimaldades evakuatsiooniratta ühe hamba läbida. Seejärel edastab jooksva ratta hammas oma energia teisele tasakaalustuskesta rullile. Kuna sõiduratas pöörleb ainult ühes suunas, saab kaal hoogu ainult ühes suunas. Tagasipööramisel võimaldab sulguri otsas olev läbiv vedru rulliku lukust lahti lukustada, et see liiguks ilma fiksaatorit liigutamata. Iga mehaanilise ajamõõtja nõrgim lüli on põgenemise määrimine. Kui õli pakseneb vanuse või temperatuuri või niiskuse tõttu hajub või aurustub, muutub kiirus, mõnikord järsult, kuna kaalu liikumine väheneb suurenenud hõõrdumise tõttu väljavoolus. Lukustaval väljapääsul on teiste väljapääsude ees tugev eelis, kuna see ei vaja määrimist. Pulss reisirattalt pulsirullile on peaaegu surnud ehk siis kergelt liikuv tegevus vajab määrimist. Kronomeetri evakuatsiooniratas ja vedrud on tavaliselt kuldsed, kuna metallis on messingi ja terase kohal vähenenud libisemishõõrdumine.

Kronomeetrid sisaldavad sageli muid uuendusi, et parandada nende tõhusust ja täpsust. Kõvasid kive, nagu rubiin ja safiir, kasutatakse sageli laagrijuveelidena, et vähendada hõõrdumist ja kulumist tangidel ja väljapääsul. Teemanti kasutatakse sageli alumise kiigeotsa korgikivina, et vältida väikese kiigeotsa aastatepikkusest tugevast kiigejäägist tingitud kulumist. Kuni mehaaniliste kronomeetrite tootmise lõpuni 20. sajandi kolmandal veerandil jätkasid tootjad katsetamist kuullaagrite ja kroomitud hingedega.

Merekronomeetrid sisaldavad alati võimsuse hoidjat, mis hoiab kronomeetri kerimise ajal töös, ja võimsusreservi, mis näitab, kui kaua kronomeeter töötab ilma keritamata. Merekronomeetrid on kõige täpsemad kaasaskantavad mehaanilised kellad, mis eales tehtud, saavutades täpsuse umbes 0,1 sekundit päevas või vähem kui ühe minuti aastas. See on piisavalt täpne, et määrata laeva asukohad 1–2 miili (2–3 km) raadiuses pärast kuu pikkust merereisi.