Судновий хронометр. Російський годинник на службі батьківщини. Історія появи хронометрів

Кожній людині чогось не вистачає. Одному грошей, іншому уваги та любові, третьому здоров'я. Але чого не вистачає однозначно всім – це часу. Саме тому люди завжди мріяли вигадати прилад, за допомогою якого зможуть точно підраховувати час, щоб раціонально їм розпоряджатися.

Однак більшість перших годин були дуже ненадійними і залежали від умов довкілля. Але одного разу було винайдено надточний прилад для вимірювання часу - хронометр. Цей дивовижний винахід, як не дивно, вплинув не лише на життя пересічних людей. Насамперед винахід цього приладу допоміг морякам краще орієнтуватися у відкритому морі.

Хронометр – це що?

Саме слово "хронометр" походить із поєднання двох грецьких слів: "час" (хронос) і "вимірювати" (метр).

З назви приладу стає зрозуміло, що його призначення - вимірювати час. Іншими словами, хронометр - проте дуже надійні, здатні продовжити працювати в будь-яких умовах і мороз, і в тропічну спеку.

Історія появи хронометрів

Хронометри не були першим механічним годинником. Проте годинникові механізми були дуже крихкими і легко ламалися за несприятливих зовнішніх умов. Більше того, навіть за звичайних обставин годинник з часом починав «брехати».

Але все змінилося в 1731 році, коли якийсь британський годинникар на прізвище Гаррісон винайшов хронометр. Цей винахід став дуже важливим для розвитку морської справи. Так як прилад Гаррісона продовжував показувати абсолютно точний час за будь-яких умов, це допомагало екіпажу визначати довготу, а потім і координати знаходження судна.

Незважаючи на свою дорожнечу, хронометр став досить часто використовуватися на кораблях, а з розвитком повітроплавання і літаками.

Примітно, що конструкція Гаррісона була настільки досконала, що за минулі роки практично не зазнала змін. Єдине, замінили деякі матеріали хронометра більш сучасні, легкі і міцні.

Морський хронометр

Винахід Гаррісона (до того як його в двадцятому столітті почали витісняти більш прості і дешеві морські годинники зі стабілізацією ходу за допомогою а також GPS) було найнадійнішим засобом для моряків, щоб вони могли визначити своє місце розташування.

Як правило, усі морські хронометри мали ідентичну стандартну конструкцію. У спеціальний (найчастіше дерев'яний) корпус був поміщений Завдяки конструкції корпусу, він у будь-якій ситуації утримував хронометр у горизонтальному положенні. Корпус оберігав механізм годинника від впливу на нього перепадів температур, а також зміни положення приладу.

Хронометри в наручному годиннику

З винаходом надточного годинника багато приватних осіб стали мріяти мати такі ж у себе вдома. На основі винаходу Гаррісона спочатку стали робити настінний і настільний надточний годинник для будинку. Трохи пізніше технології дозволили зменшити механізм і створити наручні хронометри, необхідні зайнятим людям, для яких кожна секунда на вагу золота.

Відколи з'явився наручний годинник з точністю хронометра, минуло кілька десятиліть. І сьогодні кожна компанія, що поважає себе з випуску наручного годинника, має у своїй лінійці моделі з хронометром. Незважаючи на це, найточнішим і найякіснішим, природно, є швейцарський хронометр.

Більше того, саме у Швейцарії займаються перевіркою з усього світу, які претендують на звання хронометрів. Для таких годинників також розроблено спеціалізований стандарт якості ISO 3159-1976.

Як дізнатися, чи є у годиннику хронометр?

Володіти дуже точним годинником мріє кожен. І хоча на більшості наручних аксесуарів для вимірювання часу вказується, чи є хронометр у годиннику, бувають винятки. Тому можна самотужки перевірити його наявність чи відсутність у власному аксесуарі.

Для перевірки необхідно переконатися, чи є у годиннику свіжа батарейка або як давно вони заведені, щоб не порушити чистоту експерименту. Далі слід виставити точний час. Після цього годинник потрібно перевести в положення циферблатом вниз і залишити в такому вигляді на двадцять чотири години. Після закінчення терміну потрібно перевернути вгору та залишити ще на двадцять чотири години. Тепер можна звіритися із реальним часом. Якщо за дві доби нестандартного положення годинник став «брехати» всього на +/- 8-12 секунд - це хронометр. При великих значеннях - звичайний годинник.

Можна спробувати провести домашню перевірку та іншими способами. Наприклад вішати годинник на стіну - двадцять чотири години у звичайному положенні і стільки ж навпаки. Також можна здійснити перевірку температурами. Однак варто враховувати, що годинник не повинен довгий час охолоджуватися менш ніж на вісім градусів вище нуля і більш ніж на двадцять п'ять градусів.

Хронометр та хронограф: у чому різниця?

Говорячи про наручний годинник, багато хто часто плутає такі схожі поняття, як хронограф і хронометр. І хоча слова дуже схожі, значення у них зовсім різне.

Якщо хронометр - це годинник із спеціальною конструкцією механізму, що дозволяє точно показувати час за будь-яких умов, то хронограф - це крихітні додаткові циферблати в годиннику з автономними механізмами. Іноді хронографи показують окремий час або призначені для секундної стрілки.

Понад двісті п'ятдесят років минуло з того часу, був винайдений хронометр. З того часу він уже не такий популярний у морській справі, особливо з винаходом GPS-навігації. Однак його неймовірна точність досі залишається незмінною. Тому багато хто досі мріє мати швейцарський годинник із хронометром і завжди абсолютно точно знати час.

Час, хронометри та довгота

Вахті кінець, вісім склянок пробило.
Нова вахта виходить на зміну.
Ліжка залиште на славу Господню!
Старовинна побудна пісня моряків

Склянки відбивають час

Стародавня людина, ймовірно, вже на ранньому етапі свого розвитку навчилася рахувати дні і відміряти час за відомими йому небесними світилами.

Система відліку тривалих проміжків часу, в якій встановлено певний порядок відліку днів у році та вказана епоха, від якої ведеться рахунок років, називається календарем.

Якби між тривалістю доби і тривалістю року, тобто часом звернення Землі навколо своєї осі і часом її обертання навколо Сонця, існувало якесь просте співвідношення, то рахунок днів у році не становив би великої праці. Те саме справедливо і щодо рахунку днів у місячному місяці. Однак наша сонячна система сформувалася так, що в даний час з точністю до 0,1 секунди тривалість року становить 365 діб 5 годин 48 хвилин 46,1 секунд, або 365,2422 дні, а тривалість місячного місяця - 29,5306 дня. Зіставляючи ці числа, неважко побачити, що відношення тривалості року та місячного місяця до тривалості доби не виражають жодні точні числа, ні цілі, ні дробові. Саме тому розробити просту та зручну систему рахунку днів виявилося зовсім нелегко. Це видно хоча б з того, що з давніх-давен до наших днів придумані сотні таких систем, але жодна з них не вважається досить хорошою.

Єгипетські жерці, до обов'язків яких входило спостереження за небесними світилами, близько 2000 років до зв. е. відкрили так званий сотичний період і визначили його тривалість (1461). Спостерігаючи за Сіріусом (єгиптяни називали його зіркою Сотіс), який передвіщав розлив Нілу, єгиптяни встановили тривалість сонячного року в 365 днів. У цьому календарі рік складався з 12 місяців, по 30 днів у кожному. Помилка становила приблизно 0,25 дні на рік.

Мусульманський календар побудований лише змінах фаз Місяця. Цей календар був запроваджений у VII ст. н. е. у деяких мусульманських країнах. Нині у багатьох країнах Близького Сходу, де панує іслам, застосовують цей календар.

У Європі, згідно з юліанським календарем, рахунок років вівся від умовної дати - Різдва Христового.

Перший російський рукописний календар з'явився 1670 р., мабуть, у перекладі з польської. Перший друкований календар був виданий у 1686 р. Проте першим штурманським календарем можна назвати лише календар 1714 р. Він чудовий тим, що з нього були виключені святці та передбачення астрологів. Час явищ, наведених у календарі, вперше обчислювалося за петербурзьким часом, що означало спробу запровадження країни єдиного поясного часу. Вперше у російському друкованому календарі було вміщено таблиці часу сходу й заходу Сонця.

Календар, яким ми користуємося нині, перестав бути досконалим, оскільки вибір початку відліку (епохи) у ньому довільний, розподіл на місяці різної довжини не дуже зручно. Важливо пам'ятати, що для правильного рахунку років істотно не те, яку подію прийнято за епоху, а те, що за початок відліку прийнято одну й ту саму дату. У багатьох народів таких дат набиралося чимало.

