Chronometr statku. Rosyjskie zegarki w służbie ojczyzny. Historia chronometrów

Każdemu człowiekowi czegoś brakuje. Jedne pieniądze, drugie uwaga i miłość, trzecie zdrowie. Ale tym, czego zdecydowanie brakuje każdemu, jest czas. Dlatego ludzie od zawsze marzyli o wynalezieniu urządzenia, za pomocą którego mogliby dokładnie obliczać czas i racjonalnie nim gospodarować.

Jednak większość wczesnych zegarków była bardzo zawodna i zależna od warunków środowiskowych. Ale pewnego dnia wynaleziono ultraprecyzyjne urządzenie do pomiaru czasu – chronometr. Co dziwne, ten niesamowity wynalazek wpłynął nie tylko na życie zwykłych ludzi. Przede wszystkim wynalezienie tego urządzenia pomogło żeglarzom lepiej poruszać się po otwartym morzu.

Co to jest chronometr?

Samo słowo „chronometr” pochodzi z połączenia dwóch greckich słów: „czas” (chronos) i „mierzyć” (metr).

Już sama nazwa urządzenia jasno pokazuje, że jego zadaniem jest mierzenie czasu. Innymi słowy, chronometr jest jednak bardzo niezawodny, zdolny do dalszej pracy w każdych warunkach, zarówno w mrozie, jak i tropikalnym upale.

Historia chronometrów

Chronometry nie były pierwszymi zegarkami mechanicznymi. Jednak mechanizmy zegarków przed nimi były bardzo delikatne i łatwo pękały w niesprzyjających warunkach zewnętrznych. Co więcej, nawet w normalnych okolicznościach zegar zaczął „kłamać” w czasie.

Wszystko zmieniło się jednak w 1731 roku, kiedy brytyjski zegarmistrz Harrison wynalazł chronometr. Wynalazek ten stał się bardzo ważny dla rozwoju gospodarki morskiej. Ponieważ urządzenie Harrisona nadal pokazywało absolutnie dokładny czas w każdych warunkach, pomogło to załodze określić długość geograficzną, a następnie współrzędne położenia statku.

Pomimo wysokich kosztów chronometr zaczął być często używany na statkach, a wraz z rozwojem aeronautyki w samolotach.

Warto zauważyć, że projekt Harrisona był tak doskonały, że na przestrzeni lat nie uległ praktycznie żadnym zmianom. Jedyną rzeczą jest to, że część materiałów chronometru została zastąpiona nowocześniejszymi, lekkimi i trwałymi.

Chronometr morski

Wynalazek Harrisona (zanim w XX wieku został wyparty przez prostsze, tańsze zegary morskie ze stabilizacją GPS) był dla żeglarzy najbardziej niezawodnym sposobem określania swojego położenia.

Z reguły wszystkie chronometry morskie miały identyczną standardową konstrukcję. Umieszczono go w specjalnej (najczęściej drewnianej) obudowie, która dzięki konstrukcji koperty utrzymywała chronometr w pozycji poziomej w każdej sytuacji. Etui chroniło mechanizm zegarka przed narażeniem na zmiany temperatury, a także zmiany położenia urządzenia.

Chronometry w zegarkach naręcznych

Wraz z wynalezieniem ultraprecyzyjnych zegarków wiele osób zaczęło marzyć o posiadaniu takich samych zegarków w swoich domach. Opierając się na wynalazku Harrisona, początkowo zaczęli produkować ultraprecyzyjne zegary ścienne i stołowe do użytku domowego. Nieco później technologia umożliwiła zmniejszenie mechanizmu i stworzenie chronometrów naręcznych, tak niezbędnych dla zabieganych ludzi, dla których każda sekunda jest na wagę złota.

Od pojawienia się zegarków naręcznych z precyzją chronometru minęło kilkadziesiąt lat. A dziś każda szanująca się firma zegarmistrzowska ma w swojej ofercie modele z chronometrem. Mimo to najdokładniejszy i najwyższej jakości jest oczywiście szwajcarski chronometr.

Co więcej, to właśnie w Szwajcarii sprawdzają chronometry z całego świata. Dla takich zegarków opracowano również specjalistyczną normę jakości ISO 3159-1976.

Jak sprawdzić, czy Twój zegarek ma chronometr?

Każdy marzy o posiadaniu bardzo dokładnego zegarka. Chociaż większość zegarków naręcznych wskazuje, czy zegarek zawiera chronometr, istnieją wyjątki. Dlatego możesz samodzielnie sprawdzić jego obecność lub brak w swoim akcesorium.

Aby to sprawdzić, należy upewnić się, czy zegarek ma nową baterię lub jak długo był nakręcany, aby nie zakłócić czystości eksperymentu. Następnie musisz ustawić dokładny czas. Następnie zegarek należy przesunąć do pozycji dolnej i pozostawić w tej formie na dwadzieścia cztery godziny. Po upływie terminu ważności należy go odwrócić do góry nogami i pozostawić na kolejne dwadzieścia cztery godziny. Teraz możesz sprawdzić czas rzeczywisty. Jeśli w ciągu dwóch dni od niestandardowej pozycji zegarek zacznie „kłamać” zaledwie o +/- 8-12 sekund - jest to chronometr. Przy większych wartościach - stałe godziny.

Możesz spróbować wykonać test w domu na inne sposoby. Na przykład powieszenie zegara na ścianie - dwadzieścia cztery godziny w zwykłej pozycji i tyle samo w odwrotnej kolejności. Można także sprawdzić temperatury. Warto jednak wziąć pod uwagę, że zegarka nie należy długo chłodzić o mniej niż osiem stopni powyżej zera i więcej niż dwadzieścia pięć stopni.

Chronometr i chronograf: jaka jest różnica?

Mówiąc o zegarkach naręcznych, wiele osób często myli podobne pojęcia, takie jak chronograf i chronometr. I chociaż słowa są bardzo podobne, ich znaczenie jest zupełnie inne.

Jeśli chronometr to zegarek ze specjalną konstrukcją mechanizmu, która pozwala mu dokładnie pokazywać czas w każdych warunkach, to chronograf to maleńkie dodatkowe tarcze w zegarkach z autonomicznymi mechanizmami. Czasami chronografy wyświetlają oddzielny czas lub mają wskazówkę sekundową.

Od czasu wynalezienia chronometru minęło ponad dwieście pięćdziesiąt lat. Od tego czasu nie zyskała ona tak dużej popularności w gospodarce morskiej, zwłaszcza wraz z wynalezieniem nawigacji GPS. Jednak jego niesamowita dokładność pozostaje niezmieniona. Dlatego wiele osób wciąż marzy o szwajcarskim zegarku z chronometrem i zawsze z absolutną dokładnością znającą godzinę.

Czas, chronometry i długość geograficzna

Warta dobiegła końca, wybiło osiem dzwonów.
Startuje nowy zegarek.
Opuśćcie swoje łóżka na chwałę Boga!
Starożytna pieśń żeglarzy

Dzwony wybijają godzinę

Starożytny człowiek prawdopodobnie już na bardzo wczesnym etapie swojego rozwoju nauczył się liczyć dni i mierzyć czas według znanych mu ciał niebieskich.

Nazywa się system liczenia długich okresów, w którym ustala się określoną kolejność liczenia dni w roku i wskazuje się epokę, od której liczone są lata. kalendarz.

Gdyby istniała prosta zależność pomiędzy długością dnia i długością roku, czyli czasem obrotu Ziemi wokół własnej osi i czasem obrotu wokół Słońca, wówczas liczenie dni w roku nie byłoby trudne. To samo dotyczy liczenia dni w miesiącu księżycowym. Jednak nasz Układ Słoneczny został ukształtowany w taki sposób, że obecnie z dokładnością do 0,1 sekundy długość roku wynosi 365 dni 5 godzin 48 minut 46,1 sekundy, czyli 365,2422 dni, a długość miesiąca księżycowego wynosi 29,5306 dni . Porównując te liczby, łatwo zauważyć, że stosunek długości roku i miesiąca księżycowego do długości dnia nie wyraża żadnych dokładnych liczb, ani całkowitych, ani ułamkowych. Dlatego opracowanie prostego i wygodnego systemu liczenia dni wcale nie było łatwe. Widać to po tym, że od czasów starożytnych do współczesności wynaleziono setki takich systemów, ale żaden z nich nie jest uważany za wystarczająco dobry.

Egipscy kapłani, do których obowiązków należało obserwowanie ciał niebieskich, około 2000 roku p.n.e. mi. odkrył tzw. okres sotycki i określił jego czas trwania (1461). Obserwując Syriusza (Egipcjanie nazywali go gwiazdą Sothis), który zapowiadał wylew Nilu, Egipcjanie ustalili, że rok słoneczny trwa 365 dni. W tym kalendarzu rok składał się z 12 miesięcy po 30 dni każdy. Błąd wynosił około 0,25 dnia w roku.

Kalendarz muzułmański opiera się wyłącznie na zmianach faz księżyca. Kalendarz ten został wprowadzony w VII wieku. N. mi. w niektórych krajach muzułmańskich. Obecnie w wielu krajach Bliskiego Wschodu, gdzie dominuje islam, stosuje się ten kalendarz.

W Europie, według kalendarza juliańskiego, lata liczone były od umownej daty Narodzenia Chrystusa.

Pierwszy rosyjski kalendarz rękopisowy pojawił się w 1670 roku, prawdopodobnie przetłumaczony z języka polskiego. Pierwszy drukowany kalendarz został opublikowany w 1686 r. Jednak dopiero kalendarz z 1714 r. można nazwać pierwszym kalendarzem nawigacyjnym. Godne uwagi jest to, że wykluczono z niego kalendarz i przepowiednie astrologów. Czas zjawisk podany w kalendarzu po raz pierwszy obliczono według czasu petersburskiego, co oznaczało próbę wprowadzenia w kraju jednolitego czasu standardowego. Po raz pierwszy w rosyjskim drukowanym kalendarzu umieszczono tabele godzin wschodów i zachodów słońca.

Kalendarz, którym się obecnie posługujemy, nie jest doskonały, gdyż wybór w nim punktu początkowego (epoki) jest arbitralny, a podział na miesiące o różnej długości nie jest do końca wygodny. Należy pamiętać, że dla prawidłowego obliczenia lat nie jest ważne, które wydarzenie zostanie uznane za epokę, ale aby za początek odliczania przyjęto tę samą konkretną datę. Wiele narodów zgromadziło całkiem sporo takich dat.

Czas liczony był według nowego stylu w Rosji już na początku XVIII wieku. Rachunek czasu (czasu), stosowany we flotach wielu krajów do początku XX wieku, różnił się od cywilnego i nazywano astronomicznym. Jeśli według czasu cywilnego dzień zaczynał się o północy, to na statkach zaczynał się w południe tego samego dnia. Nawigatorom wygodnie było rozpocząć dzień w południe: o tej samej godzinie sprawdzili czas za pomocą zegara słonecznego i jednocześnie określili szerokość geograficzną statku na podstawie pomiarów południowej wysokości Słońca. Taki sposób liczenia dni marynarzy wprowadzono w XV wieku. wraz z początkiem pierwszych rejsów zagranicznych, kiedy do obliczania trasy statku używano wyłącznie zegara słonecznego, a południe było dogodnym momentem na sprawdzenie czasu.

Flota rosyjska korzystała z tzw. obliczenia morskie”, w którym dzień zaczynał się o połowie dnia poprzedniego według kalendarza cywilnego.

W Anglii astronomiczny pomiar czasu wprowadzono ostatecznie w 1767 r., po opublikowaniu Nautical Astronomical Yearbook („Nauutilas Almanac”).

W Rosji „morskie liczenie czasu” istniało do 1814 roku, kiedy to ukazało się pierwsze tłumaczenie angielskiego rocznika zatytułowanego „Marine Month Book”. Przejście na kalendarz cywilny w naszym kraju nastąpiło dopiero 1 stycznia 1925 r., od tego momentu dzień dla marynarzy zaczynał się o północy.

Historia zegarów jest ściśle związana z odliczaniem początku dnia w południe. Klepsydra „zadziałała” w południe, w momencie kulminacji Słońca. I zaczęło się żmudne odliczanie czasu do następnej połowy dnia. I tak dzień po dniu, miesiąc po miesiącu. Zegary okrętowe z XV-XVIII wieku to cały zespół naczyń szklanych z piaskiem (kolby). Za główne elementy zestawu uznano kolby czterogodzinne.

Co 4 godziny stróż przydzielony do zegara musiał przewracać butelki godzinowe. Moment ten, dla większej słyszalności, oznaczany był specjalnymi uderzeniami w dzwon (rynda) i stanowił sygnał do zmiany warty. Stróż nadal miał na swojej warcie dzwonki godzinowe i półgodzinne. Kiedy te butelki były przewracane, co pół godziny brzmiał dzwonek („uderzono w butelki”).

Początek zegarka wyznaczało osiem „dzwonków” – cztery podwójne uderzenia w dzwonek. Po pierwszym półgodzinie nowego zegarka odezwała się jedna „kolba”, czyli jedno uderzenie, po godzinie – dwie „kolby”, po kolejnym półgodzinie – trzy „kolby” itd. Obecnie obowiązuje specjalny serwis czasu zorganizowane na statkach i Radio co godzinę nadaje precyzyjne sygnały, a na redzie słychać dźwięk dzwonów okrętowych.

Na statkach używano także małych „kolb”: pięcio-, trzy- i półminutowych. Wykorzystywano je na przykład w obserwacjach astronomicznych lub przy określaniu prędkości na podstawie opóźnienia.

Ciekawie było sprawdzić dokładność klepsydry. W tym celu wzięli półminutową „kolbę”, a czas wsypywania piasku kontrolowali „kulą na nitce” (ciężar zawieszony na nitce o długości 39,2 cala, czyli 99,6 centymetra), w 30 sekund wykonywał dokładnie 30 uderzeń (wahań). Zweryfikowana w ten sposób „butelka” została wykorzystana do sprawdzenia innych „butelek”.

Klepsydry były popularne w marynarce wojennej. Były proste, tanie, dość dokładne i używane na rosyjskich statkach do końca XVIII wieku.

Odkrycie praw wahadła

Jedno z najwspanialszych dzieł ludzkich rąk - zegarki mechaniczne - wynaleziony w XI-XII wieku. Podobnie jak wiele innych wielkich wynalazków z odległej przeszłości, ten ma wielu autorów. Za jednego z nich uważa się znanego nam już Herberta z Aurillac, który oprócz udoskonalenia astrolabium wprowadził w Europie „cyfry arabskie”. Według niektórych źródeł zegarki mechaniczne z kołami zębatymi po raz pierwszy pojawiły się wśród Arabów, a stamtąd przez Hiszpanię przedostały się do Europy.