Час за новим стилем у Росії обчислювали вже на початку XVIII ст. Рахунок часу (час), що застосовувався на флотах багатьох країн на початок XX ст., відрізнявся від цивільного і називався астрономічним. Якщо за цивільним часом доба починалася опівночі, то на кораблях - опівдні того ж дня. Мореплавцям починати добу опівдні було зручно: в цей же час уточнювали час за допомогою сонячного годинника і одночасно за вимірами висоти Сонця визначали широту місця судна. Такий порядок рахунку доби у мореплавців було введено у XV ст. з початком перших заморських плавань, коли для обчислення шляху судна користувалися тільки сонячним годинником і опівдні був зручним моментом для перевірки часу.

У російському флоті вживалося так зване “ морське обчислення часу”, в якому доба розпочиналася з півдня попереднього дня за цивільним календарем.

В Англії астрономічний рахунок часу остаточно було введено у 1767 р., після видання Морського астрономічного щорічника (Nautilas Almanac).

У Росії ж “морське обчислення часу” проіснувало до 1814 р., коли вийшов перший переклад англійського щорічника під назвою “Морський місяцьослів”. Перехід на громадянський календар нашій країні було здійснено лише з 1 січня 1925 р., відтоді добу почали починати опівночі і моряків.

З відліком початку доби опівдні тісно пов'язана історія годинника. Саме опівдні, в момент кульмінації Сонця, "запускався" пісочний годинник. І починався стомлюючий рахунок часу до наступного півдня. І так день за днем, місяць за місяцем. Судновий годинник XV-XVIII ст.- Це цілий набір скляних судин з піском (склянок). Головними у наборі вважалися чотиригодинні склянки.

Кожні 4 години вахтовий, приставлений до годинника, мав перевертати годинникові склянки. Цей момент для більшої чутності відзначався спеціальними ударами в дзвін (ринду) і був сигналом для зміни вахти. У вахтового на годиннику були ще годинні та півгодинні склянки. При перевертанні цих склянок кожен півгодини лунав сигнал дзвону (відбивалися склянки).

Початок вахти відзначався вісьмома "склянками" - чотирма подвійними ударами в дзвін. Через перші півгодини нової вахти звучала одна "склянка", тобто один удар, через годину - дві "склянки", ще через півгодини - три "склянки" і т. д. У наш час на кораблях організована спеціальна служба часу і по радіо звучать щогодини точні сигнали, на рейді лунає передзвін корабельних ринд.

Використовували на кораблях і дрібні “склянки”: п'яти-, три- та напівхвилинні. Їх застосовували, наприклад, при астрономічних спостереженнях або щодо швидкості по лагу.

Цікаво перевіряли точність пісочного годинника. Для цього брали напівхвилинну "склянку" і час пересипання піску контролювали по "кульці на нитці" (вантаж, підвішений на нитці довжиною в 39,2 дюйми, тобто 99,6 сантиметра), за 30 секунд вона робила рівно 30 махів ( коливань). Вивірений таким чином "склянку" використовували для перевірки інших "склянок".

Пісочний годинник користувався популярністю на флоті. Вони були прості, дешеві, досить точні і застосовувалися на російських кораблях остаточно XVIII в.

Відкриття законів маятника

Одне з найбільших творінь людських рук - механічний годинник - винайдені у XI-XII ст. Як багато інших великих винаходів далекого минулого, і в цього авторів багато. Одним із них вважають знайомого вже нам Герберта Орійякського, який, крім удосконалення астролябії, ввів у Європі “арабські цифри”. За деякими даними, механічний годинник із зубчастими колесами з'явився вперше у арабів, а від нього через Іспанію проникли до Європи.

Спочатку був побудований великий баштовий і соборний годинник, призначений для мирських потреб. За ними відраховували час релігійних обрядів. Про це говорить сама назва "годинник": латиною clocca - дзвін. Перший колісний годинник був громіздкий, погано регулювався, хід їх був нерівномірним і приставленим до них сторожам доводилося постійно вивіряти їх по Сонцю. Про застосування таких годинників на кораблях не могло бути й мови. Тому там, як і раніше, перевагу віддавали стародавнім пісковим склянкам. Навіть у 1533 р., коли навігаційне мистецтво було вже відносно розвинене, а механічний годинник добре відомий, згадуваний раніше Гемма Фрізій писав: “У тривалих подорожах, особливо морських, корисно користуватися великими клепсидрами (водяним годинником) або пісочним годинником, який зможе час цілодобово і завдяки яким можна виправляти помилки іншого годинника”.

У XV ст. конструкцію механічного годинника вдосконалили: замість гирі, що приводила в рух систему коліс з покажчиками, починає застосовуватися пружина годинника, що дозволило виготовляти годинник в настільному варіанті, порівняно невеликих розмірів.

По точності пружинний годинник перевершував пісочний водяний і вогняний і незабаром його почали застосовувати в астрономії. Перша згадка про це відноситься до 1484, коли Бернард Вальтер, учень Регіомонтана, застосував механічний годинник для вимірювання проміжку часу між моментами виходів планети Меркурій і Сонця. Годинник, встановлений у його обсерваторії, відраховував навіть чверті секунди. Застосовував у своїх спостереженнях колісний годинник і знаменитий датський астроном Тихо Браге (1546-1601), що склав каталог 1005 зірок. Проте за точністю та надійністю вони його не задовольняли.

Потреба в точніших годинах зростала. Однак механіки довго не могли знайти спосіб регулювання ходу механічного годинника. Вирішити цю проблему допомогло відкриття законів маятника великим італійським вченим Галілео Галілеєм (1564–1642).

Галілей народився у місті Пізі у небагатій родині музиканта. У 1574 р. сім'я переїхала до Флоренції, де Галілей навчався в монастирі і був прийнятий до чернечого ордену послушником. Однак Галілея тягло не до теологічних вчень, а до математики, механіки, фізики та астрономії. Незабаром він покинув монастир і в 1581 вступив до Пізанського університету. Ще студентом, він зацікавився проблемою руху. Учень і перший біограф Галілея Вівіані розповідає, що у 1583 р., перебуваючи в соборі, під високими склепіннями якого гуляв вітер, двадцятирічний Галілей звернув увагу на те, як хитаються церковні люстри, підвішені на довгих ланцюгах до стелі. Люстри були різної величини та мали різну масу. Щоб порівняти коливання люстр, він став вимірювати час їхнього розмаху за допомогою биття власного пульсу. Ці спостереження привели його до висновку, що коли коливання люстри затихали, тобто розмахи ставали коротшими, тривалість їх не змінювалася. Виходить, вирішив наглядовий юнак, період коливань залежить тільки від довжини ланцюга і не залежить від форми та маси люстри.

Галілей поставив за мету пояснити закони руху маятника і приступив до експериментальних досліджень. Він встановив, що коливання маятника дуже рівномірні можуть відбуватися тривалий час, а період їх залежить ні від вантажу, ні від розмаху коливань. А якщо так, значить шляхом рахунку коливань маятника можна вимірювати час.

“Коливання маятника,- писав Галілей,- відбуваються у певні терміни з такою неминучістю, що неможливо змусити відбуватися інші терміни інакше, як подовжня і коротша нитку. Інша особливість, воістину дивовижна, полягає в тому, що один і той же маятник здійснює свої коливання з тією ж чи вельми мало і майже невідчутно різною частотою, чи коливання відбуватимуться по найбільших чи найменших дугах того ж кола”.

Відкриття законів маятника допомогло Галілею вирішити низку інших важливих питань механіки та теорії руху, зокрема пояснити закони падіння тіл та рухи їх по похилій площині, встановити незалежність протікання механічних явищ від обраних інерційних систем відліку. Згодом він неодноразово повертався до цих питань. Незадовго до смерті Галілей розвинув ідею створення годинника з маятниками перед своїм сином Вінченцо. Вона полягала у наступному.

З маятником АВбув з'єднаний стрижень С, що входив своїм кінцем у проміжок між зубцями колеса Д, що мав свободу обертання навколо осі е.При кожному розмаху маятника вперед і назад стрижень змушував колесо обернутися на один зубець. Зубчасте колесо з'єднувалося зі спеціальним лічильником, що вимірював кількість коливань маятника. Галілей зробив розрахунки, але реальний годинник за ним ніколи виготовлений не був. Втрата зору не дозволила Галілею втілити у життя свою ідею. Він доручив продовжити роботу над маятниковим годинником синові. Однак той з різних причин зумів приступити до роботи лише 1649 р., але раптово помер, не завершивши розпочату знаменитим батьком справу. Зберігся малюнок проекту годинника з маятником Галілея, який був опублікований в одному з видань його творів.

Честь винаходу і створення маятникових годинників належить голландському математику і астроному Християну Гюйгенсу (1629-1695).