Początkowo budowano duże zegary wieżowe i katedralne, przeznaczone na potrzeby świeckie. Wykorzystywano je do odliczania czasu ceremonii religijnych. Świadczy o tym sama nazwa „zegar”: po łacinie clocca - dzwon. Pierwsze zegary kołowe były nieporęczne, słabo wyregulowane, ich ruch był nierówny, a przydzieleni do nich strażnicy musieli stale ustawiać je w linii ze Słońcem. Stosowanie takich zegarków na statkach nie wchodziło w grę. Dlatego nadal preferowano starożytne butelki z piaskiem. Już w 1533 roku, kiedy sztuka nawigacji była już stosunkowo rozwinięta i powszechnie znane były zegarki mechaniczne, wspomniana już Gemma Frizius pisała: „W długich podróżach, zwłaszcza morskich, przydaje się duża klepsydra (zegar wodny) lub klepsydra, która potrafi dokładnie mierzyć czas przez całą dobę i dzięki której można korygować błędy innych zegarków.”

W XV wieku Udoskonalono konstrukcję zegarków mechanicznych: zamiast ciężarka napędzającego układ kół ze wskaźnikami zaczęto stosować sprężynę zegarową, co umożliwiło produkcję zegarków w wersji stacjonarnej o stosunkowo małych rozmiarach.

Zegary wiosenne miały lepszą dokładność niż zegary piaskowe, zegary wodne i zegary ogniowe i wkrótce zaczęto je stosować w astronomii. Pierwsza wzmianka o tym pochodzi z 1484 roku, kiedy Bernard Walter, uczeń Regiomontanusa, za pomocą zegara mechanicznego odmierzył odstęp czasu między momentami pojawienia się planety Merkury i Słońca. Zegar zainstalowany w jego obserwatorium liczył nawet kwadranse. Zegary kołowe wykorzystywał w swoich obserwacjach także słynny duński astronom Tycho Brahe (1546-1601), który sporządził katalog 1005 gwiazd. Nie zadowalały go jednak pod względem dokładności i rzetelności.

Wzrosło zapotrzebowanie na dokładniejsze zegary. Jednak przez długi czas mechanicy nie mogli znaleźć sposobu na regulację prędkości zegarków mechanicznych. Odkrycie praw wahadła przez wielkiego włoskiego naukowca Galileo Galilei (1564-1642) pomogło rozwiązać ten problem.

Galileusz urodził się w Pizie w biednej rodzinie muzyków. W 1574 r. rodzina przeniosła się do Florencji, gdzie Galileusz studiował w klasztorze i został przyjęty do zakonu jako nowicjusz. Jednak Galileusza nie pociągały nauki teologiczne, ale matematyka, mechanika, fizyka i astronomia. Wkrótce opuścił klasztor i w 1581 roku wstąpił na uniwersytet w Pizie. Jeszcze na studiach zainteresował się problematyką ruchu. Viviani, studentka i pierwsza biografka Galileusza, podaje, że w 1583 roku, będąc w katedrze, pod wysokimi łukami, pod którymi wiał wiatr, dwudziestoletni Galileusz zauważył, jak kościelne żyrandole zwisały z sufitu na długich łańcuchach , kołysały się. Żyrandole były różnej wielkości i miały różną wagę. Aby porównać drgania żyrandoli, zaczął mierzyć czas ich kołysania za pomocą własnego tętna. Obserwacje te doprowadziły go do wniosku, że gdy wibracje żyrandola ucichły, czyli huśtawki stały się krótsze, ich czas trwania nie uległ zmianie. Okazuje się, zdecydował spostrzegawczy młody człowiek, okres wahań zależy tylko od długości łańcuszka i nie zależy od kształtu i masy żyrandola.

Galileusz postanowił wyjaśnić prawa ruchu wahadła i rozpoczął badania eksperymentalne. Ustalił, że wahania wahadła są bardzo równomierne i mogą występować przez długi czas, a ich okres nie zależy ani od obciążenia, ani od amplitudy drgań. A jeśli tak, oznacza to, że zliczając drgania wahadła, można zmierzyć czas.

„Drgania wahadła” – pisał Galileusz – „występują w pewnych momentach z taką nieuchronnością, że absolutnie niemożliwe jest wymuszenie ich wystąpienia w innych momentach, chyba że poprzez wydłużanie i skracanie nici. Inną cechą, naprawdę zdumiewającą, jest to, że to samo wahadło wykonuje oscylacje z tą samą lub bardzo małą i prawie niezauważalnie różną częstotliwością, niezależnie od tego, czy drgania zachodzą wzdłuż największych, czy najmniejszych łuków tego samego koła.

Odkrycie praw wahadła pomogło Galileuszowi rozwiązać szereg innych ważnych zagadnień z zakresu mechaniki i teorii ruchu, w szczególności wyjaśnić prawa upadku ciał i ich ruchu po pochyłej płaszczyźnie oraz ustalić niezależność występowanie zjawisk mechanicznych z wybranych inercyjnych układów odniesienia. Następnie wielokrotnie wracał do tych pytań. Krótko przed śmiercią Galileusz przedstawił swojemu synowi Vincenzo pomysł stworzenia zegarów wahadłowych. Składał się z następujących elementów.

Z wahadłem ABłączono pręt C, którego koniec wchodził w szczelinę między zębami koła D, które miało swobodę obrotu wokół osi MI. Przy każdym ruchu wahadła w tę i z powrotem pręt powodował, że koło obracało się o jeden ząb. Koło zębate zostało połączone ze specjalnym licznikiem, który mierzył liczbę drgań wahadła. Galileusz dokonywał obliczeń, ale na ich podstawie nigdy nie budowano prawdziwych zegarów. Utrata wzroku uniemożliwiła Galileuszowi realizację swojego pomysłu. Poinstruował syna, aby kontynuował pracę nad zegarem wahadłowym. Jednak z różnych powodów mógł rozpocząć pracę dopiero w 1649 roku, lecz nagle zmarł, nie dokończywszy dzieła rozpoczętego przez swojego słynnego ojca. Zachował się rysunek projektu zegara wahadłowego Galileusza, który został opublikowany w jednym z wydań jego dzieł.

Zaszczyt wynalezienia i stworzenia zegarów wahadłowych należy do holenderskiego matematyka i astronoma Christiana Huygensa (1629-1695).

Huygens urodził się w Hadze w rodzinie wybitnego polityka i pisarza i otrzymał doskonałe wykształcenie domowe, a następnie uniwersyteckie. Jego nauczyciele zaszczepili u zdolnego ucznia ducha poszukiwania nowych ścieżek w nauce. Na utalentowanego młodego człowieka duży wpływ mieli znani naukowcy Kartezjusz i Mersenne, którzy dobrze znali jego ojca. Zainteresowania naukowe Huygensa były zróżnicowane. Jeszcze jako student Uniwersytetu w Lejdzie rozpoczął badania naukowe z zakresu mechaniki, a w szczególności badania nad upadkiem ciał i zagadnieniami środka huśtawek. Później zainteresował się optyką i astronomią.

Do rozpoczęcia pracy nad zegarkami skłoniły go dwie okoliczności: potrzeba dokładniejszego pomiaru czasu podczas obserwacji astronomicznych oraz pogłębiający się problem pomiaru długości geograficznej na morzu.

Zasada określania długości geograficznej była znana Hipparchowi: różnica długości geograficznej dwóch punktów odpowiada różnicy czasu lokalnego

jednocześnie obserwując moment dowolnego zdarzenia w tych punktach. Hipparch zaproponował, aby za takie wydarzenie uznać zaćmienie Księżyca, ponieważ następuje ono w tym samym momencie dla wszystkich obserwatorów na powierzchni Ziemi. Hipparch nie wiedział jednak, jak dość dokładnie określić czas lokalny tego zdarzenia w obu punktach i jak przenieść czas lokalny punktu o znanej długości geograficznej na punkt o określonej długości geograficznej. Zegar słoneczny oczywiście nie nadawał się do tego, ponieważ podczas zaćmienia Księżyca Słońce znajduje się poniżej horyzontu. Ponadto zaćmienia te występują dość rzadko - nie częściej niż dwa lub trzy razy w roku, a poza tym bardzo problematyczne jest ustalenie dokładnego czasu ich rozpoczęcia lub zakończenia w różnych punktach, ponieważ granice cienia są bardzo rozmyte i niejasny. Ze względu na różne utrwalenia początku i końca tego zjawiska możliwe są kilkuminutowe błędy czasowe, a to prowadzi do błędów w określeniu długości geograficznej rzędu kilku stopni, czyli setek mil.

Metodę tę zaczęto stosować na morzu w XIII-XV w., kiedy to nauczono się wyznaczać czas lokalny metodami astronomicznymi i pojawiły się pierwsze tablice i almanachy z przewidywaniami początku i końca zaćmień w różnych punktach Ziemi. Wiadomo zwłaszcza, że ​​posługiwał się nim X. Kolumb. Podczas drugiej i czwartej podróży, korzystając z almanachu i efemeryd opracowanych przez Regiomontanusa, wyznaczył długość geograficzną na podstawie zaćmień Księżyca z 14 października 1494 r. i 29 lutego 1504 r. Błąd długości geograficznej w pierwszym przypadku wynosił 1,5 godziny, a w drugim - 2, 5 rano.

Trudno powiedzieć, co było przyczyną tak dużego błędu - błędy w obliczeniu momentów zaćmień czy niedokładność obserwacji. Należy zauważyć, że nawet w czasach Newtona błąd w przewidywaniu zaćmienia Księżyca wynosił czasami godzinę lub dłużej, więc w tamtych czasach żeglarze byli całkiem zadowoleni, gdy potrafili określić długość geograficzną z dokładnością do dwóch stopni.

Niedokładna nawigacja czasami prowadziła do poważnych incydentów. Tak było w przypadku X. Kolumba, kiedy wracając do swoich rodzinnych wybrzeży po odkryciu Ameryki, po ustaleniu szerokości geograficznej nie mógł dokładnie powiedzieć, gdzie znajdował się jego statek - przed Azorami, czy też dawno je pozostawiono za. Silna burza pogłębiła niepewność, co zmusiło X. Kolumba na wszelki wypadek do wrzucenia do oceanu beczki z wiadomością o odkryciu Nowego Świata. Na szczęście wszystko dobrze się skończyło i wielki nawigator dotarł do wybrzeży Hiszpanii. Tutaj przekonał się, że jego asystenci, określając długość geograficzną na podstawie przebytej odległości, pomylili się w obliczeniach o ponad 400 mil!

W procesie rozwoju nawigacji, nawigacji i kartografii istniała ciągła potrzeba poprawy dokładności wyznaczania współrzędnych na morzu. Wybierający się w długie podróże żeglarze XVI-XVII wieku. Mieli już cały zestaw przyrządów i przyrządów nawigacyjnych: kompas, astrolabium, kłodę, dużo i oczywiście klepsydrę. Jednak ze względu na to, że wszystkie instrumenty były niedokładne, a wpływ wiatru i prądu uwzględniono jedynie w przybliżeniu, statki często znajdowały się setki mil od zamierzonego miejsca.

W 1567 roku hiszpański nawigator Mendaña de Neira odkrył Wyspy Salomona, lecz z powodu niedokładnego określenia ich położenia zostały one następnie „zagubione” na dwa stulecia i ponownie odkryte dopiero w latach 1767–1768. Wyprawa do Bougainville.

Czasem poszukiwania brzegów trwały całe tygodnie, a nawet miesiące i nie zawsze kończyły się sukcesem. Cały problem polegał na tym, że marynarze nie potrafili jeszcze jednoznacznie odpowiedzieć na najważniejsze dla nich pytanie: w którym miejscu oceanu znajdował się statek. Przecież gdyby udało im się w jakiś sposób zmierzyć szerokość geograficzną, przynajmniej w przybliżeniu przy dobrej pogodzie, z wysokości Słońca lub gwiazd (w tym przypadku oczywiście konieczne było skorzystanie z katalogu deklinacji gwiazd lub tablic słonecznych), to oni w ogóle nie byli w stanie określić długości geograficznej (podczas ruchu na wschód i czy na zachód obraz gwiaździstego nieba pozostaje niezmieniony) i polegali jedynie na bardzo przybliżonych jego obliczeniach na podstawie danych kompasu i logu. Z tego powodu kapitanowie w tamtych czasach często sterowali statkiem nie po linii prostej – najkrótszą drogą od punktu do punktu, ale przesuwając szachowego rycerza. Najpierw schodzili lub wspinali się wzdłuż wybrzeża na żądaną szerokość geograficzną, a dopiero potem skręcali na wschód lub zachód.

Problem określenia długości geograficznej od wielu stuleci niepokoi zarówno żeglarzy, jak i naukowców, próbujących rozwiązać ten ważny problem.

W 1514 roku Johann Werner z Norymbergi (1468-1522) zaproponował określenie długości geograficznej metodą „odległości księżycowej”, opartą na prawach ruchu Księżyca względem innych ciał niebieskich. Księżyc ze względu na swój obrót wokół Ziemi szybko zmienia swoje położenie względem gwiazd. Jeśli z góry obliczysz dla niektórych miejsc geograficznych tabele odległości Księżyca od gwiazd stałych dla każdego dnia, godziny i minuty, możesz obliczyć różnicę długości geograficznej.

Ideę tę wyrażał już wcześniej zwłaszcza Regiomontanus, lecz jej praktyczne rozwinięcie należy do Wernera.

Metoda polegała na zmierzeniu odległości między Księżycem a jedną z pobliskich gwiazd za pomocą pręta miejskiego lub innego instrumentu goniometrycznego, a następnie za pomocą tablic astronomicznych pozycji gwiazd i almanachu z wstępnie obliczonymi pozycjami Księżyca w celu określenia różnicy w długość geograficzna. Innymi słowy, Werner zaproponował wykorzystanie sfery niebieskiej jako gigantycznego zegara, z Księżycem jako wskazówką, a gwiazdami zodiaku jako tarczą.

Jednak w czasach Wernera nie było możliwe wdrożenie tej metody na otwartym morzu ze względu na brak wystarczająco dokładnych przyrządów goniometrycznych i odpowiadających im tablic astronomicznych. W XVII-XVIII wieku. teoria ruchu Księżyca umożliwiła określenie jego położenia z błędem około 2-3°, ale było to konieczne nie większe niż 2-3.” W praktyce zaczęto stosować metodę „odległości księżycowych” dopiero w latach sześćdziesiątych XVIII wieku, po wynalezieniu sekstansu i opublikowaniu „Almanachu Żeglarskiego” (1766) z tabelami dokładnego położenia gwiazd i odległości Księżyca od Słońca oraz niektórych gwiazd zodiakalnych co trzy godziny dla Metoda wymagała kilku jednoczesnych obserwacji (odległość kątowa między Księżycem a gwiazdą lub Słońcem, wysokość gwiazdy lub Słońca, wysokość Księżyca), dokładnego określenia na podstawie obserwacji czasu lokalnego i dość złożona obliczenia uwzględniające paralaksę i refrakcję. Ponadto możliwe było wyznaczenie w ten sposób długości geograficznej jedynie przy wyraźnie widocznym horyzoncie. Ze względu na te trudności metoda ta nie mogła być powszechnie stosowana.

Galileusz zaproponował wykorzystanie czterech satelitów Jowisza, za pomocą których odkrył

za pomocą wynalezionego przez siebie teleskopu (1610). Występowały one znacznie częściej niż zaćmienia Księżyca (od jednego do trzech niemal codziennie) i trwały krócej. Jednak metoda ta nie znalazła szerokiego zastosowania ze względu na nieznajomość dokładnych praw ruchu satelitów i złożoność obserwacji - teleskop zalecany przez Galileusza był bezużyteczny na kołyszącym się pokładzie.

W 1674 roku niejaki Henry Bond zaproponował inny sposób wyznaczania długości geograficznej – poprzez porównanie zaobserwowanej deklinacji magnetycznej z jej wartością naniesioną na mapie. (Według niektórych źródeł ideę wyznaczania długości geograficznej za pomocą deklinacji magnetycznej wyraził już wcześniej np. w 1599 roku E. Wright z Cambridge w eseju „Niektóre błędy w nawigacji, odkryte i poprawione”). tej metody opublikowano publikację na mapie świata z 1702 roku, na której zaznaczono linie równych deklinacji. Jednak ta metoda była mało pomocna dla żeglarzy: linie izogonów (równe deklinacje) nie zawsze są zlokalizowane korzystnie do określenia długości geograficznej, tj. z północy na południe często biegną wzdłuż równoleżnika i są bardzo rzadkie. Ponadto znane wówczas deklinacje mierzono z grubsza i tylko w niektórych obszarach, a zmienność deklinacji była nadal mało badana. Zatem ta metoda może określić długość geograficzną tylko w przybliżeniu i nie wszędzie.

Pierwszym, który zasugerował użycie zegara do określenia długości geograficznej na morzu, był fryzyjski astronom i matematyk Gemma Frisius. W 1530 roku w swoim dziele „Zasady kosmografii astronomicznej” napisał: „W naszym stuleciu mamy wiele małych, umiejętnie wykonanych zegarów, które znajdują określone zastosowanie. Dzięki niewielkim rozmiarom zegarki te można łatwo zabrać ze sobą w podróż. Często mogą trwać nieprzerwanie przez ponad 24 godziny. A z twoją pomocą mogą odejść na zawsze. Stosując taki zegar i niektóre metody, można określić długość geograficzną. Zanim wyruszymy w podróż, musimy zadbać o to, aby ustalić dokładną godzinę w punkcie początkowym, z którego wyruszamy. Kiedy przejedziemy 15-20 mil, być może uda nam się ustalić różnicę w długości geograficznej pomiędzy miejscem, do którego dotarliśmy, a miejscem naszego wyjazdu. Musimy poczekać, aż wskazówka godzinowa naszego zegarka zbliży się dokładnie do znaku godzinowego tarczy i w tym samym momencie za pomocą astrolabium lub globusa określić czas w miejscu, w którym się znajdujemy. Jeśli czas ten pokrywa się co do minuty z czasem wskazywanym przez nasze zegarki, wówczas możemy być pewni, że wciąż znajdujemy się na tym samym południku, czyli na tej samej długości geograficznej, a nasza podróż odbyła się w kierunku południowym. Ale jeśli różnica ta osiągnie jedną godzinę lub określoną liczbę minut, wówczas musimy przeliczyć te wartości na stopnie lub stopnie-minuty... i w ten sposób uzyskać długość geograficzną. Aby jednak „nieść” ze sobą czas lokalny portu wyjściowego, potrzebny był bardzo dokładny zegarek, który mógłby długo pracować w warunkach nachyleń, wilgoci i dużych różnic temperatur. Na przykład na szerokości równikowej błąd zegara wynoszący zaledwie jedną minutę spowodował błąd w określeniu długości geograficznej wynoszącej 15 mil, czyli prawie 28 kilometrów. Ale wtedy nie było takich zegarków. A pozycje ciał niebieskich zostały określone bardzo z grubsza. Problem pozostał nierozwiązany.

Autor jednego z ówczesnych dzieł żeglarskich napisał: „W tej chwili są dociekliwi ludzie, którzy chcieliby mieć sposób na określenie długości geograficznej, ale proces jej wyznaczania jest dla żeglarza zbyt trudny, gdyż wymaga głębokiej znajomości astronomia; dlaczego nie chciałbym, żeby ktokolwiek myślał, że długość geograficzną na morzu można określić za pomocą jakiegoś przyrządu; Niech więc marynarz nie myli się z żadnymi przepisami, które temu służą, ale niech w zwykły sposób szczegółowo omawia swoją podróż i liczy drogę swego statku.

W 1567 roku hiszpański król Filip II wyznaczył nagrodę każdemu, kto znajdzie prosty sposób na określenie długości geograficznej na morzu. W 1598 roku Filip III powtórzył obietnicę nagrody. Duże sumy zaoferowały Stany Generalne Holandii, Portugalii i Wenecji. Pojawiło się kilka propozycji. Jeden z nich wpadł w ręce Huygensa w 1655 roku. Szybko zorientował się, że zaproponowany projekt jest błędny. Ale to pytanie go zainteresowało i zaczął projektować zegarki. Przede wszystkim, jak wynika z listów naukowca, zainteresował go zegar morski, który byłby w stanie odmierzać czas przez wiele miesięcy w każdych warunkach klimatycznych i przy każdym ruchu statku.

Praca nad teorią wahadła okazała się pożyteczna: w wynalezionym przez niego zegarze sprężyna wytworzyła siłę napędzającą układ kół zegara, a wahadło zapewniało równomierność ich ruchu.

W 1658 roku Huygens opublikował swój wynalazek i... został oskarżony o plagiat na tej podstawie, że pomysł zegara wahadłowego należał do Galileusza. Huygens uważnie przeczytał dzieła Galileusza i nabrał przekonania, że ​​zawierają one jedynie pomysł, który nie został technicznie zrealizowany, i odpowiedział swoim przeciwnikom, że uważa za wielki zaszczyt dla siebie, że udało mu się rozwiązać kwestię, której nie dokończył nawet wielki Galileusz .

Pracując nad zegarem, Huygens osiągnął precyzyjny izochronizm oscylacji wahadła oraz utworzenie wychwytu podporowo-kotwicznego, dzięki któremu wahadło otrzymuje okresowe wstrząsy, które uniemożliwiają jego zatrzymanie na skutek tarcia i oporu powietrza.

W latach 1662-1677. „Strażnicy czasu” Huygensa zostali przetestowani na morzu. Zegary na statkach mocowano do słupa i przykrywano specjalną obudową. Później, aby zmniejszyć wpływ pitchingu, Huygens zaproponował zawieszenie zegarków na pierścieniach kardana.

W 1668 r. zegar Huygensa, który przetrwał dwie burze i bitwę morską, umożliwił określenie różnicy długości geograficznej między Tulonem a Kretą z błędem 100 kilometrów. Był to niewątpliwy postęp jak na ten poziom nawigacji. Jednak pozytywne wyniki często ustąpiły miejsca porażkom. Tak więc w 1670 r. podczas podróży holenderskiego admirała Richera do Kanady i Indii rozbieżność w długości geograficznej okazała się bardzo duża. Huygens po dokładnej analizie wyników wszystkich testów doszedł do wniosku, że wahadło pomimo wszystkich podjętych działań „pracuje” nierówno w warunkach statku i nie jest wystarczająco niezawodne. Nawet niewielka zmiana długości wahadła, na przykład na skutek wzrostu (spadku) temperatury, znacząco wpływała na dokładność zegara. Dlatego w 1674 roku porzucił go i zaproponował zastosowanie wyważarki jako regulatora prędkości - koła zamachowego, które za pomocą sprężyny wykonuje ruchy oscylacyjne wokół położenia równowagi. To był znaczący krok naprzód. Jednak minęło kolejne 100 lat, zanim udało się wyprodukować chronometr morski spełniający wymagania marynarzy.

Geygensowi zawdzięczamy nie tylko przystosowanie wahadła do zegara, ale także opracowanie podstaw jego teorii, w szczególności określenie wzoru na jego ruch. Opublikowana w 1673 roku książka naukowca „Zegary wahadłowe” jest jednym z najwybitniejszych dzieł mechaniki napisanych w XVII wieku. Nieprzypadkowo stawiano go na równi ze słynnymi „Principiami” Newtona.

Odkrycie praw wahadła umożliwiło nie tylko stworzenie dokładnych liczników czasu, ale także przyczyniło się do szeregu innych odkryć i wynalazków, V w tym w technologii nawigacji.

Wahadło pomogło ustalić, że siła grawitacji na powierzchni ziemi się zmienia. Stało się to w ten sposób. W 1672 roku francuski astronom Richet w imieniu Paryskiej Akademii Nauk udał się w celu obserwacji do strefy równikowej Ameryki Południowej. Po przybyciu do Cayenne nieoczekiwanie odkrył, że zegar wahadłowy, dokładnie skalibrowany w Paryżu, zaczął opóźniać się o dwie i pół minuty dziennie, to znaczy wahadło zaczęło oscylować znacznie wolniej niż zwykle. Aby przywrócić normalną prędkość, trzeba było ją skrócić. Kiedy Richet wrócił do Paryża po dwóch latach pracy w Cayenne, zauważył, że jego zegarek śpieszy się teraz dokładnie o dwie i pół minuty. Wniosek mógł być tylko jeden – siła grawitacji, od której zależy przyspieszenie, jest na równiku słabsza niż w Paryżu.

Po opublikowaniu obserwacji Richeta w 1679 r. wśród naukowców wybuchły kontrowersje. Przyjęto różne założenia, ale tylko Newton był w stanie zrozumieć przyczynę zmiany częstotliwości taktowania. Wyjaśnił, że osłabienie grawitacji na równiku spowodowane jest nieznaną jeszcze naukowcom rotacją i kompresją Ziemi. W ten sposób dzięki wahadłu Newton, nie wychodząc ze swojego biura, udowodnił, że Ziemia jest ściśnięta na biegunach i wydłużona wzdłuż równika, to znaczy figura Ziemi jest ściśniętą elipsoidą. Stąd różnica w przyciąganiu – im bliżej jej środka znajduje się ciało znajdujące się na powierzchni Ziemi, tym przyciąganie jest większe.

Późniejsze badania za pomocą wahadła pozwoliły wyjaśnić kształt Ziemi i ustalić tzw. „powierzchnię płaską”, którą w obliczeniach przyjmuje się za powierzchnię Ziemi. Nazywano ciało ograniczone tą powierzchnią, istniejące tylko w przestrzeni oceanów i rozciągające się pod kontynentami geoida. W przeciwieństwie do elipozydu ziemskiego, geoida nie przedstawia regularnej figury geometrycznej. Określenie położenia powierzchni geoidy jest bardzo ważne dla dokładnej nawigacji.

Wahadło znalazło szczególnie szerokie zastosowanie w technicznych środkach nawigacji, głównie jako czuły element w przyrządach do wyznaczania pionu, ale o tym porozmawiamy później, a teraz powrócimy do problemu długości geograficznej.

Rozwiązanie problemu podłużnego

Koniec XVII - początek XVIII wieku. naznaczone było szeregiem poważnych katastrof morskich. W 1691 roku u wybrzeży Anglii kilka okrętów wojennych osiadło na mieliźnie, myląc Cape Dowman z Cape Berry Head w rejonie Plymouth. W 1694 roku, w wyniku błędu w obliczeniu jego położenia w Cieśninie Gibraltarskiej, eskadra Wheelera osiadła na mieliźnie. Jej nawigatorzy popełnili błąd w swoich obliczeniach, wierząc, że cieśnina została już przekroczona.

Najbardziej tragiczna była śmierć szeregu statków angielskiej eskadry admirała Claudisleya Shovela, w której zginęło około 2000 ludzi, w tym sam admirał. We wrześniu 1707 roku eskadra złożona z 21 statków wypłynęła z Morza Śródziemnego do swoich rodzimych wybrzeży. 21 października zbliżył się do ujścia kanału La Manche. W poprzednich dniach szalała burza, nie było słońca, marynarze nie potrafili określić szerokości geograficznej, w wyniku czego popełnili błąd w obliczeniu swojego miejsca i wylądowali na skałach w pobliżu wysp Scilly.

Śmierć tak wielu ludzi i utrata tak wielu statków w krótkim czasie wstrząsnęła Anglią. Było oczywiste, że katastrofy wiązały się przede wszystkim z niedokładnymi mapami, kiepską jakością wskazówek, a przede wszystkim z brakiem możliwości dokładnego określenia swojego położenia. Problem długości geograficznej stał się bardziej dotkliwy; uznano go za klucz do zapewnienia bezpiecznej żeglugi.

Kwestia wyznaczania długości geograficznej stała się przedmiotem częstych dyskusji w parlamencie angielskim; zgodnie z jej decyzją powołano specjalną komisję, w której skład weszli tak wybitni naukowcy, jak I. Newton, E. Halley, D. Flamsteed. Parlament zlecił Komisji opracowanie projektu ustawy, który pobudzi prace na rzecz zapewnienia bezpieczeństwa żeglugi i zapewni wysoką nagrodę osobie lub grupie osób, która zaproponuje rozwiązanie problemu określania długości geograficznej na morzu.

17 czerwca 1714 r. przedstawiony projekt ustawy został zatwierdzony przez parlament, a 1 sierpnia 1714 r. podpisany przez angielską królową Annę.

Zgodnie z tą ustawą autorowi lub autorom, którzy zaproponują projekt umożliwiający określenie długości geograficznej z dokładnością co najmniej do 1° lub 60 mil morskich, obiecano wysoką nagrodę w wysokości 10 tysięcy funtów szterlingów; 15 tysięcy funtów szterlingów – jeśli zapewniona zostanie dokładność co najmniej 40 mil; i 20 tysięcy - 30 mil (20 tysięcy funtów szterlingów z XVII wieku to równowartość prawie pół miliona dzisiaj). Jednocześnie ustawa o długości geograficznej zawierała istotne zastrzeżenie, że proponowaną metodę należy koniecznie „przetestować i ocenić pod kątem jej praktyczności i przydatności na morzu”.

Równocześnie z przyjęciem ustawy komisja ekspertów została przekształcona w Radę Badań Metod Określania Długości Geograficznej na Morzu. Miał w nim znaleźć się, oprócz wybitnych naukowców, Wysoki Admirał Wielkiej Brytanii, Prezydent Izby Gmin, pierwszy członek Rady z Marynarki Wojennej, przedstawiciel Ministerstwa Handlu, prezes Towarzystwa Królewskiego , Królewski Astronom i dziesięciu członków parlamentu.

Francja poszła za przykładem Anglii. W 1716 roku regent Filip, książę Orleanu, ustanowił nagrodę za określenie długości geograficznej, przyznawaną przez Francuską Akademię Nauk.

Przyjęta ustawa o długości geograficznej i przyznane nagrody były dobrą zachętą do zintensyfikowania prac na rzecz zapewnienia bezpieczeństwa żeglugi. Żadna z propozycji otrzymanych przez Sobór przed 1737 rokiem nie została jednak w pełni zatwierdzona.