Гюйгенс народився в Гаазі в сім'ї видного політичного діяча та письменника, здобув блискучу домашню, а потім і університетську освіту. Його вчителі прищепили обдарованого учня дух шукання нових шляхів у науці. Великий вплив на талановитого юнака зробили відомі вчені Декарт та Мерсен, добре знайомі з його батьком. Наукові інтереси Гюйгенса були різноманітними. Ще студент Лейденського університету, він зайнявся науковими дослідженнями в галузі механіки і, зокрема, дослідженнями падіння тіл і питаннями про центр коливань. Пізніше він захопився оптикою та астрономією.

Зайнятися годинами його спонукали дві обставини: необхідність більш точного виміру часу при астрономічних спостереженнях і проблема вимірювання довготи на морі, що загострилася.

Принцип визначення довготи був відомий ще Гіппарху: різниця довгот двох пунктів відповідає різниці місцевих часів

при одночасному спостереженні моменту будь-якої події у цих пунктах. Такою подією Гіппарх пропонував вважати затемнення Місяця, оскільки воно відбувається в той самий момент часу для всіх його спостерігачів на земній поверхні. Однак як визначити досить точно місцевий час цієї події в обох пунктах і яким способом передати місцевий час пункту з відомою довготою до пункту з визначеною довготою, Гіппарх не знав. Сонячний годинник для цього, звичайно, не годився, тому що при місячному затемненні Сонце знаходиться нижче за горизонт. Крім того, затемнення ці відбуваються досить рідко - не частіше двох-трьох разів на рік, до того ж зафіксувати точно час його початку або кінця в різних пунктах дуже проблематично, оскільки межі тіні дуже нечіткі, розпливчасті. Через різну фіксацію початку і кінця цього явища можливі помилки за часом у кілька хвилин, а це призводить до помилок у визначенні довготи в кілька градусів, тобто в сотні миль.

Спосіб цей почав застосовуватися на морі в XIII-XV ст., коли навчилися астрономічними методами визначати місцевий час і з'явилися перші таблиці та альманахи з передбаченнями моментів початку та кінця затемнень у різних пунктах Землі. Відомо, зокрема, що ним скористався X. Колумб. Під час другого та четвертого плавань він, користуючись альманахом та ефемеридами, складеними Регіомонтаном, визначав довготу за місячними затемненнями 14 жовтня 1494 і 29 лютого 1504. Помилка в довготі в першому випадку склала 1,5 години, а в другому - 2 5:00.

Чим викликана така велика помилка - похибками при обчислення моментів затемнення або неточністю спостережень, сказати важко. Слід зазначити, що навіть у часи Ньютона помилка у пророкуванні місячного затемнення становила іноді годину і більше, тому моряки були цілком задоволені, якщо їм вдавалося визначити довготу з точністю до двох градусів.

Неточність плавання приводила часом до серйозних казусів. Так було з X. Колумбом, коли, повертаючись до рідних берегів після відкриття Америки, він, визначивши широту, не міг точно сказати, де все-таки знаходиться його судно перед Азорськими островами або вони давно залишилися позаду. Сильний шторм посилив невпевненість, що змусило X. Колумба викинути про всяк випадок в океан барило з повідомленням про своє відкриття Нового Світу. На щастя, все обійшлося благополучно, і великий мореплавець дістався берегів Іспанії. Тут він переконався, що його помічники, визначаючи довготу пройденої відстані, помилилися в розрахунку більш ніж на 400 миль!

У процесі розвитку мореплавання, навігації та картографії постійно вимагалося підвищення точності визначення координат на морі. Вирушаючи у далекі плавання, моряки XVI-XVII ст. мали вже цілий набір навігаційних інструментів і приладів: компасом, астролябією, лагом, лотом і, звичайно, пісочним годинником. Однак через те, що всі інструменти були неточними, а вплив вітру і течії якщо й враховувалося, то лише наближено, судна нерідко виявлялися за сотні миль від передбачуваного місця.

У 1567 р. іспанським мореплавцем Менданья де Нейрою були відкриті Соломонові острови, але через неточне визначення їхнього місцезнаходження вони потім на два століття були "втрачені" і відкриті знову лише в 1767-1768 р.р. експедицією Бугенвіля.

Іноді на пошуки берегів витрачалися цілі тижні і навіть місяці і не завжди вони увінчалися успіхом. Вся біда була в тому, що моряки не могли ще безперечно відповісти на найголовніше для них питання: в якій точці океану знаходиться судно. Адже якщо широту хоча б і орієнтовно в ясну погоду по висотах Сонця або зірок вони могли якось виміряти (при цьому, звичайно, треба було користуватися каталогом відмін зірок або сонячними таблицями), то визначати довготу не вміли зовсім (при просуванні на схід і чи на захід картина зоряного неба залишається незмінною) і покладалися лише на наближене числення її за даними компаса і лага. З цієї причини капітани на той час частіше вели корабель не прямою - найкоротшим шляхом з точки в крапку, а ходом шахового коня. Спочатку спускалися чи піднімалися вздовж берега до потрібної широти і лише потім повертали Схід чи Захід.

Проблема визначення довготи багато століть хвилювала і моряків, і вчених, які прагнули вирішити це важливе завдання.

У 1514 р. Йоган Вернер з Нюрнберга (1468-1522) запропонував визначати довготу методом “місячних відстаней”, заснованому на законах руху Місяця стосовно іншим небесним тілам. Місяць завдяки обертанню навколо Землі швидко змінює своє становище щодо зірок. Якщо заздалегідь розрахувати для певних географічних місць таблиці відстаней Місяця до нерухомих зірок кожного дня, години і хвилини, можна розрахувати різницю долгот.

Ідею цю висловлювали і раніше, зокрема Регіомонтан, проте практична розробка належить Вернеру.

Метод полягав у тому, що за допомогою градштока або будь-якого іншого кутомірного інструменту вимірювали відстань між Місяцем та однією з розташованих поблизу зірок, а потім за допомогою астрономічних таблиць положень зірок та альманаху з передрахованими положеннями Місяця визначали різницю довгот. Іншими словами, Вернер пропонував використовувати небесну сферу як гігантський годинник, у якого Місяць виконує роль стрілки, а зодіакальні зірки - циферблата.

Однак реалізувати цей метод у відкритому морі за часів Вернера було неможливо через відсутність достатньо точних кутомірних інструментів та відповідних астрономічних таблиць. У XVII-XVIII ст. теорія руху Місяця дозволяла визначати її становище з похибкою близько 2-3°, а треба було не гірше 2-3". Практично використовувати метод "місячних відстаней" стали лише в 1760-х рр. після винаходу секстану та публікації "Морського альманаху" ( 1766) з таблицями точного положення зірок і відстаней від Місяця до Сонця та деяких зодіакальних зірок на кожні три години для всього року. визначення за спостереженнями місцевого часу та досить складних обчислень для обліку паралаксу та рефракції. Крім того, таким чином визначити довготу можна було лише при добре видимому горизонті.

Галілей пропонував використовувати для визначення довготи затемнення чотирьох супутників Юпітера, які він виявив

допомогою винайденого ним телескопа (1610). Вони відбувалися набагато частіше, ніж затемнення Місяця (від одного до трьох майже щодня) і тривали менше. Однак і цей спосіб не знайшов поширення через незнання точних законів руху супутників і складності спостережень - телескоп, за який ратував Галілей, на палубі, що коливається, був марний.

У 1674 р. якийсь Генрі Бонд запропонував ще один спосіб визначення довготи – шляхом порівняння спостереженого магнітного відмінювання та його величини, нанесеної на карті. (За деякими даними, ідея визначення довготи по магнітному відмінюванню висловлювалася і раніше, наприклад в 1599 р. Е. Райтом з Кембриджу у творі "Деякі похибки в кораблеводженні, виявлені та виправлені".) Щоб реалізувати цей спосіб, у 1702 р. була видана карта світу з нанесеними на ній лініями рівних відмін. Однак і цей спосіб мало допоміг морякам: лінії ізогону (рівних відмін) далеко не завжди розташовані сприятливо для визначення довготи, тобто з півночі на південь, часто вони йдуть уздовж паралелі і бувають дуже розрідженими. Крім того, відомі на той час відміни були виміряні грубо і лише в окремих районах, а мінливість відмінювання була ще мало вивчена. Отже, цим способом визначити довготу можна було лише приблизно і не скрізь.

Першим запропонував скористатися годинником для визначення довготи в морі фризійський астроном та математик Гемма Фрізій. У 1530 р. у своїй роботі “Принципи астрономічної космографії” він писав: “У нашому столітті ми маємо кілька невеликих майстерно виготовлених годинників, що знаходять собі певне застосування. У зв'язку з їх невеликими розмірами цей годинник необтяжливий у подорожі. Часто вони можуть йти безперервно понад 24 години. А з вашою допомогою вони зможуть іти вічно. Використовуючи такі годинники та деякі методи, можна визначити довготу. Перш ніж вирушити в подорож, ми повинні подбати про те, щоб знайти час у вихідному пункті, з якого ми вирушаємо. Коли ми відійдемо на 15-20 миль, мабуть, можна дізнатися про різницю довгот між тим місцем, якого ми досягли, і місцем нашого відправлення. Ми повинні почекати, поки годинникова стрілка нашого годинника не підійде точно до годинникової позначки циферблату, і в цей же момент за допомогою астролябії або глобуса визначити час у тому місці, де ми знаходимося. Якщо цей час з точністю до хвилини збігається з тим часом, який показує наш годинник, то можна бути впевненим, що ми досі знаходимося на тому самому меридіані, або на тій же довготі, і наша подорож проходила в південному напрямку. Але якщо ця різниця досягне однієї години або деякої кількості хвилин, то ці величини ми повинні перевести в градуси або градусні хвилини... і таким чином отримати довготу”. Але для того, щоб "возити" місцевий час порту відправлення з собою, потрібний був дуже точний годинник, здатний працювати тривалий час в умовах хитавиці, вологості та великого перепаду температур. Наприклад, на широті екватора помилка годинника всього в одну хвилину призводила до похибки у визначенні довготи в 15 миль, тобто майже в 28 кілометрів. Але й такого годинника на той час не було. Та й положення небесних світил було визначено дуже грубо. Проблема залишалася невирішеною.

Автор одного з морських творів того часу писав: “В даний час знаходяться деякі допитливі люди, які хотіли б мати спосіб для визначення довготи, але процес її знаходження надто скрутний для моряка, оскільки вимагає глибоких знань з астрономії; чому я не хотів би, щоб хтось думав, що довготу в морі можна знайти за допомогою якогось інструменту; нехай тому моряк не бентежить сам себе якими-небудь для цієї мети службовцями правилами, а звичним йому способом нехай добре обговорює своє плавання і веде численні шляхи свого корабля”.

У 1567 р. іспанський король Філіп II призначив винагороду тому, хто зможе знайти простий спосіб визначення довготи море. У 1598 Філіп III повторив обіцянку про винагороду. Солідні суми пропонували Генеральні Штати Нідерландів, Португалія та Венеція. Виникла низка пропозицій. Одне з них потрапило у 1655 р. до рук Гюйгенса. Він швидко зрозумів, що запропонований проект є невірним. Але питання його зацікавило, і він зайнявся конструюванням годинника. Найбільше, як це видно з листів вченого, його цікавив саме морський годинник, який міг би зберігати час протягом багатьох місяців у будь-яких кліматичних умовах і за будь-яких рухів корабля.

Роботи з теорії маятника стали в нагоді: у винайдених ним годинниках пружина створювала силу, що приводить в рух систему коліс годинника, а маятник забезпечував рівномірність їх ходу.

У 1658 р. Гюйгенс опублікував свій винахід і... був звинувачений у плагіаті на тій підставі, що ідея маятникового годинника належить Галілею. Гюйгенс уважно ознайомився з роботами Галілея і переконався, що вони містять лише ідею, технічно не реалізовану, і відповів опонентам, що вважає для себе великою честю той факт, що йому вдалося вирішити питання, не доведене до кінця навіть великим Галілеєм.

Працюючи над годинником, Гюйгенс домагався точної ізохронності коливань маятника та створення опорно-анкерного спуску, завдяки якому маятник отримує періодичні поштовхи, які не дають йому зупинитися через тертя та опір повітря.

У 1662-1677 р.р. "охоронці часу" Гюйгенса пройшли випробування на морі. Годинник на суднах прикріплював до стовпа і закривав спеціальним футляром. Пізніше, щоб зменшити вплив хитавиці, Гюйгенс запропонував підвішувати годинник у карданові кільця.

У 1668 р. годинник Гюйгенса, витримавши два шторми і морську битву, дозволили визначити різницю довгот між Тулоном і Критом з помилкою в 100 кілометрів. Це був безперечний прогрес для того рівня навігації. Проте позитивні результати часто змінювали невдачі. Так було в 1670 р. під час плавання голландського адмірала Рішера до Канади та Індії нев'язка по довготі виявилася дуже великою. Гюйгенс, ретельно проаналізувавши результати всіх випробувань, дійшов висновку, що маятник, попри всі вжиті заходи, за умов корабля “працює” безладно і недостатньо надійний. Навіть невелика зміна довжини маятника, наприклад, через підвищення (зниження) температури, значно впливало на точність ходу годинника. Тому в 1674 р. він відмовився від нього і запропонував як регулятор ходу використовувати балансир - махове колесо, що здійснює за допомогою пружини коливальні рухи біля положення рівноваги. То справді був значний крок уперед. Але минуло ще 100 років, поки вдалося виготовити морський хронометр, що задовольняє вимогам мореплавців.

Гейгенсу ми завдячуємо як пристосуванням маятника до годинникам, а й розвитком основ його теорії, зокрема, визначенням формули його руху. Опублікована в 1673 р. книга вченого "Маятникові годинник" належить до найчудовіших праць з механіки, написаних у XVII ст. Невипадково її ставили в один ряд із знаменитими "Початками" Ньютона.

Відкриття законів маятника дозволило не тільки створити точні вимірювачі часу, але й сприяло цілій низці інших відкриттів та винаходів, вв тому числі у техніці навігації.

Маятник допоміг встановити, що сила тяжіння на земній поверхні змінюється. Сталося це так. У 1672 р. французький астроном Ріше за дорученням Паризької Академії наук вирушив для спостережень до екваторіальної зони Південної Америки. Прибувши в Кайєнну, він несподівано для себе виявив, що ретельно вивірений в Парижі маятниковий годинник став відставати на дві з половиною хвилини на добу, тобто маятник став коливатися значно повільніше, ніж зазвичай. Щоб відновити нормальний перебіг, його довелося вкоротити. Коли після двох років роботи в Кайєнн Ріше повернувся до Парижа, він помітив, що тепер його годинник почав поспішати рівно на дві з половиною хвилини. Висновок міг бути один - сила тяжкості, від якої залежить прискорення, на екваторі слабше, ніж у Парижі.

Після опублікування 1679 р. спостережень Ріше у вченому середовищі розгорілися суперечки. Висловлювалися різні припущення, проте лише Ньютон зумів зрозуміти причину зміни ходу годинника. Він пояснив, що ослаблення сили тяжіння на екваторі викликане обертанням і стиском Землі, яке тоді ще не було відоме вченим. Таким чином, завдяки маятнику Ньютон, не виходячи з кабінету, довів, що Земля стиснута біля полюсів і витягнута вздовж екватора, тобто фігура Землі є стислим еліпсоїдом. Звідси різницю в тяжіннях - що ближче тіло, що знаходиться на поверхні Землі, до її центру, тим більше тяжіння.

Наступні дослідження за допомогою маятника дозволили уточнити форму Землі та встановити так звану "рівневу поверхню", яку приймають при розрахунках за поверхню Землі. Тіло, обмежене цією поверхнею, яка існує лише на просторі океанів і продовжена під континенти, назвали геоїдом.На відміну від земного еліпосиду геоїд не є правильною геометричною фігурою. Визначення положення поверхні геоїду має дуже важливе значення для точної навігації.

Особливо широке застосування знайшов маятник у технічних засобах навігації, головним чином як чутливий елемент у приладах визначення вертикалі, але про це ми розповімо пізніше, а зараз повернемося до проблеми довготи.

Вирішення довготньої проблеми

Кінець XVII – початок XVIII ст. ознаменувалися рядом великих морських катастроф. У 1691 р. біля берегів Англії село на мілину кілька військових кораблів, що прийняли в районі Плімуту мис Доуман за мис Беррі-Хід. У 1694 р. через помилку в розрахунку свого місця розташування в Гібралтарській протоці села на мілину ескадра Уїлера. Її штурмани помилилися у численні, вважаючи, що протока вже пройдено.

Найбільш трагічною була загибель ряду кораблів англійської ескадри адмірала Клаудіслі Шовела, яка забрала близько 2000 людських життів, у тому числі й самого адмірала. У вересні 1707 р. ескадра з 21 корабля попрямувала із Середземного моря до рідних берегів. 21 жовтня вона підійшла до гирла Ла-Маншу. У попередні дні вирував шторм, сонця не було, уточнити широту моряки не могли, внаслідок чого помилилися в розрахунку свого місця і опинилися на камені поблизу островів Сіллі.

Загибель великої кількості людей і втрата за короткий проміжок часу стільки судів схвилювали Англію. Було очевидно, що катастрофи пов'язані насамперед із неточністю карт, неякісними лоціями та головним чином із невмінням досить точно визначати своє місцезнаходження. Проблема довготи загострилася, саме вона вважалася ключем до безпеки плавання.