Jednym z pierwszych wniosków ubiegających się o nagrodę był pomysł matematyków Humphreya Dittona i Williama Winstona, opublikowany w 1714 roku. Zaproponowali oni kotwiczenie statków w określonych odległościach wzdłuż najbardziej ruchliwych szlaków morskich, mierząc ich współrzędne geograficzne. Dokładnie o północy czasu lokalnego na Teneryfie każdy okręt miał wystrzelić salwę moździerzy w kierunku pionowym, tak aby pociski eksplodowały dokładnie na wysokości 2000 metrów. Przepływające statki musiały mierzyć namiar sygnału i zasięg (na podstawie czasu między błyskami a momentem nadejścia sygnału dźwiękowego) i na ich podstawie określać swoją lokalizację.

W związku z tą fantastyczną propozycją, jak pisze historyk Obserwatorium w Greenwich D. House, wkrótce ukazały się wiersze o tak ironicznej treści:

Długość geograficzna Sly'ego Winstona
Ukrył się przed nami we mgle.
Drogi Ditton z nim
Winny tego oszustwa.
Zatem, przyjaciele, odwdzięczymy się wam w całości.
Za zasługi tych ludzi nauki,
Długość geograficzna zniknęła dla nas,
Ale głupota każe nam wziąć ją w swoje ręce.

Nagroda Longitude Act na łączną kwotę 22 500 funtów została przyznana dopiero w połowie lat siedemdziesiątych. XVIII wiek osiemdziesięcioletniego mechanika Johna Harrisona, czyli, jak go też nazywano, Johna Longitude, za stworzenie bardzo precyzyjnych zegarków chronometrycznych (od greckich „chronos” – czas i „metros” – pomiar), którym w końcu się udało od wieków możliwe jest rozwiązanie tego problemu, związanego z nierozwiązywalną „kwadraturą koła”.

A zaczęło się tak. John Harrison, syn wiejskiego stolarza z Wakefield w Yorkshire, już w młodości interesował się zegarkami i osiągał w tym dobre wyniki – projekty stworzonych przez niego zegarków wyróżniały się dokładnym i stabilnym mechanizmem. W 1730 roku podczas pobytu w Londynie po raz pierwszy dowiedział się o nagrodzie ustanowionej przez parlament i że jednym ze sposobów rozwiązania problemu długości geograficznej jest stworzenie dokładnego „zegara czasu”. Wydawało się, że zadanie to leży w jego możliwościach i zabrał się do pracy.

Harrison zaczął od rozwiązania pytań, które pojawiły się już przed Huygensem: konieczne było ograniczenie do minimum zależności zegara od zmian temperatury, wilgotności, pochylenia i postępu statku. Już w 1725 roku, aby zapewnić kompensację temperatury, opracował wahadło złożone z prętów cynkowych i stalowych, czyli z różnych metali o różnych współczynnikach rozszerzalności. Pręty połączono w taki sposób, że gdy zmieniała się temperatura, długość jednych się zwiększała, a innych zmniejszała. Przy odpowiednim doborze rozmiarów prętów długość wahadła pozostawała niezmieniona podczas wahań temperatury. To rozwiązanie techniczne dało doskonałe rezultaty i teraz zdecydował się zastosować je w nowym zegarku w postaci kompozytowego balansera. Zrobił swoje koło nie solidne, jak Huygens, ale składające się z dwóch lutowanych pasków, z których jeden był wykonany z mosiądzu, a drugi ze stali. Pozwoliło to zapewnić odporność chronometru na wahania temperatury.

Harrison ukończył pierwszy chronometr w 1735 roku i przedstawił go Radzie Długości Geograficznej. Jego projekt był bardzo nietypowy. Wahadło zastąpiono dwoma dużymi kołami balansowymi, które obracały się w przeciwnych kierunkach, w wyniku czego wpływ ruchu statku na jedno koło balansowe był kompensowany przez drugie. Same wyważarki, jak już wspomnieliśmy, były kompozytowe. Do wskazania czasu przewidziano cztery tarcze - sekundy, minuty, godziny i dni. Chronometr był bardzo nieporęczny i ważył ponad 30 kilogramów, choć wiele jego części wykonano z drewna.

W 1736 roku przy pomocy E. Halleya i przy bezpośrednim udziale wynalazcy przeprowadzono próby tego chronometru na statkach „Centurion” i „Orford”. Urządzenie wykazywało dobrą celność, co zostało potwierdzone pisemnie przez kapitanów statków. Jednak ani sam Harrison, ani członkowie Rady nie byli do końca usatysfakcjonowani wynikami, gdyż statki odbywały podróż do Lizbony i z powrotem, czyli wzdłuż południka, a przy takim rejsie trudno było ocenić dokładność utrzymania początkowa długość geograficzna.

W 1739 roku wykonano drugą próbkę chronometru. Niewiele różnił się jednak od jedynki – był nieporęczny i ciężki, podobnie jak jego poprzednik (wzrost około 1,5 metra i waga prawie 50 kilogramów). Praca nie satysfakcjonowała Harrisona, ale zaowocowała szeregiem nowych pomysłów, w związku z czym rozpoczął on produkcję trzeciej wersji chronometru, co zajęło 19 lat. Rada postanowiła przetestować nowy chronometr w trudnych warunkach długiej podróży do Indii Zachodnich. W trakcie przygotowań do kampanii Harrison przedstawił czwartą opcję, która jego zdaniem „przerosła wszelkie oczekiwania”.

18 listopada 1761 roku statek „Deptford” z chronometrami, któremu towarzyszył syn Johna William, wypłynął na Jamajkę. W ciągu 81 dni żeglugi zegarek zgromadził błąd wynoszący zaledwie 5 sekund. Dość dużą dokładność wykazali także w drodze powrotnej do Anglii – błąd we współrzędnych po przybyciu do Portsmouth wynosił zaledwie 26 mil.

Tym samym warunki ustawy z 1714 roku zostały spełnione i Harrison miał prawo liczyć na długo oczekiwaną nagrodę. Jednak Council of Longitude zdecydowała się na razie ograniczyć do nagrody w wysokości 5000 funtów szterlingów, powołując się na brak danych i wyjątkowość jednorazowej próbki. Harrison odmówił przyjęcia tych pieniędzy, chcąc dostać całe 20 tys. i nalegał na powtórzenie testów na jeszcze bardziej rygorystycznych warunkach. Dokonano ich w 1784 roku podczas rejsu statku Jego Królewskiej Mości Tatar z Portsmouth na wyspę Barbados. Podjęto najsurowsze kroki, aby zapewnić bezstronność testów i obiektywną ocenę ich wyników. I tym razem byli wspaniali. Aby podjąć ostateczną decyzję w sprawie nagrody, Rada zażądała ujawnienia tajemnic wykonania chronometru i dla zapewnienia możliwości jego powtórzenia zleciła zegarmistrzowi Lerkumowi Kendallowi wykonanie jego kopii.

Ten model Kendalla i trzech innych, wykonany przez J. Arnolda, na zalecenie Rady, zabrał w swoją drugą podróż kapitan J. Cook. Podczas trzyletniego rejsu chronometr wykonany przez Kendalla sprawdził się znakomicie. Cook napisał przy tej okazji do Sekretarza Admiralicji: „Zegarek pana Kendalla przekroczył oczekiwania nawet jego najbardziej zagorzałych obrońców; instrument ten, którego odczyty korygowano na podstawie obserwacji Księżyca, był naszym wiernym przewodnikiem po wszystkich perypetiach i klimatach.”

W ten sposób ostatecznie rozwiązano problem długości geograficznej. Wątpliwości Rady ds. Długości Geograficznej zostały rozwiane i J. Garrison otrzymał zasłużoną premię.

We Francji wiele osób pracowało nad stworzeniem dokładnego „chronometrażysty”, ale największe sukcesy odnieśli w tym królewski zegarmistrz Pierre le Roy (1717-1785) i Ferdinand Berthoud (1729-1807). Ich chronometry, po wielu modyfikacjach, w końcu pomyślnie przeszły długoterminowe testy okrętowe i wykazały pozytywne wyniki. W 1773 roku Pierre le Roy otrzymał nagrodę królewską za najlepsze francuskie chronometry.

Zalety chronometrów, czyli, jak je nazywano, „zegarów podłużnych”, szybko docenili żeglarze, jednak na statkach wprowadzano je powoli, gdyż potrafili je wykonywać tylko wysoko wykwalifikowani mechanicy, i to nawet w małych ilościach. I były bardzo drogie. Niemniej jednak wszystkie główne podróże drugiej połowy XVIII wieku. były już wykonywane przy użyciu chronometrów. Korzystali z nich J. Cook, J. La Perouse, D. Entrecasteaux. Jednak francuskiemu hydrografowi Josephowi de Corguelinowi, który 16 stycznia 1772 roku wyruszył z Port Louis na wyspie Mauritius w poszukiwaniu południowego kontynentu, mimo wielkich wysiłków, nie udało się zdobyć chronometru. Doprowadziło to do tego, że położenie odkrytego przez niego archipelagu, który później nazwano jego imieniem, określano z błędem 240 mil, czyli około 450 kilometrów.

Masową produkcję chronometrów do nawigacji opanowano w krajach Europy Zachodniej dopiero pod koniec XVIII i na początku XIX wieku.

W Rosji wcześnie zdano sobie sprawę z konieczności dokładnego pomiaru czasu w celu określenia miejsca na morzu. Nawet M.V. Łomonosow uważał, że najlepszym sposobem określenia długości geograficznej jest porównanie „czasu na południku statku z czasem na pierwszym południku”. Zajmując się przygotowaniem specjalnej wyprawy mającej na celu otwarcie najkrótszej drogi morskiej z Europy do Chin, nie tylko dokonał szeregu ulepszeń w zegarkach, aby lepiej nadawały się do użytku na statku, ale także zaproponował swój projekt cztero- wiosenny zegarek morski, który według autorskiego planu powinien zapewniać równomierny ruch i możliwość ich uruchamiania bez zatrzymania. Łomonosow zwrócił uwagę, że na ruch zegara morskiego istotny wpływ mają zmiany temperatury otoczenia oraz dynamika statku i podczas wyprawy zalecił: „Umieścić zegar wewnątrz statku, w części zanurzonej w morze, gdzie rozpuszczanie się powietrza niewiele się zmienia. Co więcej, ta pozycja na środku statku nie podlega tak dużym wahaniom.”

Aby uniknąć wpływu wahań temperatury i pochyleń, naukowiec zaproponował także zastosowanie „zegarów metalowych”, podobnych do zegarów piaskowych, ale wypełnionych srebrnym śrutem wykonanym specjalnie przy użyciu jego technologii. Zdaniem Łomonosowa taki zegarek powinien umożliwiać „prowadzenie obserwacji astronomicznych na południku statku” i porównując jego odczyty z czasem na pierwszym południku, „wyznaczać długość geograficzną miejsca”.

Oczywiście taki zegarek nie mógł konkurować z chronometrem, jednak trzeba podkreślić dążenie w tym kierunku myślenia naukowca, który wówczas nie był jeszcze zaznajomiony z twórczością Garrisona.

Zegarmistrzostwo w Rosji w tym czasie było dobrze rozwinięte. Wystarczy przypomnieć tak wybitnych mistrzów, jak mechanik Rosyjskiej Akademii Nauk I. P. Kulibin (1735–1818), jego współczesny T. I. Wołoskow (1729–1806), L. F. Sobakin (1746–1818) i inni Sobakin stworzyli zegar astronomiczny, który nie miał sobie równych w swojej złożoności. Pokazywały nie tylko czas w godzinach, minutach i sekundach, ale także odtwarzały ruch Ziemi wokół Słońca i Księżyca wokół Ziemi oraz zmianę ich położenia względem gwiazd stałych; ruch Słońca wzdłuż ekliptyki z oznaczeniem 12 znaków zodiaku, wschodu i zachodu słońca w różnych miejscach; naprzemienność lat przestępnych i nieprzestępnych; zmiany faz księżyca, zaćmienia księżyca; współrzędne geograficzne najważniejszych miast; kalendarz „wieczny” wskazujący bieżący miesiąc i liczbę w nim dni; liczby i nazwy dnia; informacje na temat geografii politycznej itp.

Ale był to oczywiście duży zegar ścienny. Rosyjscy rzemieślnicy nie produkowali wówczas chronometrów morskich, kupowali je od firm zagranicznych, głównie angielskich. Na slupach „Nadieżda” i „Neva”, które odbywały rejsy w latach 1803–1806, zainstalowano sześć chronometrów. opłynięcie świata pod dowództwem I. F. Krusenssterna i Yu. Za pomocą chronometrów F.F. Bellingshausen i M.P. Lazarev określili długość geograficzną podczas wyprawy na Antarktydę w 1820 r. na slupach „Wostok” i „Mirny”. I tak w swoim dzienniku M.P. Lazarev zanotował: „Byliśmy na Tahiti, aby sprawdzić nasze chronometry, które okazały się prawidłowe, w związku z czym możemy stwierdzić, że nasze odkrycia zostały naniesione na mapy z w miarę dokładnością”.

W 1839 roku założono Obserwatorium Pułkowo, którego celem, zgodnie ze statutem, było prowadzenie: „a) stałych i możliwie doskonałych obserwacji, zmierzających do sukcesu astronomii, oraz b) odpowiednich obserwacji niezbędnych do przedsięwzięć geograficznych w cesarstwie i w podróżach naukowych. Co więcej, c) musi wszelkimi sposobami przyczyniać się do doskonalenia astronomii praktycznej...”.

Założenie obserwatorium przyczyniło się do rozwoju w Rosji prac nad precyzyjnymi licznikami czasu.” W szczególności w 1856 r. W „Kolekcji morskiej” nr 2 opublikowano pracę dyrektora Obserwatorium w Pułkowie, akademika V. Ya. Struve, „O kompensacji chronometrów”, w której opracował zalecenia dotyczące regulacji odczytów chronometru. uwzględniając zmiany ich przebiegu w zależności od zmian temperatury. Umożliwiło to zwiększenie dokładności wyznaczania długości geograficznej.

Chronometry zakupione od firm zagranicznych zostały dokładnie sprawdzone w założonym w 1856 roku Obserwatorium Marynarki Wojennej w Kronsztadzie, a następnie wysłane na statki. Tutaj prowadzili także badania nad stałością ich kursu, wrażliwością na zmiany temperatury, wilgotności itp. Do obowiązków astronoma Obserwatorium Kronsztadzkiego należało „dokładne wyznaczanie czasu zarówno dla statków wojskowych, jak i handlowych, sprawdzanie chronometrów i pokazywanie czasu statki na redzie.” i w porcie… prowadzące badania naukowe dotyczące zastosowania astronomii w nawigacji.”