Питання визначення довготи став предметом частих дебатів в англійському парламенті, за його рішенням була створена спеціальна комісія, до якої увійшли такі визначні вчені, як І. Ньютон, Е. Галлей, Д. Флемстід. Парламент доручив комісії розробити білль (законопроект), який би стимулював роботи із забезпечення безпеки плавання та передбачав велику винагороду людині чи групі осіб, які запропонували вирішення завдання визначення довготи на морі.

17 червня 1714 р. представлений білль схвалено парламентом, а 1 серпня 1714 р. підписаний королевою Англії Ганною.

Відповідно до цього закону автору або авторам, що запропонували проект, що дозволяє визначати довготу з точністю не менше 1° або 60 морських миль, було обіцяно велику премію в 10 тисяч фунтів стерлінгів; 15 тисяч фунтів стерлінгів - якщо буде забезпечена точність не гірша за 40 миль; і 20 тисяч - 30 миль (20 тисяч фунтів стерлінгів XVII ст. еквівалентно майже півмільйону нинішніх). При цьому в законі про довготу було зроблено суттєве застереження, що запропонований метод має бути обов'язково “перевірений та оцінений з погляду його практичності та корисності на морі”.

Одночасно з прийняттям закону комісія експертів була перетворена на Раду з пошуку способів визначення довготи в морі. До нього мали входити, окрім видатних учених, верховний адмірал Великобританії, голова палати громад, перший член Ради від військово-морського флоту, представник міністерства торгівлі, президент королівського товариства, королівський астроном і десять членів парламенту.

Приклад Англії наслідувала Франція. У 1716 р. регентом Філіппом, герцогом Орлеанським, за визначення довготи було засновано приз, що присуджується Французькою Академією наук.

Ухвалений закон про довготу та призначені призи стали хорошим стимулом для активізації робіт із забезпечення безпеки плавання. Однак жодна з пропозицій, що надійшли до Ради, до 1737 р. повністю схвалена не була.

Однією з перших заявок, які претендували на приз, була ідея математиків Хемфрі Діттона та Вільяма Уїнстона, опублікована в 1714 р. Вони запропонували на найбільш жвавих морських шляхах через певні відстані встановити на якорях суду, вимірявши їх географічні координати. Рівно опівночі за місцевим часом острова Тенеріфе кожне судно мало зробити залп з мортир у вертикальному напрямку з таким розрахунком, щоб снаряди вибухали точно на висоті 2000 метрів. Судна, що пропливали повз, повинні були вимірювати пеленг на сигнал і дальність (за часом між спалахами і моментом приходу звукового сигналу) і визначати своє місце розташування.

З приводу цієї фантастичної пропозиції, як пише історик Грінвічської обсерваторії Д. Хауз, незабаром було опубліковано вірші такого іронічного змісту:

Хитрун Вінстон довготу
Сховав від нас у тумані.
Миліший Діттон разом з ним
Винен у тому обмані.
Так віддамо, друзі, сповна
Заслугам цих чоловіків науки,
Для нас зникла довгота,
Але дурість проситься нам до рук.

Премію відповідно до закону про довготу в загальній сумі 22 500 фунтів стерлінгів було вручено лише в середині 70-х років. XVIII ст. вісімдесятирічного механіка Джона Гаррісона, або, як його ще прозвали, Джона Долгота, за створення високоточних годин-хронометрів (від грецьк. "хронос" - час і "метрос" - вимір), які дозволили, нарешті, вирішити цю проблему століть, що асоціювалася з нерозв'язною "квадратурою кола".

А починалося так. Джон Гаррісон, син сільського тесляра з Уекфільда ​​в Йоркширі, в молодості захоплювався годинами і досягнув непоганих результатів - конструкції створених ним годинників відрізнялися точним і стабільним ходом. У 1730 р., перебуваючи в Лондоні, він вперше дізнався про призначений парламентом приз і про те, що один із шляхів вирішення довготривалої проблеми лежить у створенні точного “охоронця часу”. Завдання здалося йому під силу, і він приступив до роботи.

Гаррісон почав з вирішення тих питань, які постали ще перед Гюйгенсом: треба було знизити до мінімуму залежність ходу годинника від зміни температури, вологості, хитавиці та ходу корабля. Ще 1725 р. для забезпечення температурної компенсації розробив маятник, зібраний з цинкових і сталевих стрижнів, т. е. з різнорідних металів з різними коефіцієнтами розширення. Стрижні були з'єднані так, що за зміни температури довжина одних збільшувалася, а інших зменшувалася. При належному підборі розмірів стрижнів довжина маятника коливання температури залишалася незмінною. Це технічне рішення дало відмінні результати, і тепер він вирішив реалізувати його в новому годиннику у вигляді складового балансиру. Він зробив колесо його не суцільним, як у Гюйгенса, а що складається з двох спаяних смужок, одна з яких була виконана з латуні, а інша - зі сталі. Це дозволило забезпечити стійкість хронометра до коливань температури.

Гаррісон закінчив роботу над першим хронометром в 1735 і представив його в Раду з довготи. Конструкція його була дуже незвичайна. Маятник замінювали два великі балансирні колеса, які гойдалися у зустрічних напрямках, унаслідок чого вплив руху корабля на один балансир компенсувався іншим. Самі балансири, як ми згадували, були складовими. Для вказівки часу було передбачено чотири циферблати - для секунд, хвилин, годин та доби. Хронометр був дуже громіздкий і важив понад 30 кілограмів, хоча багато деталей його було виготовлено з дерева.

У 1736 р. за сприяння Е. Галлея та безпосередньої участі винахідника були проведені випробування цього хронометра на кораблях "Центуріон" та "Орфорд". Прилад показав непогану точність, що письмово підтвердили капітани суден. Проте ні сам Гаррісон, ні члени Ради були повною мірою задоволені результатами, оскільки суду здійснювали рейс до Лісабона і назад, т. е. вздовж меридіана, а за такому плаванні оцінити точність збереження початкової довготи було важко.

У 1739 р. було виготовлено другий зразок хронометра. Але він мало відрізнявся від першого - був громіздкий і важкий, як і його попередник (висота близько 1,5 метра, а маса майже 50 кілограмів). Робота не задовольнила Гаррісона, але наштовхнула на низку нових ідей, і він почав виготовлення третього варіанту хронометра, на що пішло 19 років. Рада вирішила провести випробування нового хронометра у складних умовах тривалого походу до Вест-Індії. Поки йшла підготовка до походу, Гаррісон представив четвертий варіант, який, за його словами, "перевершив усі очікування".

18 листопада 1761 р. корабель "Дептфорд" із хронометрами, які супроводжував син Джона Вільям взяв курс на Ямайку. За 81 день плавання годинник накопичив помилку всього в 5 секунд. Досить високу точність вони показали і на зворотному шляху до Англії – помилка в координатах після прибуття в Портсмут склала всього 16 миль.

Таким чином, умови закону від 1714 р. були виконані і Гаррісон мав право розраховувати на довгоочікуваний приз. Однак Рада з довготи вирішила обмежитися поки що винагородою в 5000 фунтів стерлінгів, посилаючись на нестачу даних та унікальність виготовленого в одному примірнику зразка. Гаррісон відмовився від цих грошей, бажаючи отримати всі 20 тисяч і наполяг на повторенні випробувань у ще жорсткіших умовах. Вони були проведені в 1784 під час походу корабля Його величності "Тартар" з Портсмута до острова Барбадос. Були вжиті найсуворіші заходи щодо забезпечення неупередженості випробувань та об'єктивної оцінки їх результатів. І цього разу вони були чудовими. Для ухвалення остаточного рішення про приз Рада вимагала відкрити секрети виготовлення хронометра і, щоб переконатися в можливості його повторення, доручила вартовому майстру Леркуму Кенделлу зробити з нього копію.

Цю модель Кенделл і три інших, виготовлених Дж. Арнольдом, за рекомендацією Ради, взяв у своє друге плавання капітан Дж. Кук. За час трирічного плавання хронометр, виготовлений Кенделл, зарекомендував себе чудово. Кук писав з цього приводу секретареві Адміралтейства: “Годинник містера Кенделла перевищив очікування навіть найзавзятіших їх захисників; цей інструмент, показання якого коригувалися за місячними спостереженнями, бувнашим вірним провідником через всі прихильності та клімати”.

Проблема довготи в такий спосіб була, нарешті, вирішена. Сумніви Ради з довготи розсіялися і Дж. Гаррісон отримав заслужену премію.