W 1849 roku na Wystawie Wyrobów Rosyjskich zaprezentowano już jako eksponat chronometr morski wykonany przez rosyjskiego mistrza A.F. Rogina. Od 1865 roku warsztat Augusta Eriksona mieszczący się w Petersburgu rozpoczął produkcję chronometrów. Wyroby tej pracowni spotkały się z dużym uznaniem na licznych wystawach przemysłowych oraz wśród żeglarzy. Prawie zastąpiły chronometry zakupione za granicą. Warsztat ten służył potrzebom marynarki wojennej do 1902 roku, kiedy to pojawił się drugi warsztat Karla Eriksona, imiennika Augusta. Wraz z otwarciem tego warsztatu zależność od importu została zredukowana do minimum.

Mechanizm chronometru morskiego, osadzony w metalowej obudowie ze szklaną pokrywą, osadzony jest w zawieszeniu gimbalowym w drewnianej skrzynce z podwójną pokrywą. Pierwszy otwiera się, gdy wystarczy odliczyć czas, drugi - gdy trzeba uruchomić urządzenie i ustawić jego wskazówki.

Stałość cyklu dobowego współczesnych chronometrów została sprowadzona do dziesiątych części sekundy. Tym samym elektroniczny chronometr Chronostat IV, stworzony przez szwajcarską firmę Bernard Golar S.A.), posiada baterię o pojemności 18 miesięcy ciągłej pracy, wodoodporną i odporną na wstrząsy obudowę. Dokładność zapewniana przez oscylator kwarcowy w niestabilnych warunkach środowiskowych wynosi tylko 0,1 sekundy na dzień. Urządzenie może sterować pracą repetytorów zegarowych zlokalizowanych w różnych obszarach statku.

Teraz wszyscy doskonale wiedzą, że długość geograficzną mierzy się od południka zerowego przechodzącego przez Obserwatorium w Greenwich pod Londynem. Ale nie zawsze tak było. Astronomowie starożytni z reguły mierzyli długość geograficzną od obszaru, na którym dokonywali obserwacji. Przykładowo Hipparch za punkt wyjścia przyjął południk Rodos, czyli długość geograficzną wyspy Rodos, na której mieszkał. Jego zwolennik Ptolemeusz uważał, że południk wyspy Fortuny, zwanej zachodnią granicą świata, wynosi zero, a Arabowie liczyli długość geograficzną od

Wyspy Zielonego Przylądka / Wielu żeglarzy przez długi czas mierzyło długość geograficzną według zera, licząc od portu, z którego wypłynął statek, lub od jakiegoś charakterystycznego punktu geograficznego, takiego jak wyspa, przylądek itp.

W 1493 roku papież Aleksander VI zatwierdził linię demarkacyjną dzielącą strefy wpływów Hiszpanii i Portugalii. Minęła 100 mil na zachód od Azorów i wielu kartografów używała jej jako zera
południk. W dziele „Arte de Navigar” („Sztuka nawigacji”), powstałym w 1556 roku, jego autor Martin Cortes zaproponował, aby długość geograficzną liczyć od pionowej linii poprowadzonej „przez Azory lub bliżej Hiszpanii, gdzie jest więcej na Mapa
wolna przestrzeń."
Początkowo takie rozbieżności w wyborze południka zerowego nikomu specjalnie nie przeszkadzały, ale kiedy pojawiły się stosunkowo dokładne mapy morskie, arbitralne obliczanie długości geograficznej często zaczęło prowadzić do zamieszania. Każdy wydawca map umieścił południk tam, gdzie mu się najbardziej podobało. Ponadto na niektórych mapach długość geograficzną mierzono w kierunku zachodnim, na innych – wschodnim. Potrzeba uporządkowania tej kwestii nasiliła się w dobie Wielkich Odkryć Geograficznych, kiedy trzeba było nanieść na mapy nowe lądy i wyjaśnić ich współrzędne geograficzne.

W 1573 roku król Hiszpanii Filip II wydał dekret, zgodnie z którym na wszystkich hiszpańskich mapach długość geograficzną należy mierzyć od południka miasta Toledo w kierunku zachodnim.

Pierwszą próbę ustalenia wspólnego południka zerowego dla wszystkich państw podjęto w 1634 roku na konferencji czołowych matematyków i astronomów zwołanej we Francji z inicjatywy kardynała Richelieu. Naukowcy zgodzili się uznać południk przechodzący przez zachodnie wybrzeże najbardziej wysuniętej na zachód z Wysp Kanaryjskich – Ferro – za zero. Ale w tym czasie trwała wojna trzydziestoletnia i postanowienia konferencji nie zostały rozpowszechnione.

W 1676 roku rozpoczęło pracę Królewskie Obserwatorium, zbudowane na wysokim wzgórzu w miejscu starego zamku w Greenwich. Obserwatorium to miało stać się najbardziej przydatne do nawigacji. Została powołana na rozkaz króla Karola II w celu „zaspokajania potrzeb marynarzy”. Pierwszym poważnym sukcesem obserwatorium był dowód Flamsteeda, że ​​Ziemia obraca się z w miarę stałą prędkością, co było bardzo ważne przy określaniu długości geograficznej za pomocą chronometrów. Już w pierwszych latach zrobiono wiele, aby zorganizować dokładny pomiar czasu w Greenwich.

Obserwatorium w Greenwich stało się sławne, a żeglarze przy określaniu długości geograficznej zaczęli coraz częściej skupiać się na południku Greenwich, zwłaszcza że wiele map i almanachów żeglarskich używanych przez żeglarzy było pochodzenia brytyjskiego. Do roku 1871 dwanaście krajów mierzyło już długości geograficzne na swoich mapach morskich, zaczynając od południka Greenwich.

W październiku 1884 roku w Waszyngtonie odbyła się Międzynarodowa Konferencja ds. Południków, „...w celu omówienia i, jeśli to możliwe, ustalenia południka odpowiedniego do stosowania jako zero długości geograficznej i czasu standardowego na całym świecie”. Konferencja trwała miesiąc. Zauważono, że wcześniej przedstawione propozycje przejścia południka zerowego przez wyspy Ferro i Teneryfę, przez jedną ze świątyń jerozolimskich, Piramidę Cheopsa, nie mogą zostać zaakceptowane. Wymagania są takie, aby południk przechodził przez jedno z najwybitniejszych obserwatoriów, zdolnych do ciągłego dokonywania najdokładniejszych obserwacji, i aby nie było potrzeby większych przeróbek już opublikowanych map i podręczników.

Przede wszystkim wymagania te spełnił południk Greenwich, a dokładniej południk przechodzący przez oś jednego z teleskopów Obserwatorium w Greenwich. W Uchwale Konferencji stwierdzono: „Od tego południka długość geograficzną należy mierzyć w dwóch kierunkach aż do 180° – na wschód ze znakiem plus i na zachód ze znakiem minus”.

Radiowe sygnały czasu nad oceanem

Międzynarodowa Konferencja Meridianowa z 1884 r. wraz z uchwałą w sprawie południka zerowego zdecydowała o przyjęciu czasu uniwersalnego Greenwich. Zalecono, aby wszystkie almanachy i roczniki żeglarskie publikowano w oparciu o czas lokalny Greenwich.

Aby dokładnie określić długość geograficzną, chronometr należy ustawić na czas Greenwich i stale monitorować jego postęp. W pierwszym etapie problem ten rozwiązywano albo poprzez obserwacje astronomiczne, albo poprzez porównanie ze standardowym zegarem wskazującym czas Greenwich w miejscu wypłynięcia statku.

Do porównania chronometrów z określeniem „strażnicy czasu uniwersalnego” używano zegarków przenośnych, gdyż nie zalecano ponownego przesuwania chronometru, aby nie narażać go na wstrząsy i zmiany środowiska. Do wyświetlania przenośnych zegarków u zarania pojawienia się chronometrów używano sygnałów wysyłanych z brzegu specjalnie dla statków w porcie. Stosowanymi sygnałami było wyłączenie reflektorów, opuszczenie flagi, oddanie strzału z armaty, uderzenie w dzwon itp.

W 1824 roku kapitan brytyjskiej marynarki wojennej R. Washop zaproponował zastosowanie piłka sygnałowa . W 1833 roku na wschodniej wieży Królewskiego Obserwatorium w Greenwich zbudowano taką sygnalizację.

Codziennie o godzinie 12:58 nad wieżą unosiła się czerwona kula, która ostrzegała, że ​​należy sprawdzić godzinę. Dokładnie o godzinie 13:00 według zegara referencyjnego pracownik obserwatorium uwolnił piłkę ze wspornika i spadła. Od 1852 roku moment upadku piłki sterowano za pomocą sygnału elektrycznego. Kula sygnałowa z Greenwich była wyraźnie widoczna dla statków na Tamizie.

Wraz z wprowadzeniem telegrafu zadanie stało się łatwiejsze. Teraz impuls elektryczny wysłany przez zegar referencyjny mógł uruchomić urządzenie sygnalizacyjne, armatę, dzwonek itp. W dowolnym miejscu, nawet w dużej odległości od obserwatorium. W drugiej połowie XIX w. W wielu głównych portach morskich Europy zainstalowano precyzyjne urządzenia sygnalizujące czas obsługiwane za pomocą telegrafu.

Już w 1735 r. w Petersburgu akademik-astronom J. N. Delisle (1688–1768) zaproponował synchronizację zegarów codziennie dokładnie w południe, na sygnał z obserwatorium astronomicznego, aby wystrzelić z armaty z jednego z bastionów Admiralicji . Projekt ten nie został jednak zatwierdzony przez cesarzową Annę Ioannovnę (1693-1740) i na długi czas został zapomniany.

Do idei uczczenia południa wystrzałem armatnim powrócono dopiero w połowie XIX wieku. W 1862 r. uruchomiono połączenie telegraficzne pomiędzy Obserwatorium Pułkowo a Petersburgiem, przez które zaczęto nadawać precyzyjne sygnały czasu. Na podstawie tych sygnałów postanowiono „ogłosić południe w Petersburgu” strzelając z armaty z terytorium Admiralicji.

Sygnał przekazywany był do zegara elektrycznego znajdującego się w pomieszczeniu komendanta twierdzy. Te ostatnie łączyły się przewodem elektrycznym z jednym z dział i codziennie w południe, zamykając styk obwodu elektrycznego, zapalano znajdujący się w nim proch.

W 1905 roku komendant portu morskiego w Petersburgu stwierdził, że strzały sygnalizacyjne pozwalają na sprawdzenie chronometrów statku jedynie z dokładnością do 1,5 sekundy, co nie jest wystarczające do celów nawigacyjnych. Od tego czasu sygnały wysyłano wyłącznie na potrzeby cywilne, po czym całkowicie je wstrzymano. Obecnie ujęcia z Twierdzy Piotra i Pawła to już tylko hołd złożony tradycji. Wznowiono je w czerwcu 1957 r. podczas obchodów 250. rocznicy Leningradu.

W 1866 roku największy wówczas statek świata, Great Eastern, układał transatlantycki kabel telegraficzny. Podczas tych prac nowo ułożony kabel na Great Eastern otrzymywał telegraficznym sygnał czasu z Greenwich dwa razy dziennie, co po raz pierwszy na świecie umożliwiło, bez metod obserwacji wizualnej, określenie z dużą dokładnością długości geograficznej położenie statku na pełnym morzu.

Ale wszystkie statki oczywiście nie mogły nosić ze sobą kabli, dlatego aby zwiększyć dokładność obserwacji i uchronić się przed kłopotami w przypadku utraty czasu spowodowanej zatrzymaniem zegarów, żeglarze nosili ze sobą kilka chronometrów i używali średniej wartość ich odczytów. Tę samą metodę zastosowano w celu zwiększenia dokładności wyznaczania długości geograficznej różnych punktów geograficznych. I tak w 1823 roku, podczas określania różnicy długości geograficznej między Dover a Portsmouth, przewieziono drogą morską 30 chronometrów. Przy ustalaniu współrzędnych Morza Bałtyckiego w 1833 r. wyprawa rosyjskiego geografa F. F. Schuberta korzystała z 56 chronometrów, a przy ustalaniu współrzędnych Obserwatorium Pułkowo potrzebnych było już 81 chronometrów.

7 maja 1895 roku rosyjski naukowiec i inżynier elektryk A. S. Popow (1859-1905/06) zademonstrował na posiedzeniu wydziału fizyki Rosyjskiego Towarzystwa Fizyko-Chemicznego wynaleziony przez siebie po raz pierwszy na świecie odbiornik radiowy. Narodziła się komunikacja elektryczna bez przewodów. W marcu 1896 roku pierwszy na świecie radiogram składający się z dwóch słów, „Heinrich Hertz”, został przesłany na odległość 250 metrów. Wiosną 1897 r. zasięg łączności radiowej sięgał 600 metrów, a w 1901 r. – już 150 kilometrów.

Wynalezienie radia radykalnie zmieniło całą służbę czasu, także na statkach.

Amerykanie jako pierwsi wykorzystali możliwość transmisji sygnałów czasu drogą radiową dla potrzeb nawigacji. W 1904 roku takie sygnały zaczęto nadawać przez radiowęzeł Marynarki Wojennej Stanów Zjednoczonych ze stanu Navesinka. W styczniu 1905 r. rozgłośnia waszyngtońska rozpoczęła regularne nadawanie sygnałów czasu południowego, a w 1907 r. rozgłośnia radiowa Norddeutsch Radio w Niemczech.

W 1908 roku Francuskie Biuro Długości Geograficznej zdecydowało się na transmisję radiowych sygnałów czasu z Wieży Eiffla. Regularne transmisje rozpoczęły się 23 maja 1910 roku o północy. Wahadło sygnałowe Obserwatorium Paryskiego podczas wahań zamknęło styk w obwodzie elektrycznym i za pomocą kabla uruchomiło przekaźnik emitującej stacji radiowej zainstalowanej na Wieży Eiffla. Sygnały rytmiczne tej stacji radiowej umożliwiły określenie błędów pomiaru czasu chronometrów z dokładnością do 0,01 sekundy. Od 1912 roku Obserwatorium w Greenwich również zaczęło nadawać sygnały czasu.

Trzymanie czasu stało się znacznie łatwiejsze. Żeglarze mogli teraz sprawdzać swoje chronometry bez wchodzenia do portu. Ponadto nie było potrzeby tworzenia szczególnie dokładnych chronometrów okrętowych, które byłyby w stanie przechowywać czas Greenwich przez długi czas i bez kontroli.

Z roku na rok rosła liczba stacji radiowych nadających sygnały czasu. Ponadto każdy ustawia swój własny czas i kod transmisji sygnału. Należało jakoś usprawnić tę pracę i w październiku 1912 roku z inicjatywy francuskiego Biura Długości Geograficznych zebrała się w Paryżu konferencja 16 krajów europejskich i amerykańskich poświęcona problematyce radiotelegraficznego przekazu czasu. W konferencji wzięło udział także trzech delegatów z Rosji: dyrektor Obserwatorium w Pułkowie, akademik O. A. Backlund, Minister Handlu i Przemysłu, mechanik Głównej Izby Miar F. I. Blyumbach oraz z Ministerstwa Morskiego, p.o. asystenta do szefa Głównej Dyrekcji Hydrograficznej, kapitana I stopnia A. M. Bukhteeva.