У Франції над створенням точного “хранителя часу” працювало багато, але найбільше досягли успіху в цьому королівський годинникар П'єр ле Руа (1717-1785) і Фердинанд Берту (1729-1807). Їхні хронометри після багатьох доробок, нарешті, успішно пройшли тривалі корабельні випробування та показали позитивні результати. У 1773 р. П'єр ле Руа був удостоєний за найкращі французькі хронометри королівського призу.

Переваги хронометрів, чи, як його ще називали, “довготного годинника”, були швидко оцінені мореплавцями, але впроваджувалися вони на кораблях повільно, оскільки лише висококваліфіковані механіки могли їх виготовити, та й то у невеликих кількостях. І коштували вони дуже дорого. Проте всі великі плавання другої половини XVIII ст. відбувалися вже з хронометрами. Ними користувалися Дж. Кук, Ж. Лаперуз, Д. Антрекасто. Однак французькому гідрографу Жозефу де Коргелену, який 16 січня 1772 р. вирушив з Порт-Луї на острові Маврикій у пошуках Південного континенту, отримати хронометр, незважаючи на великі старання, не вдалося. Це призвело до того, що місце відкритого ним архіпелагу, названого згодом його ім'ям, було визначено з помилкою 240 миль, тобто приблизно 450 кілометрів.

Масове виробництво хронометрів для навігації було освоєно у країнах Західної Європи лише до кінця XVIII – початку XIX ст.

У Росії її необхідність точного виміру часу визначення місця у морі зрозуміли рано. Ще М. У. Ломоносов вважав, що з визначення довготи найкращий спосіб - порівняння “часу на меридіані корабельному і часу першому меридіані”. Займаючись питаннями підготовки спеціальної експедиції з відкриття найкоротшого морського шляху з Європи до Китаю, він не тільки вніс ряд удосконалень у години, щоб зробити їх більш придатними для використання на кораблі, але й запропонував свою конструкцію чотирипружинного морського годинника, який мав, за задумом автора. , забезпечити рівномірність ходу та можливість заведення їх без зупинки. Ломоносов звернув увагу, що на хід морського годинника значний вплив надають зміна температури навколишнього повітря та динаміка корабля, і рекомендував під час експедиції: “Покласти годинник усередину корабля, у частині, зануреній у море, де розчинення повітря мало змінюється. Причому це положення при середині корабля не так багато коливань схильне”.

Щоб уникнути впливу коливань температури і хитавиці, вчений пропонував також використовувати "металевий висипний годинник", схожий на пісочний, але заповнений спеціально виготовленим за його технологією срібним дробом. На думку Ломоносова, такий годинник повинен був дозволити "лагодити астрономічні спостереження на корабельному меридіані" і, порівнюючи їх показання з часом на першому меридіані, можна було "виводити довготу місця".

Звичайно, конкурувати з хронометром такий годинник не міг, але важливо підкреслити спрямованість у цьому напрямі думки вченого, який на той час ще не був знайомий з роботами Гаррісона.

Годинна справа в Росії на той час була розвинена непогано. Досить згадати таких видатних майстрів, як механік Російської Академії наук І. П. Кулібін (1735-1818), його сучасник Т. І. Волосков (1729-1806), Л. Ф. Собакін (1746-1818) та ін. астрономічний годинник, який за своєю складністю не мав рівних. Вони показували не тільки час у годинах, хвилинах та секундах, але також відтворювали рух Землі навколо Сонця та Місяця навколо Землі та зміну їхнього розташування щодо нерухомих зірок; рух Сонця з екліптики з позначенням 12 знаків зодіаку, схід та захід Сонця у різних місцях; чергування високосних та невисокосних років; зміна фаз Місяця, затемнення Місяця; географічні координати найважливіших міст; "Вічний" календар із зазначенням поточного місяця, кількості в ньому днів; числа та найменування дня; відомості з політичної географії та ін.

Але це був, звичайно, настінний годинник великого розміру. Морських хронометрів російські фахівці тоді не виготовляли, та його закуповували в іноземних фірм, переважно в англійських. Шість хронометрів встановили на шлюпах "Надія" та "Нева", які вчинили в 1803-1806 рр. кругосвітнє плавання під командуванням І. Ф. Крузенштерна та Ю. Ф. Лисянського. За допомогою хронометрів визначали довготу Ф. Ф. Беллінсгаузен та М. П. Лазарєв під час експедиції до Антарктиди у 1820 р. на шлюпах “Схід” та “Мирний”. Так, у своєму щоденнику М. П. Лазарєв зазначав: "Були на Таїті для повіри своїх хронометрів, які виявилися вірними, а тому й укласти можемо, що відкриття наші покладені на карти з достатньою точністю".

У 1839 р. була заснована Пулковська обсерваторія, мета якої за статутом полягала у виробництві: “а) постійних і якомога досконаліших спостережень, що хиляться до успіху астрономії, та б) відповідних спостережень, необхідних для географічних підприємств в імперії та для вчених, що здійснюються. З того, в) вона повинна сприяти всіма заходами вдосконаленню практичної астрономії...”.

Підстава обсерваторії сприяло розвитку у Росії роботи над точними хранителями часу”. Зокрема, в 1856 р. в "Морській збірці" № 2 була опублікована робота директора Пулковської обсерваторії академіка В. Я. Струве "Про компенсацію хронометрів", в якій він розробив рекомендації щодо коригування показань хронометрів з урахуванням змін їхнього ходу залежно від зміни температури. Це дозволило підвищити точність визначення довготи.

Хронометри, що закуповувалися в іноземних фірм, ретельно перевіряли в Кронштадтській Морській обсерваторії, організованій в 1856 р., і потім відправляли їх на кораблі. Тут же проводили дослідження щодо сталості їхнього перебігу, чутливості до зміни температури, вологості тощо. і в гавані... виконання вчених розвідок щодо застосування астрономії до навігації”.

У 1849 р. на Виставці російських мануфактурних виробів як експонат вже було представлено морський хронометр, виготовлений російським майстром А. Ф. Рогіним. З 1865 хронометри почала випускати розташована в Петербурзі майстерня Августа Еріксона. Вироби цієї майстерні отримали високу оцінку на низці промислових виставок і серед моряків. Вони майже витіснили хронометри, які купуються за кордоном. Ця майстерня обслуговувала потреби військово-морського флоту до 1902 р., коли з'явилася друга майстерня Карла Еріксона-однофамільця Августа. Залежність від імпорту з відкриттям цієї майстерні було зведено до мінімуму.

Механізм морського хронометра, вмонтований у металевий корпус зі скляною кришкою, встановлюють у кардановому підвісі дерев'яному ящику з подвійною кришкою. Першу відкривають, коли треба лише зняти відлік часу, другу – коли потрібно завести прилад та встановити його стрілки.

Постійність добового ходу сучасних хронометрів доведено до десятих часток секунди. Так, електронний хронометр Chronostat IV, створений швейцарською фірмою "Бернард Голар С. А.", має батарейку живлення ємністю на 18 місяців безперервної роботи, водонепроникний та ударостійкий корпус. Точність ходу, що забезпечується кварцовим кристалічним осцилятором за нестабільних навколишніх умов, становить всього 0,1 секунди на добу. Прилад може керувати роботою годинникових репітерів, що розміщуються у різних приміщеннях судна.

Наразі всім добре відомо, що довгота відраховується від нульового меридіана, що проходить через обсерваторію міста Грінвіча поблизу Лондона. Але так не завжди. Астрономи давнини відраховували довготу, зазвичай, від місцевості, де вони проводили спостереження. Наприклад, Гіппарх за початок брав Родоський меридіан, тобто довготу острова Родос, де він жив. Його послідовник Птолемей нульовим вважав меридіан острова Фортуни, який називався західним кордоном світу, а араби відраховували довготу від

островів Зеленого Мису/ Багато моряків протягом тривалого часу вимірювали довготу в перерахуванні від порту, з якого вийшло судно, або від будь-якої відмітної географічної точки, наприклад острова, мису і т.п.

У 1493 р. папа Олександр VI затвердив демаркаційну лінію, яка розділяє сфери впливу Іспанії та Португалії. Вона проходила на 100 ліг на захід від Азорських островів і використовувалася багатьма картографами як нульовий.
меридіана. У створеному в 1556 р. праці "Arte de Navigar" ("Мистецтво навігації") його автор Мартін Кортес пропонував відлік довготи вести від вертикальної лінії, проведеної "через Азори або ближче до Іспанії, де на карті більше
вільного місця”.
Спочатку такий різнобій у виборі нульового меридіана особливо нікого не бентежив, але коли з'явилися відносно точні морські карти, довільний рахунок довготи нерідко став спричиняти плутанину. Кожен видавець карт поміщав меридіан там, де це йому більше подобалося. При цьому на одних картах довгота відраховувалася на захід, на інших – на схід. Необхідність наведення ладу у цьому питанні загострилася в епоху Великих географічних відкриттів, коли на карти треба було нанести нові землі та уточнити їх географічні координати.