Konferencja zatwierdziła od 1 lipca 1913 roku jednolity system sygnałów czasu „Onogo” dla stacji radiowych we wszystkich krajach, a także zaleciła taki rozkład jazdy stacji radiowych, aby nie kolidowały one ze sobą. Podano także harmonogram tych stacji radiowych, które mogą pojawić się w przyszłości. Założono, że co najmniej jeden sygnał czasu dziennie będzie można odebrać na całej powierzchni Ziemi, z wyjątkiem obszarów polarnych. Zauważono potrzebę nadawania, oprócz zwykłych sygnałów ogólnego użytku, i specjalnych sygnałów „do celów naukowych”.

Radio nie tylko umożliwiło nadawanie drogą radiową sygnału czasu zegarów referencyjnych konkretnych obserwatoriów, ale także otworzyło możliwość „ujednolicenia” wytwarzanego przez nie czasu, czyli stworzenia Zunifikowanego Międzynarodowego Systemu generowania dokładnego czasu , co pozwoliło wyeliminować rozbieżności pomiędzy czasami poszczególnych obserwatoriów.

Aby wdrożyć ten pomysł, konferencja wybrała specjalną „wstępną” Międzynarodową Komisję ds. czasu pod przewodnictwem dyrektora Obserwatorium w Pułkowie, akademika O. A. Backlunda. Komisja ta opracowała projekt utworzenia Międzynarodowego Biura Czasu i rozesłała do rządów różnych krajów propozycje włączenia się do międzynarodowego serwisu czasu w celu zorganizowania transmisji bardzo precyzyjnego zjednoczonego czasu na cały świat. Pracę tę przerwała jednak I wojna światowa.

Do kwestii tej powrócono w 1919 roku na konferencji w Brukseli, na której powołano Międzynarodową Unię Astronomiczną. Na zjeździe tego związku w tym samym roku powołano stałe Międzynarodowe Biuro Czasu, którego zadaniem było koordynowanie i podsumowywanie pracy wszystkich służb czasu na świecie.

W Rosji regularny odbiór radiowych sygnałów czasu rozpoczął się w maju 1913 r. Już w 1914 r. podjęto próbę wyjaśnienia długości geograficznej Obserwatorium Pułkowo za pomocą radiowych sygnałów czasu. W 1920 roku obserwatorium astronomiczne w Pułkowie zaczęło regularnie nadawać dokładne sygnały czasu. Sygnały nadawane były codziennie, najpierw o godzinie 19:30, a od lipca 1921 roku o godzinie 19:00 czasu uniwersalnego za pośrednictwem piotrogrodzkiej stacji radiowej „New Holland”. 25 maja 1921 r. zaczęto nadawać sygnały za pośrednictwem moskiewskiej rozgłośni październikowej na Chodynce.

Należy zauważyć, że autorzy sygnałów radiowych „New Holland” i „Khodynka” nie przyjęli międzynarodowego systemu „Onogo”, ale z jakiegoś powodu wymyślili własny, czemu zdecydowanie sprzeciwiał się słynny radziecki hydrograf-geodeta N. N. Matusevich (1875-1950). W 1923 roku opublikował w „Notatkach o Hydrografii” artykuł, w którym wskazał niedogodności nowego systemu dla nawigatorów i jego mankamenty w porównaniu z międzynarodowym oraz zaproponował przejście na system „Onogo”.

W tym okresie główną rolę w odprawianiu czasu nawigacyjnego zaczęły odgrywać także morskie obserwatoria astronomiczne w Kronsztadzie, Mikołajowie, Sewastopolu, Władywostoku i Achangielsku. Ich zadaniem było wyznaczanie poprawek zegarów standardowych oraz wyznaczanie dziennej połowy dnia astronomicznego.

W 1948 roku w naszym kraju powołano Międzyresortową Komisję Jednolitej Służby Czasu przy Państwowym Komitecie Norm Rady Ministrów, której głównymi zadaniami było rozstrzyganie zagadnień związanych z przesyłaniem precyzyjnych sygnałów czasu oraz koordynacja prac w tym obszar różnych zainteresowanych działów.

Obecnie informacje o czasie standardowym transmitowane są za pośrednictwem stacji radiowych i telewizji przez Państwową Służbę Czasu i Częstotliwości (STSF), która łączy działalność obserwacji astronomicznych, odbiór i transmisję sygnałów czasu z 21 obserwatoriów, w tym zagranicznych. Informacje o krajowych i zagranicznych stacjach radiowych nadających sygnały czasu oraz ich programach publikowane są w biuletynie „Częstotliwości referencyjne i sygnały czasu”, wydawanym przez Międzyresortową Komisję Jednolitej Służby Czasu przy Państwowym Komitecie Standardów Rady Ministrów.

Odchylenie dokładnych sygnałów czasu nadawanych przez wiodące krajowe stacje radiowe od skali Państwowego Standardu Czasu i Częstotliwości nie przekracza 0,00003 sekundy. Krajowe stacje nadawcze nadają sygnały kontroli czasu w postaci sześciosekundowych impulsów na koniec każdej godziny. Ostatni szósty sygnał odpowiada godzinie 00:00 z następnej godziny.

Dokładność wytwarzania i przechowywania czasu odniesienia w obserwatoriach również uległa radykalnej zmianie. W momencie założenia Obserwatorium w Greenwich dokładny znacznik czasu uzyskano za pomocą specjalnych obserwacji astronomicznych. Zrobili to za pomocą instrumentu przelotowego - teleskopu, zainstalowanego ściśle wzdłuż południka. Wyznaczanie momentów czasowych odbywało się poprzez obserwację przejścia obrazu gwiazd przez gwint okularu. Im dokładniej astronom odnotuje moment przejścia gwiazdy przez nić okularu, czyli przez południk obserwatora, tym dokładniejsza będzie korekta zegara astronomicznego, a co za tym idzie, dokładniejsze określenie czasu lokalnego. Dokładność wyznaczania momentów tą metodą wynosiła kilka dziesiątych sekundy. Dokładność można było kilkukrotnie zwiększyć stosując automatyczne rejestratory przejścia gwiazdy w polu okularu teleskopu, w szczególności urządzenia fotoelektryczne, chronografy, fotograficzne lampy zenitowe i inne środki i metody.

W obserwatoriach utrzymywano czas pomiędzy obserwacjami astronomicznymi za pomocą mechanicznych zegarów wahadłowych i chronometrów. Aby zapewnić wysoką dokładność, zegarki takie umieszczano w głębokich piwnicach, gdzie łatwiej było zapewnić stałą temperaturę i ciśnienie atmosferyczne oraz chronić instrumenty przed ewentualnymi wstrząsami. Obecnie do wyznaczania momentów w czasie stosuje się wzorce atomowe, które odtwarzają czas trwania sekundy efemeryd, czyli czas matematycznie jednolity, z błędem nie większym niż 10~12 -10~13 sekund.

Zegar atomowy opiera się na procesach oscylacyjnych atomów pierwiastków chemicznych, w szczególności atomów cezu, które zachodzą z wyjątkową stałością.

Tak wysoka dokładność standaryzacji czasu i nadawania jest potrzebna przede wszystkim do celów naukowych i specjalnych (nawigacja kosmiczna, radionawigacja, łączność itp.). W przypadku morskiej nawigacji na niebie wymagania są znacznie niższe. Zatem do pomiarów nawigacji kosmicznej wystarczy znać czas uniwersalny z dokładnością do setnych do dziesiątych części sekundy. W przypadku codziennych czynności zegar morski statku nie powinien odbiegać od czasu dokładnego o więcej niż 0,25 minuty.

Aby zapewnić dokładny czas dla nawigacji i oznaczeń astronomicznych, organizować służbę wachtową i rozwiązywać inne problemy na nowoczesnych statkach i jednostkach pływających, stworzono specjalny serwis pomiaru czasu. Jego funkcje obejmują:

- zapewnienie przechowywania dokładnego czasu uniwersalnego;

- odbieranie precyzyjnych sygnałów radiowych czasu i obliczanie poprawek dla chronometrów i zegarów morskich;

- monitorowanie pracy „chronometrażystów” i ich obsługa;

- rozsyłanie informacji o dokładnym czasie do różnych stanowisk itp.

Chronometr przechowywany jest zawsze w tym samym miejscu – w specjalnej przegródce stołu z mapami. Nie można go przenosić, z wyjątkiem napraw lub w przypadku rozmagnesowania na statku (pod wpływem pól elektromagnetycznych dobowy przebieg chronometru może znacznie się zmienić). Miejsce przechowywania chronometru musi być oddalone od źródeł pól magnetycznych i elektromagnetycznych, instalacji mechanicznych powodujących wibracje oraz przewodów termicznych powodujących nagłe wahania temperatury.

Aby ustawić chronometr według czasu uniwersalnego, wskazania wskazówek są ustawiane z wyprzedzeniem na najbliższy czas Greenwich sygnałów radiowych. W momencie odebrania sygnału chronometr zostaje uruchomiony poprzez obrót go wokół osi pionowej o 40-45°. Następnie sprawdzana jest dokładność czasu i ustalane są poprawki poprzez porównanie z innym wzorcem czasu lub za pomocą sygnałów radiowych nadawanych w kolejnych godzinach.

Jeżeli wymagana jest szczególnie wysoka dokładność, wówczas kilka razy z rzędu odbierane są standardowe sygnały sekundowe, rejestrujące wskazania chronometru i obliczana jest wartość średnia. Maksymalny błąd w ustaleniu korekty chronometru przy odbiorze sygnałów dźwiękowych wynosi od 0,2 do 0,5 sekundy.

Do rejestrowania czasu podczas obserwacji astronomicznych wykorzystuje się tzw. zegar pokładowy, czyli przenośny zegar ze wskazówką sekundową poruszającą się z dokładnością do 0,2 sekundy lub stoper. Podczas obserwacji zegary ustawia się na czas uniwersalny za pomocą chronometru, stosując metodę porównawczą. Stoper służy do pomiaru krótkich odcinków czasu.

W momencie pomiaru wysokości opraw rejestruje się czas, a następnie po uwzględnieniu odpowiednich poprawek oblicza się czas obserwacji Greenwich.

Na wielu statkach i statkach zainstalowano obecnie elektroniczny system pomiaru czasu statku (SVEC).

System składa się z kompletnych funkcjonalnie i konstrukcyjnie modułów, które umożliwiają tworzenie różnych konfiguracji w zależności od wymagań statków i jednostek pływających.

Podstawą systemu jest chronometr kwarcowy KH, zapewnienie przechowywania czasu z błędem nie większym niż jedna sekunda na 40 dni. Taką dokładność osiągnięto dzięki właściwościom płytki piezokwarcowej, gdy przyłożony do niej prąd elektryczny umożliwia wykonywanie okresowych oscylacji z wyjątkowo stałą częstotliwością i niskim tłumieniem. Elastyczne oscylacje kryształu kwarcu zastąpiły oscylacje wahadła. Chronometr kwarcowy wykorzystuje oscylator o małej częstotliwości stabilizowany kwarcem. Wygenerowane oscylacje są przetwarzane przez obwód elektroniczny na sygnały sterujące ruchem wskazówek zegara lub wyświetlaczy cyfrowych.

Zegarki kwarcowe są mniej wrażliwe na temperaturę, wilgotność, ciśnienie itp. niż chronometry mechaniczne.

Zakodowany sygnał czasu generowany przez chronometr kwarcowy jest przesyłany do stacji zegarowej SChS z czujnikiem zegarowym i cyfrową stacją zegarową SCHTS z cyfrowymi wskaźnikami czasu. SChS przetwarza kod czasowy pochodzący z chronometru na sekwencję impulsów kontrolowanych przez przemienniki R działanie elektronicznego zegara wtórnego EHF, które można umieścić na różnych stanowiskach okrętowych w odległości do 500 metrów od SChS.

Rozmawiać SChS Można podłączyć do 100 zegarów tarczowych. Jeśli są używane do 10 godzin, można je podłączyć bezpośrednio do chronometru bez wzmacniaczy.

SCC przetwarza otrzymany na wejściu kod czasu na równoległy binarny kod dziesiętny, który steruje pracą czterech wtórnych zegarów cyfrowych PCV. Cyfrowe wyświetlacze wyświetlają informacje o aktualnym czasie w godzinach, minutach, sekundach i dziesiątych części sekundy. Zamiast zwykłego zegara cyfrowego, dokładny kod czasowy można przesłać do komputera cyfrowego TsVM, rozwiązywanie problemów związanych z precyzyjnym czasem.

NA PCV Istnieje możliwość rejestracji aktualnej godziny za pomocą przycisku na panelu przednim i pilota zegara oraz w razie potrzeby wyłączenia i włączenia wskaźników dziesiętnych sekundy bez utraty informacji chronometrycznych.

Modułowa konstrukcja systemu czasu pozwala na zainstalowanie na statku SVEC tylko z czujnikami zegarowymi lub tylko ze wskaźnikami cyfrowymi lub z obydwoma.

W przypadku utraty zasilania z sieci system automatycznie przełącza się na akumulatory. Aby automatycznie połączyć SVEC z sygnałami czasu, stosuje się moduł korekcji radiowej DBK. Dokładność automatycznego wiązania nie jest gorsza niż 0,03 sekundy. Wyrównanie można również przeprowadzić ręcznie, to znaczy podczas odbierania sygnałów przez ucho. Błąd wiązania w tej opcji nie powinien przekraczać 0,3 sekundy.

Wprowadzenie SVEC zwiększa dokładność przechowywania czasu i znacznie ułatwia rozwiązywanie problemów nawigacji kosmicznej.

Codzienna działalność statków i statków zorganizowana jest według czasu statku, który może odpowiadać czasowi standardowemu w obszarze nawigacyjnym, a także czasowi moskiewskiemu lub światowemu, w zależności od rozwiązywanych zadań. W tym momencie ustawiony jest zegar morski statku i dodatkowy zegar SVEC.

miał mieć trzy chronometry.

Kiedy „NEVA” i „NADEZhDA” pod dowództwem I. Krusenstern

w 1803 roku wyruszyli w swoje pierwsze opłynięcie świata,

„Trzy chronometry stołowe i dwa zegary porównawcze, wydane z obserwatorium astronomicznego w Kronsztadzie, przywieziono koleją na krążownik „BAYAN”. Zaledwie przez kilka dni chronometry stały w pokoju hotelowym, natomiast przygotowano dla nich miejsce w pokoju nawigatora. kabinę oficerską; po czym ostrożnie przeniesiono ich na krążownik i przystąpiono do ich badania.” http://vchernik.livejournal.com/41953.html

Zegar morski- To specjalne urządzenie do precyzyjnego pomiaru czasu na statkach. Akcesorium, zgodnie z oczekiwaniami, jest wyposażone w wskazówki minutowe i godzinowe. Ciekawy jest moment nakręcenia takiego zegarka. Rozpoczynają się raz w tygodniu w określonym dniu. Zgodnie z przepisami specjalny marynarz z załogi jednostki bojowej okrętu musi codziennie przed podniesieniem bandery sprawdzać chronometr.

Pewnego razu To właśnie potrzeby żeglugi morskiej doprowadziły do ​​powstania zegarków o szczególnie precyzyjnym mechanizmie – chronometrów.

Co ciekawe, epoka wielkich odkryć geograficznych obeszła się bez dużej precyzji urządzenia.

Nieustraszeni pionierzy odkrywali nowe lądy i nowe szlaki morskie, opierając się wyłącznie na wskazaniach kompasu, astrolabium, a nawet nawigując według gwiazd.

Dopiero gdy świat został podzielony i na jego mapie pojawiły się ogromne imperia kolonialne, kwestia bezpieczeństwa statków na pełnym morzu stała się szczególnie dotkliwa.

Naturalnie Wielka Brytania, która w tym czasie zajmowała około jednej czwartej powierzchni całej Ziemi, jako pierwsza zaniepokoiła się tym.

W 1714 roku parlament brytyjski ustanowił nagrodę specjalną w wysokości 20 tysięcy funtów (według dzisiejszych standardów około dwóch milionów dolarów) za stworzenie urządzenia zdolnego do określenia długości geograficznej statku w dowolnym miejscu na Ziemi z dokładnością do pół stopnia (równą do 30 minut długości geograficznej).

20 tysięcy funtów za dokładność

Wraz z rosnącą intensywnością żeglugi oceanicznej lista statków, które zginęły nie tyle z powodu „nieodpartych sił natury i nieuniknionych wypadków na morzu”, zaczęła rosnąć w zastraszającym tempie, ale z powodu niemożności określenia przez kapitanów ich położenia poza zasięgiem widoczności nadmorskich atrakcji.

Aby to zrobić, marynarz musi znać dwie wielkości - szerokość i długość geograficzną. A jeśli rozwiązanie pierwszej połowy tego problemu znaleziono w połowie XV wieku, to przy określaniu długości geograficznej sytuacja była znacznie bardziej skomplikowana.

Z problemem określenia długości geograficznej, czyli południka, na którym aktualnie znajduje się statek, walczyli praktyczni kapitanowie, wypaleni do czerwoności przez oceaniczne burze i bladzi fotelowi teoretycy, którzy morza nigdy w życiu nie widzieli.

Teoretyczne rozwiązanie problemu znaleziono dość szybko.

Dzięki tytanicznej ciężkiej pracy Duński astronom Tycho Brahe a geniusz takich teoretyków jak Johannes Kepler i Izaak Newton umożliwił obliczenia specjalne „Tabele wysokości i azymutów opraw oświetleniowych” (TVA) na każdy rok.

Po zmierzeniu wysokości gwiazdy nad horyzontem i znajomości czasu lokalnego, czyli czasu statku, należy udać się do TVA i wtedy proste obliczenia w celu uzyskania długości geograficznej miejsca, jednak pod jednym warunkiem: należy jak najdokładniej znać różnicę między czasem lokalnym a czasem określonego punktu geograficznego, na podstawie którego zestawiono TVA.

Patrząc trochę w przyszłość, powiedzmy, że geografowie na całym świecie za obopólną zgodą przyjęli ten punkt jako słynne Obserwatorium w Greenwich w Anglii I. Zatem chodziło o drobnostki: „zachować” czas Greenwich na statku. Tylko!

TECHNOLOGIA CHRONOMETRII

Inżynier stoczniowy, akademik A.N. Kryłow zauważył kiedyś pewnemu niezwykle chwalonemu naukowcowi, że odkrycie to 2% pomysłu i 98% jego realizacji. Dokładnie tak stało się z problemem wyznaczania długości geograficznej: wszyscy wiedzą, co należy zrobić, ale nikt nie wie jak.

W tamtych czasach żeglowania i wioślarstwa mierzenie czasu na statku było bardzo trudnym procesem!

Używano do tego klepsydry – półgodzinnej, ogromnej, jak dwa połączone ze sobą dwulitrowe słoiczki, ułamkowej – mniejszej, aż po małe półminutowe. Obowiązkiem kadeta na wachcie było nadzorowanie przepływu piasku i terminowe przewracanie dużego zegara, wybijając godzinę dzwonkiem okrętowym (dlatego w marynarce wojennej do dziś czas odmierza się „kolbami”).

Każdego południa kurs takich zegarów dostosowywano do słońca i odliczanie rozpoczynało się od nowa – do następnego południa.

Oczywiście dokładność tej metody pomiaru czasu była, delikatnie mówiąc, bardzo warunkowa.

A przecież w salonach bogatych domów od dawna tykały zwykłe zegarki mechaniczne ze wskazówkami, problem jednak polegał na tym, że na morzu nie było mowy o używaniu ich!

Zegary takie napędzane były ciężarkiem na łańcuszku, a ruch regulowany był wahadłem. Oczywiste jest, że w warunkach morskich taki mechanizm był bezużyteczny.

Udało nam się jednak znaleźć ciężar zastępczy dosłownie w pobliżu - od rusznikarzy.

W tak zwanym zamku koła muszkietu iskra została wyrzucona z krzemienia przez rowkowane koło napędzane sprężyną śrubową; Łącząc go z mechanizmem kotwiczącym, udało się uzyskać źródło energii niewrażliwe na kołysanie. Ale co z wahadłem?

HUYGENS, HAK I INNE
Historia technologii jest pełna epizodów, w których dość trudno jest ustalić z całą pewnością priorytet konkretnego wynalazku. W szczególności kogo należy uznać za prawdziwego wynalazcę - tego, który jako pierwszy wymyślił zasadę działania urządzenia, czy tego, któremu udało się zastosować je w praktyce?

Historia powstania chronometru jest w tym sensie bardzo orientacyjna.

W 1674 roku holenderski naukowiec zaproponował zastąpienie wahadła kołem balansowym.

Christiaana Huygensa,

tak przy okazji, to onTo on wymyślił zasadę działania zegarka – mechanizm kotwiczny, regulator prędkości obrotowej. To jest ta sama równowaga, którą zobaczysz po otwarciu dowolnego zegarka mechanicznego.

Niestety okazało się, że zmiana temperatury o zaledwie jeden stopień spowalnia lub przyspiesza działanie takich zegarów 20 razy bardziej niż zegarów wahadłowych!

Wiadomo, że żeglarze nie mogli zadowolić się taką niestabilnością żeglowania.

Rozczarowanie było tak duże, że Huygens porzucił plan stworzenia chronometru morskiego.

Niemal jednocześnie z Huygensem to samo urządzenie skonstruował wybitny fizyk, Anglik Robert Hooke. Ale też nie dokończył dzieła.

Tymczasem trudności na drodze do stworzenia chronometru rosły.

Okazało się, że nawet opór powietrza wpływa na dokładność ruchu!

Obracając się, koło balansowe tworzyło wokół siebie wiry powietrza, co również zmieniało prędkość mechanizmu...

Wynalazcy musieli się poddać i poddać.

SAMODZIELNA WYTRWAŁOŚĆ
Stolarz z Yorkshire, który uporał się z problemem chronometru Johna Harrisona najwyraźniej po prostu nNie wiedziałem tegowładze uznały go za nierozwiązywalny i dlatego poszedł drogą, którą już przed nim przebył, zbierając te same siniaki i guzy, co jego poprzednicy, ale z niezachwianym uporem prawdziwego Brytyjczyka, raz po raz wznawiając poszukiwania.

Jego pierwszy chronometr, zaprezentowany jasnym oczom lordów Admiralicji, był genialnym produktem o wadze aż 35 kg. Zawierał wiele wahadeł, które obracały się w różnych płaszczyznach, aby kompensować skutki pochylania, co było krokiem wstecz w porównaniu z mechanizmami Hooke'a-Huygensa.

Nic dziwnego, że testów przeprowadzonych w 1735 roku trudno nazwać sukcesem. Wyposażony w „chronometr nr 1” angielski statek popłynął do Lizbony i z powrotem, a zegar tykał aż w 6 minut, co w przeliczeniu na odległość w szerokościach równikowych wynosiło 180 km!

Po dokładnym rozważeniu Harrison porzucił modyfikację tego projektu i zrobił sobie przerwę, która trwała aż 25 lat.

W tym czasie nie tylko powtórzył wszystkie wynalazki dokonane przed nim w tej dziedzinie, ale także zasadniczo je ulepszył, mimo to stworzył mechanizm B W zasadzie do dziś nie uległ znaczącym zmianom.

W 1761 roku statek Jego Królewskiej Mości Deptford popłynął z Portsmouth na Jamajkę.

Rozmawiamy o tym, jak chronometry morskie pomogły w tworzeniu imperiów

Określanie współrzędnych na morzu od dawna jest najważniejszą sztuką. Jeśli kapitanowie nauczyli się określać szerokość geograficzną położenia statku na podstawie gwiazd i wysokość bieguna nad horyzontem już w XV wieku, poszukiwania dokładnej metody określania długości geograficznej rozciągnęły się na kolejne trzy stulecia. A te poszukiwania przypominały stworzenie bomby atomowej: kto wyprzedzi innych, stanie się najsilniejszy.

Przecież era wielkich odkryć geograficznych właśnie się skończyła, a czołowe mocarstwa europejskie chciały za wszelką cenę wystawić dla siebie otwarte tereny. Handel i żegluga rozwijały się w tamtych czasach szybciej niż przemysł: po co produkować coś, skoro można po prostu zrabować, przywieźć i sprzedać z bajecznym zyskiem.

Najsmaczniejsze kolonie znajdowały się na zachodzie i wschodzie, a podróżując tam, znajomość długości geograficznej była niezwykle konieczna. Wiele statków zginęło, zanim dotarły zaledwie kilka mil od pożądanego celu, ponieważ strach i groźba buntu na statku zmusiły kapitanów do zawrócenia. Jeszcze więcej rozbiło się o przybrzeżne skały podczas burz i mgły.

W rezultacie w 1714 roku parlament angielski ogłosił międzynarodowy konkurs na stworzenie przyrządu lub metody określania długości geograficznej z błędem 20 lub 30 mil podczas podróży do Indii Zachodnich i z powrotem.

Przyznawano także nagrody w wysokości 10, 15, 20 tysięcy funtów szterlingów (wówczas kolosalne pieniądze), w zależności od dokładności określenia długości geograficznej. Aby zaakceptować i rozważyć propozycje tego prawa, utworzono Biuro Długości Geograficznej, na którego czele stoi sam ojciec fizyki Izaak Newton.

Sir Isaac Newton

Od samego początku istniały dwa sposoby określania długości geograficznej: astronomiczna i mechaniczna, za pomocą zegara.

Astronomię propagował Galileo Galilei, który stworzył ogólnie dobrą metodę określania długości geograficznej na podstawie okresów zaćmień czterech odkrytych przez siebie satelitów Saturna. Czasami jednak nie można było tego zrobić nawet we Włoszech, gdzie chmury są rzadkim gościem.

Cóż możemy powiedzieć o morzu: najpierw spróbuj, podczas lekkiego ruchu kołysania, choć uchwycić w teleskopie Saturna, nie mówiąc już o jego satelitach. Jeśli chodzi o metodę mechaniczną, po kilku próbach wyobrażenia sobie zegara morskiego Newton po ich przestudiowaniu napisał w 1714 r.:

Używając dokładnego zegara, możesz określić długość geograficzną. Ale ponieważ statek jest w ciągłym ruchu, doświadcza zmian ciepła i zimna, narażenia na wilgotne i suche powietrze, a siła grawitacji zmienia się na różnych szerokościach geograficznych, taki zegarek nie jest jeszcze możliwy do stworzenia i jest mało prawdopodobne, że tak się stanie kiedykolwiek wydarzy się w przyszłości.

A jednak niesłychana nagroda zmusiła najlepsze umysły tamtych czasów do napięcia i w 1735 roku brytyjski mistrz John Harrison (1693-1766) stworzył wspaniały chronometr morski H1 „Grasshopper”.

Twórcą chronometrów morskich jest John Harrison. Zdjęcie: http://www.rmg.co.uk

Rolę wahadła pełniły w nim dwie długie dźwignie balansowe z kulkami na obu końcach. Połączone ze sobą pośrodku tworzyły literę X z drążkami oscylującymi w przeciwnych kierunkach, co neutralizowało w ten sposób efekt miotania. Dźwignie napędzane były czterema sprężynami równoważącymi. Różnice temperatur kompensowano za pomocą mosiężnych i stalowych prętów, do których przymocowano końce sprężyn.

Pierwszy chronometr morski Johna Harrisona H1 („Grasshopper”), 1735. Fot. http://collections.rmg.co.uk

Podczas wyjazdu testowego do Lizbony i z powrotem „Konik polny” zebrał bardzo pozytywne recenzje, a wzmianka o wynalazku Harrisona pojawiła się w raportach Obserwatorium w Greenwich. To wszystko jednak nie przekonało Parlamentu do przyznania Harrisonowi wymaganej premii; otrzymał on jedynie dotację na stworzenie nowych chronometrów.

Krąży historia, że ​​John Harrison nie martwił się szczególnie faktem, że nie otrzymał nagrody za wynalezienie „Konika Polnego”, ponieważ jego chronometr został potajemnie zdobyty przez piratów, którzy zapłacili mu więcej niż wymagana kwota

Mistrz przez całe życie udoskonalał swój chronometr. Drugi chronometr H2 różnił się od pierwszego urządzeniem do stabilizacji impulsu za pomocą sprężyn pośrednich.

Nakręcano w nim dwie sprężyny śrubowe co pół godziny, a moment obrotowy był zawsze na tym samym poziomie. Również w mechanizmie znajdował się bezpiecznik jako moduł stałej siły. Nie testowali H2, ponieważ trwała wojna z Hiszpanią, a Admiralicja obawiała się, że potężna broń strategiczna – chronometr – wpadnie w ręce wroga.

Jeśli pierwszy „Konik polny” będzie trzymany w Obserwatorium w Greenwich, to losy H2 i H3 nie będą tak znane (chociaż struktura ich mechanizmów jest opisana bardzo szczegółowo). Myślę, że tu też byli piraci.

Chronometry morskie Johna Harrisona - H2 i H3. Zdjęcie: http://collections.rmg.co.uk

A Harrison i tak otrzymał swoją nagrodę w wysokości 20 tysięcy funtów w 1759 roku za chronometr H4, który był już podobny do znanych nam chronometrów morskich – rodzaj stołowego lub bardzo dużego zegarka kieszonkowego.

Pierwszy chronometr morski Johna Harrisona H1 („Grasshopper”) 1735. wraz z wielokrotnie nagradzanym chronometrem H4 z 1759 roku. (w centrum). Zdjęcie: http://www.e-reading.club/chapter.php/103039/23/Hauz_-_Grinvichskoe_vremya_i_otkrytie_dolgoty.html, http://collections.rmg.co.uk

Mechanizm umieszczono w dwóch srebrnych kopertach o średnicy 10,5 cm. Tarczę pokryto białą emalią; Na tym białym tle umieszczono dekoracje wykonane w kolorze czarnym. Stalowe wskazówki godzin i minut są pomalowane na niebiesko; znajdowała się również centralna wskazówka sekundowa, która obracała się między dwiema innymi wskazówkami. Zegarek nakręcany był przez otwór w tylnej części koperty wewnętrznej.