У 1573 р. король Іспанії Філіп II видав указ, згідно з яким на всіх іспанських картах довготи повинні відраховуватись від меридіана міста Толедо на захід.

Перша спроба встановити єдиний всім держав початковий меридіан було зроблено в1634 р. на конференції провідних математиків і астрономів, скликаної у Франції з ініціативи кардинала Рішельє. Вчені домовилися нульовим вважати меридіан, що проходить через західний берег найзахіднішого з Канарських островів – Ферро. Але в цей час точилася Тридцятирічна війна, і рішення конференції поширення не набули.

У 1676 р. розпочала свою роботу Королівська обсерваторія, споруджена на високому пагорбі на місці старого замку у Грінвічі. Цій обсерваторії судилося стати найбільш корисною для мореплавання. Вона була заснована за наказом короля Карла II з метою піти назустріч потребам мореплавців. Першим великим успіхом обсерваторії став доказ Флемстидом того, що Земля обертається із досить постійною швидкістю, що було дуже важливим для визначення довготи за допомогою хронометрів. Багато було зроблено вже в перші роки і для організації у Грінвічі служби точного часу.

Грінвічська обсерваторія набувала популярності і мореплавці при визначенні довготи все частіше стали орієнтуватися на меридіан Грінвіча, тим більше що багато карт, що використовуються моряками, і морські альманахи мали британське походження. До 1871 вже дванадцять країн на морських картах відраховували довготи від Грінвічського меридіана.

У жовтні 1884 р. у Вашингтоні відбулася Міжнародна меридіанна конференція “...для обговорення і, якщо представиться можливість, для фіксування меридіана, що підходить для використання як нуль довготи та поясного часу на всій земній кулі”. Конференція тривала місяць. Було зазначено, що раніше висунуті пропозиції про проходження нульового меридіана через острови Ферро і Тенеріфе, через один із храмів Єрусалиму, піраміду Хеопса не можуть бути прийняті. Вимоги такі, що меридіан повинен проходити через одну з найбільш видатних обсерваторій, здатну постійно проводити найточніші спостереження, і при цьому не повинна виникати потреба у великій переробці вже виданих карт та посібників.

Найбільше таких вимог задовольняв меридіан Грінвіча, точніше меридіан, що проходить через вісь одного з телескопів Грінвічської обсерваторії. У Резолюції конференції було записано: “Від цього меридіана довгота має відраховуватись у двох напрямках до 180° - на схід зі знаком плюс та на захід зі знаком мінус”.

Радіосигнали часу над океаном

Міжнародна меридіанна конференція 1884 р. поряд з резолюцією про нульовий меридіан прийняла рішення застосовувати середній Грінвічський час як всесвітній. Було рекомендовано усі альманахи та морські щорічники випускати з розрахунком на місцевий час Грінвіча.

Для того, щоб точно визначити довготу, хронометр повинен бути виставлений за Грінвічським часом і хід його повинен постійно контролюватись. На першому етапі завдання це вирішували або астрономічними спостереженнями, або звірянням з еталонним годинником, що показує Грінвічський час у пункті відходу судна.

Для звірення хронометрів з еталонними "охоронцями всесвітнього часу" користувалися переносним годинником, так як хронометр не рекомендувалося зайвий раз переміщати, щоб не піддавати його трясці і впливу змін навколишнього середовища. Для виставки переносного годинника на зорі появи хронометрів користувалися сигналами, що подаються з берега спеціально для кораблів, що знаходяться в гавані. Як сигнали використовували вимикання прожекторів, спуск прапора, постріл гармати, удари дзвону тощо.

У 1824 р. капітан британського військово-морського флоту Р. Уошоп запропонував для подачі сигналу точного часу використовувати сигнальна куля . У 1833 р. такий сигнальний пристрій було споруджено на східній вежі Королівської обсерваторії у Грінвічі.

Над вежею щодня о 12 годині 58 хвилин піднімалася червона куля, що слугувало попередженням до готовності перевірки часу. Рівно о 13.00 по еталонному годиннику співробітник обсерваторії звільняв кулю від опори, і він падав. З 1852 момент падіння кулі стали контролювати за допомогою електричного сигналу. Гринвічська сигнальна куля була добре видно на судах, що знаходяться на Темзі.

З використанням телеграфу завдання спростилося. Тепер електричний імпульс, що посилається еталонним годинником, міг привести в дію в будь-якому місці сигнальний пристрій, гармату, дзвін і т. п., розташовані навіть на великій відстані від обсерваторії. У другій половині ХІХ ст. сигнальні пристрої точного часу, що наводяться на дію по телеграфу, були встановлені в багатьох великих морських портах Європи.

У Петербурзі ще в 1735 р. астроном академік Ж. Н. Деліль (1688-1768) запропонував для звіряння годинника щодня рівно на півдня за сигналом з астрономічної обсерваторії робити постріл з гармати з одного з бастіонів Адміралтейства. Однак цей проект не був схвалений імператрицею Анною Іоанівною (1693-1740) і був надовго забутий.

До ідеї позначати опівдні пострілом з гармати повернулися лише в середині ХІХ ст. У 1862 р. між Пулковською обсерваторією та Петербургом було прокладено телеграфний зв'язок, яким стали передавати сигнали точного часу. За цими сигналами було вирішено пострілом з гармати з території Адміралтейства "проповідувати Петербургу опівдні".

Сигнал надходив на електричний годинник, розташований у кімнаті коменданта фортеці. Останні були з'єднані електропроводом з однією з гармат і щодня опівдні замиканням контакту електроланцюги спалахували порох у ній.

У 1905 р. командир морського порту С.-Петербурга заявив, що сигнальні постріли дозволяють перевіряти суднові хронометри лише з точністю до 1,5 секунди, що замало навігаційних цілей. З тих пір сигнали подавалися тільки для цивільних потреб, а потім взагалі було припинено. Нині постріли з Петропавлівської фортеці – лише данина традиції. Їх відновили у червні 1957 р. у дні святкування 250-річчя Ленінграда.

У 1866 р. найбільший корабель у світі на той час “Грейт Істерн” займався прокладанням трансатлантичного телеграфного кабелю. Під час цих робіт по щойно прокладеному кабелю на "Грейт Істерні" двічі на день приймали по телеграфу сигнал часу з Грінвіча, що вперше у світі дозволило без візуальних способів спостереження визначати з високою точністю довготу місцезнаходження корабля у відкритому морі.

Але всі кораблі, звичайно, не могли тягати за собою кабелі, тому щоб підвищити точність спостережень і гарантувати себе від неприємностей на випадок втрати часу через зупинку годинника, мореплавці возили з собою по кілька хронометрів і користувалися середнім значенням їх показань. Таким самим методом підвищували точність визначення довготи різних географічних пунктів. Так було в 1823 р. щодо різниці довгот між Дувром і Портсмутом морем перевозили 30 хронометрів. При зйомці координат Балтійського моря 1833 р. експедиція російського географа Ф. Ф. Шуберта використовувала 56 хронометрів, а щодо координат Пулковської обсерваторії знадобився вже 81 хронометр.

7 травня 1895 р. російський вчений та електротехнік А. С. Попов (1859-1905/06) продемонстрував на засіданні фізичного відділення Російського фізико-хімічного товариства винайдений ним вперше у світі радіоприймач. Народився електричний зв'язок без дротів. У березні 1896 була передана на відстань 250 метрів перша в світі радіограма, що складається з двох слів, "Генріх Герц". Навесні 1897 р. дальність радіозв'язку досягла 600 метрів, а 1901 р.- вже 150 кілометрів.

Винахід радіо докорінно змінило всю службу часу, зокрема і судах.

Першими можливістю передавати сигнали часу радіо для потреб навігації скористалися американці. У 1904 р. такі сигнали почала передавати радіослужба ВМС США зі штату Навесінка. У січні 1905 р. регулярні передачі полуденних сигналів часу розпочала радіостанція Вашингтона, а 1907 р.- радіостанція “Норддойч радіо” Німеччини.

У 1908 р. Бюро довгот Франції вирішило передавати радіосигнали часу з Ейфелевої вежі. Регулярні передачі почалися 23 травня 1910 р. опівночі. Сигнальний маятник Паризької обсерваторії при своєму коливанні замикав контакт електроланцюга і кабелем приводив у дію реле випромінюючої радіостанції, встановленої на Ейфелевій вежі. Ритмічні сигнали цієї радіостанції дозволяли визначати помилки під час хронометрів із точністю до 0,01 секунди. З 1912 року сигнали часу почала передавати і Грінвічська обсерваторія.

Зберігання часу значно спростилося. Моряки тепер могли вивіряти свої хронометри, не заходячи до порту. До того ж, відпала необхідність у створенні особливо точних суднових хронометрів, здатних зберігати Грінвічський час тривало і без перевірок.