Chronometr morski John Harrison H4. Zdjęcie: http://collections.rmg.co.uk

Zegar morski nr 4 Harrisona, w odróżnieniu od pierwszych trzech zegarów morskich, nie był zawieszony na przegubie Cardana, ale podczas kołysania statku był umieszczany na miękkiej poduszce i za pomocą zewnętrznej obudowy i stopniowanego łuku określał swoje położenie można było ustawić tak, aby było lekko nachylone do poziomu.

Syn mistrza William przetestował je podczas podróży na Jamajkę. Deptford wypłynął z Portsmouth 18 listopada 1761 roku, a kiedy 61 dni później dotarł do Port Royal, H4 miał zaledwie 9 sekund opóźnienia!

Zdobywszy dokładny zegar, kapitanowie Królewskiej Marynarki Wojennej zyskali kolosalną przewagę nad okrętami innych mocarstw i to dzięki zegarowi wkrótce powstało wielkie Imperium Brytyjskie, nad którym nigdy nie zachodziło słońce.

Jeśli Hiszpanie, Francuzi i Holendrzy na wszelki wypadek zmuszeni byliby zaopatrzyć się w dziesiątki beczek świeżej wody i żywności, to Brytyjczycy mając dokładne informacje o długości geograficznej, zamiast „olinowania” żywności zaopatrzyli się w dodatkowe beczki prochu, armaty i kule armatnie, które z reguły decydowały o wyniku bitew na ich korzyść.

Ale najważniejszą zasługą Johna Harrisona jest to, że zaszczepił zaufanie u innych najlepszych mistrzów: Larkuma Kendalla, Thomasa Muge, Johna Arnolda, Pierre'a Leroya, Ferdinanda Berthouda, Abrahama-Louisa Bregueta. Wraz z wynalezieniem wychwytu kotwicznego chronometry stały się jeszcze dokładniejsze, a Ulysses Nardin zyskał sławę jako największy producent.

Chronometry morskie dostarczyła niemieckiej marynarce wojennej firma A. Lange & Söhne z Glashütte. A kiedy całe wyposażenie wraz z dokumentacją techniczną zostało wywłaszczone i wywiezione do Związku Radzieckiego, wkrótce na statkach radzieckich zaczęto otrzymywać chronometry morskie Poljot z mechanizmem będącym dokładną kopią kalibru ALS 48.

A teraz, gdy współrzędne statku są automatycznie ustalane przez komputery pokładowe połączone z satelitami GPS, doświadczeni kapitanowie wolą na wszelki wypadek mieć przy sobie stary, dobry mechaniczny chronometr morski.

Autor artykułu: Timur Baraev

znalazłeś błąd w tekście? wybierz go i naciśnij Ctrl + Enter

Dzięki dokładnemu pomiarowi czasu, znanej stałej lokalizacji, takiej jak średni czas Greenwich (GMT) i czasu w Twojej bieżącej lokalizacji. Opracowany po raz pierwszy w XVIII wieku, był poważnym osiągnięciem technicznym, ponieważ dokładna znajomość czasu podczas długiej podróży morskiej jest niezbędna do nawigacji bez środków elektronicznych i komunikacyjnych. Pierwszym prawdziwym chronometrem było dzieło życia jednego człowieka, Johna Harrisona, obejmujące 31 lat nieustannych eksperymentów i testów, które zrewolucjonizowały nawigację morską (a później powietrzną) i umożliwiły przyspieszenie epoki odkryć i kolonializmu.

Termin chronometr powstało z greckich słów chronosomy(wartość czasu) i metr(wartość przeciwna) w 1714 r. przez Jeremy’ego Tuckera, wczesnego konkurenta do nagrody ustanowionej na mocy Prawa Długości Geograficznej w tym samym roku. Ostatnio coraz szerzej używa się go do opisania zegarka, który został przetestowany i certyfikowany pod kątem spełnienia określonych standardów dokładności. Zegarki wyprodukowane w Szwajcarii mogą wyświetlać słowo „chronometr” tylko wtedy, gdy posiadają certyfikat.

fabuła

Aby określić położenie na powierzchni Ziemi, konieczna i wystarczająca jest znajomość szerokości, długości i wysokości geograficznej. Względy wysokości można oczywiście zignorować w przypadku statków eksploatowanych na poziomie morza. Do połowy lat pięćdziesiątych XVIII wieku dokładna nawigacja na morzu z widoku lądu była nierozwiązanym problemem ze względu na trudności w obliczaniu długości geograficznej. Nawigatorzy mogą określić swoją szerokość geograficzną, mierząc kąt słońca w południe (to znaczy, kiedy osiągnęło ono swój najwyższy punkt na niebie, czyli punkt kulminacyjny) lub, na półkuli północnej, mierząc kąt Polaris (Gwiazdy Północnej) od horyzont (zwykle o zmierzchu). Aby jednak określić swoją długość geograficzną, potrzebują wzorca czasu, który będzie działał na pokładzie statku. Obserwacje regularnych ruchów ciał niebieskich, takie jak metoda Galileusza oparta na obserwacjach naturalnych satelitów Jowisza, na morzu zwykle nie są możliwe ze względu na ruch statków. Metoda odległości księżycowej, pierwotnie zaproponowana przez Johannesa Wernera w 1514 r., została opracowana równolegle z chronometrem morskim. Holenderski naukowiec Gemma, Frisius Renier, jako pierwszy zaproponował użycie chronometru do określania długości geograficznej w 1530 roku.

Celem chronometru jest dokładny pomiar czasu w znanym, stałym miejscu, takim jak średni czas Greenwich (GMT). Jest to szczególnie ważne w przypadku nawigacji. Znajomość czasu GMT w południe lokalnym pozwala nawigatorowi wykorzystać różnicę czasu między pozycją statku a południkiem Greenwich do określenia długości geograficznej statku. Ponieważ Ziemia obraca się ze stałą częstotliwością, różnicę czasu między chronometrem a czasem lokalnym statku można wykorzystać do obliczenia długości geograficznej statku względem południka Greenwich (określanego jako 0°) przy użyciu trygonometrii sferycznej. We współczesnej praktyce almanach nawigacyjny i tablice przeglądowe trygonometryczne pozwalają nawigatorom mierzyć Słońce, Księżyc, widoczne planety lub dowolną z 57 wybranych gwiazd do celów nawigacji w dowolnym momencie, gdy horyzont jest widoczny.

Stworzenie chronometru, który działałby niezawodnie na morzu, było trudne. Aż do XX wieku najlepsi mierzący czas mieli zegary wahadłowe, ale zarówno kołysanie się statków na morzu, jak i zmiany grawitacji Ziemi sięgające 0,2% sprawiały, że prosta podstawa grawitacji wahadła była bezużyteczna zarówno w teorii, jak i praktyce.

Pierwsze chronometry morskie

Pierwsze opublikowane użycie tego terminu miało miejsce w 1684 r Arcanum Navarchicum, praca teoretyczna profesora Keela Matthiasa Wasmutha. Następnie pojawiły się dalsze teoretyczne opisy chronometru w pracach opublikowanych przez angielskiego naukowca Williama Dyrhama w 1713 r. Główne dzieło Dyrhama, pt. fizykoteologia, czyli ukazanie istot i atrybutów Boga na podstawie jego dzieł stwórczych, a także zasugerował zastosowanie uszczelnienia próżniowego w celu zapewnienia większej dokładności działania zegarków. Próby zbudowania działającego chronometru morskiego rozpoczęli Jeremy Tucker w Anglii w 1714 r., a Henry Sully we Francji dwa lata później. Sully opublikował swoje dzieło w 1726 r Une Orloga inventée et executée nominalnie M. Sulli, ale ani jego model, ani model Tuckera nie były w stanie wytrzymać wzburzonego morza i utrzymać dokładnego czasu w warunkach pokładowych.

W 1714 r. rząd brytyjski przyznał nagrodę za długość geograficzną za metodę określania długości geograficznej na morzu, a nagrody wahały się od 10 000 do 20 000 funtów (2 000 000 milionów funtów w przeliczeniu na 4 funty w 2019 r.) w zależności od dokładności. John Harrison, cieśla z Yorkshire, przedstawił projekt w 1730 r., a w 1735 r. ukończył zegar oparty na parze podwieszanych belek o przeciwnych oscylacjach, połączonych sprężynami, na ruch nie ma wpływu grawitacja ani ruch statku. Jego pierwsze dwa chronometry morskie, H1 i H2 (ukończone w 1741 r.), korzystały z tego systemu, zdał sobie jednak sprawę, że mają one fundamentalną wrażliwość na siłę odśrodkową, co oznacza, że ​​na morzu nigdy nie będą wystarczająco dokładne. Konstrukcja jego trzeciej maszyny, oznaczonej jako H3, w 1759 roku obejmowała nowe pozostałości pierścieniowe oraz wynalezienie bimetalicznych łożysk tocznych paskowych i klatkowych, wynalazki, które są nadal szeroko stosowane. Jednak okrągłe pozostałości H3 nadal okazały się zbyt niedokładne i ostatecznie porzucił większe maszyny.

Harrison rozwiązał problemy z dokładnością za pomocą swojego znacznie mniejszego projektu chronometru H4 w 1761 roku. H4 wyglądał tak samo jak duży zegarek kieszonkowy o średnicy pięciu cali (12 cm). W 1761 roku Harrison zaprezentował H4 na Longitude za nagrodę w wysokości 20 000 funtów. W jego konstrukcji zastosowano szybko bijące koło balansowe, kontrolowane przez sprężynę śrubową z kompensacją temperatury. Funkcje te pozostawały w użyciu, dopóki stabilne oscylatory elektroniczne nie pozwoliły na produkcję bardzo dokładnych zegarków przenośnych w przystępnej cenie. W 1767 roku Rada Długości geograficznej opublikowała opis jego twórczości w Zasady chronometrażysty autorstwa pana Harrisona .

Nowoczesny chronometr

Najbardziej kompletna międzynarodowa kolekcja chronometrów morskich, w tym Harrison H1 H4, znajduje się w Królewskim Obserwatorium Greenwich w Londynie w Wielkiej Brytanii.

Chronometry mechaniczne

Decydującym problemem było znalezienie rezonatora, który pozostałby niezmieniony ze względu na zmieniające się warunki panujące na statku na morzu. Równowaga, ciągniona za pomocą sprężyny, rozwiązuje większość problemów związanych z ruchem statku. Niestety, elastyczność większości materiałów sprężyn balansowych zmienia się w zależności od temperatury. Aby skompensować stale zmieniającą się siłę sprężyny, większość pozostałości chronometru wykorzystuje bimetaliczny pasek do przesuwania małych ciężarków w kierunku środka oscylacji i od niego, zmieniając w ten sposób okres wagi w celu dopasowania do zmieniającej się siły sprężyny. Problem równowagi sprężyny został rozwiązany poprzez zastosowanie stopu stali niklowej zwanego elinvarem ze względu na jego stałą elastyczność w normalnych temperaturach. Wynalazcą był Guillaume, który w 1920 roku otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki w uznaniu jego pracy metalurgicznej.

Zejście służy dwóm celom. Po pierwsze, pozwala pociągowi ułamkowo i z wyprzedzeniem rejestrować wahania równowagi. Jednocześnie zapewnia znikomą ilość energii, aby przeciwdziałać drobnym stratom wynikającym z tarcia, utrzymując w ten sposób pęd oscylującej wagi. Wychwyt to część, która tyka. Ponieważ naturalny rezonans oscylującej wagi stanowi serce chronometru, wychwyty chronometru zaprojektowano tak, aby w jak najmniejszym stopniu zakłócały równowagę. Istnieje wiele konstrukcji mechanizmów spustowych o stałej sile i indywidualnych, ale najczęściej spotykane są zatrzaski sprężynowe i zatrzaski obrotowe. W obu przypadkach mały zatrzask blokuje koło ewakuacyjne i pozwala, aby waga przez krótki czas obracała się całkowicie bez zakłóceń, z wyjątkiem środka wibracji, kiedy jest najmniej narażona na wpływy zewnętrzne. W środku oscylacji rolka na drążku równoważącym na chwilę przesuwa zapadkę, umożliwiając przejście jednego zęba koła wychwytowego. Ząb koła jezdnego przekazuje następnie swoją energię drugiemu wałkowi na łacie równoważącej. Ponieważ koło jezdne obraca się tylko w jednym kierunku, waga otrzymuje pęd tylko w jednym kierunku. Podczas odwrotnego obrotu sprężyna przechodząca na końcu zapadki umożliwia odblokowanie rolki przez laskę w celu poruszania się bez przesuwania zapadki. Najsłabszym ogniwem każdego mechanicznego chronometrażysty jest smarowanie wychwytu. W miarę jak olej gęstnieje w wyniku starzenia się, temperatury lub wilgoci rozpraszanej lub parowania, prędkość ulegnie zmianie, czasami dramatycznej, ponieważ ruch wagi jest zmniejszony z powodu zwiększonego tarcia w wychwytie. Wychwyt blokujący ma zdecydowaną przewagę nad innymi wychwytami, ponieważ nie wymaga smarowania. Impuls z koła jezdnego do rolki impulsowej jest prawie martwy, co oznacza, że ​​lekko poruszająca się akcja wymaga smarowania. Koło wychwytowe chronometru i sprężyny są zwykle złote ze względu na zmniejszone tarcie ślizgowe metalu w stosunku do mosiądzu i stali.

Chronometry często zawierają inne innowacje w celu poprawy ich wydajności i dokładności. Twarde kamienie, takie jak rubin i szafir, są często używane jako klejnoty łożyskowe w celu zmniejszenia tarcia i zużycia czopów i wychwytu. Diament jest często używany jako kamień nasadkowy dolnego końca wahadłowego, aby zapobiec zużyciu spowodowanemu latami ciężkich pozostałości po wahadłowcu na małym końcu wahadłowym. Do końca produkcji chronometrów mechanicznych w trzeciej ćwierci XX wieku producenci kontynuowali eksperymenty z takimi elementami, jak łożyska kulkowe i chromowane zawiasy.

Chronometry morskie zawsze zawierają układ podtrzymujący moc, który utrzymuje chronometr w trakcie nakręcania, oraz rezerwę chodu wskazującą, jak długo chronometr będzie działał bez nakręcania. Chronometry morskie to najdokładniejsze przenośne zegarki mechaniczne, jakie kiedykolwiek wyprodukowano, osiągające dokładność około 0,1 sekundy dziennie lub mniej niż jedną minutę rocznie. Jest wystarczająco dokładny, aby zlokalizować położenie statku w promieniu 1–2 mil (2–3 km) po miesięcznej podróży morskiej.