Щороку кількість радіостанцій, що передають сигнали часу, зростала. У цьому кожна встановлювала свій час передачі сигналів та його код. Виникла необхідність якось упорядкувати цю роботу, і в жовтні 1912 р. з ініціативи французького Бюро довгот у Парижі зібралася конференція 16 країн Європи та Америки з радіотелеграфної передачі часу. У роботі конференції взяли участь і три делегати від Росії: директор Пулковської обсерваторії академік О. А. Баклунд, міністр торгівлі та промисловості механік Головної палати заходів та ваг Ф. І. Блюмбах та від Морського міністерства виконуючий обов'язки помічника начальника Головного гідрографічного управління капітан 1- го рангу А. М. Бухтєєв.

Конференція затвердила з 1 липня 1913 р. єдину систему сигналів часу "Onogo" для радіостанцій усіх країн, а також рекомендувала такий розклад робіт радіостанцій, щоб вони не заважали одна одній. Було передбачено розклад і тих радіостанцій, які можуть з'явитися у майбутньому. При цьому виходили з того, що хоча один сигнал часу на добу може бути отриманий всюди на земній поверхні, крім приполярних областей. Було наголошено на необхідності передачі крім звичайних сигналів для загального користування та спеціальних сигналів для “наукових цілей”.

Радіо як дозволило посилати в ефір сигнал часу еталонного годинника конкретних обсерваторій, а й відкривало можливість “об'єднати” час, вироблюваний ними, т. е. створити Єдину міжнародну систему вироблення точного часу, що дозволяло ліквідувати незгоду часу різних обсерваторій.

Задля реалізації цієї ідеї конференція обрала спеціальну “попередню” Міжнародну комісію часу під керівництвом директора Пулковської обсерваторії академіка О. А. Баклунда. Ця комісія розробила проект створення Міжнародного Бюро часу та розіслала пропозиції урядам різних країн приєднатися до міжнародної служби часу для організації передачі всієї земної кулі об'єднаного часу високої точності. Однак перша світова війна припинила цю роботу.

До цього питання повернулися 1919 р. на конференції у Брюсселі, де було створено Міжнародний астрономічний союз. На з'їзді цього союзу в тому ж році було започатковано постійне Міжнародне Бюро часу, до якого входили координація та узагальнення робіт усіх служб часу миру.

У Росії її регулярна приймання радіосигналів часу розпочалося з травня 1913 р. Вже 1914 р. була спроба уточнити з допомогою радіосигналів часу довготу Пулковської обсерваторії. У 1920 р. астрономічна обсерваторія в Пулкові розпочала регулярну передачу сигналів точного часу. Сигнали передавалися щодня спочатку о 19 годині 30 хвилин, а з липня 1921 р. о 19 годині за всесвітнім часом через Петроградську радіостанцію "Нова Голландія". З 25 травня 1921 р. сигнали почали передавати і через Московську Жовтневу радіостанцію на Ходинці.

Слід зазначити, що автори радіосигналів "Нової Голландії" та "Ходинки" прийняли не міжнародну систему "Onogo", а винайшли чомусь свою, проти чого рішуче виступив відомий радянський гідрограф-геодезист Н. Н. Матусевич (1875-1950). У 1923 р. він опублікував у "Записках з гідрографії" статтю, в якій показав незручність нової системи для штурманів та її недоліки в порівнянні з міжнародною та запропонував перейти на систему "Onogo".

Велику роль службі часу для навігаційних цілей стали грати у період також морські астрономічні обсерваторії у Кронштадті, Миколаєві, Севастополі, Владивостоці і Ахангельську. Їхня робота полягала у визначенні поправок зразкових годинників та у щоденному астрономічному визначенні півдня.

У 1948 р. в нашій країні було засновано Міжвідомчу комісію єдиної Служби часу при Державному комітеті стандартів Ради Міністрів, основними завданнями якої були вирішення питань, пов'язаних із передачею сигналів точного часу, та координація робіт у цій галузі різних зацікавлених відомств.

В даний час інформація про еталонний час передається через радіостанції та телебачення Державною службою часу та частоти (ДСВЧ), що об'єднує діяльність з астрономічних спостережень, приймання та передачу сигналів часу 21 обсерваторії, включаючи зарубіжні. Відомості про вітчизняні та закордонні радіостанції, що передають сигнали часу, а також про програми їх передач публікуються в бюлетені “Еталонні сигнали частоти та часу”, що видається Міжвідомчою комісією єдиної служби часу при Державному комітеті стандартів Ради Міністрів.

Відхилення сигналів точного часу, що передаються вітчизняними провідними радіостанціями, від шкали Державного зразка часу та частоти не перевищує 0,00003 секунди. Через станції радіомовлення країни наприкінці кожної години передаються мовні сигнали перевірки часу у вигляді шести секундних імпульсів. Останній шостий сигнал відповідає 00 хв 00 чергової години.

Точність вироблення та зберігання еталонного часу в обсерваторіях також докорінно змінилися. За часів заснування Грінвічської обсерваторії позначку точного часу отримували за допомогою спеціальних астрономічних спостережень. Робили це пасажним інструментом – телескопом, встановленим строго вздовж меридіана. Визначення моментів часу проводилося шляхом спостереження проходження зображення зірок через нитку окуляра. Чим точніше астроном зазначає момент проходження зірки через нитку окуляра, тобто через меридіан спостерігача, тим точніше виправлення астрономічного годинника і, отже, тим точніше можна визначити місцевий час. Точність визначення моментів цим методом становила кілька десятих часток секунди. Підвищити точність у кілька разів вдалося, застосувавши автоматичні реєстратори проходження зірки у полі окуляра телескопа, зокрема фотоелектричні пристрої, хронографи, зенітні фотографічні труби та інші засоби та методи.

Зберігання часу в обсерваторіях між астрономічними спостереженнями здійснювалося за допомогою механічних маятникових годинників та хронометрів. Для забезпечення високої точності такий годинник поміщався у глибокі підвали, де легше було забезпечити сталість температури, атмосферного тиску та захистити прилади від можливих струсів. В даний час для отримання моментів часу застосовують атомні еталони, які відтворюють тривалість секунди ефемеридного, тобто математично рівномірного часу, з похибкою не більше 10 12 -10 13 секунд.

В основі атомного годинника лежать коливальні процеси атомів хімічних елементів, зокрема атомів цезію, що відбуваються з винятковою сталістю.

Така висока точність еталонування та трансляції часу потрібна насамперед для наукових та спеціальних цілей (космічна навігація, радіонавігація, зв'язок та ін.). Для морської астронавігації вимоги значно нижчі. Так, для астронавігаційних вимірювань всесвітній час достатньо знати з точністю до сотих-десятих часток секунди. Для повсякденної діяльності показання суднових морських годинників не повинні відрізнятися від точного часу більш ніж на 0,25 хвилини.

Для забезпечення точним часом навігаційних та астрономічних визначень, організації вахтової служби та вирішення інших завдань на сучасних кораблях та судах створено спеціальну службу часу. До її функцій входить:

- забезпечення збереження точного всесвітнього часу;

- прийом радіосигналів точного часу та розрахунок поправок хронометрів та морських годинників;

- спостереження за роботою "охоронців часу" та обслуговування їх;

- поширення інформації про точний час у різні пости та ін.

Хронометр постійно зберігається в тому самому місці - у спеціальному відділенні штурманського столу. Переносити його не можна, за винятком ремонту або у разі проведення на кораблі розмагнічування (під впливом електромагнітних полів добовий перебіг хронометра може суттєво змінитись). Місце, де зберігається хронометр, має бути віддалено від джерел магнітних та електромагнітних полів, механічних установок, що викликають вібрацію, теплових магістралей, що призводять до різких коливань температури.

Для виставки хронометра за всесвітнім часом заздалегідь встановлюють показання стрілок на найближчий час подачі радіосигналів. У момент надходження сигналу пускають хронометр поворотом навколо вертикальної осі на 40-45°. Після цього досліджують точність ходу і визначають поправки по звіренню з іншим еталоном часу або радіосигналів, що передаються в наступні години.

Якщо потрібна особливо висока точність, еталонні секундні сигнали приймають кілька разів поспіль, фіксуючи показання хронометра, і обчислюють середню величину. Гранична похибка визначення поправки хронометра при прийомі слухового сигналів - від 0,2 до 0,5 секунд.

Для фіксації часу при астрономічних спостереженнях використовують так звані палубні годинники, що являють собою переносний годинник з секундною стрілкою, що рухається стрибками по 0,2 с, або секундомір. При спостереженнях годинник методом звіряння встановлюють на всесвітній час за хронометром. Секундоміри використовують для вимірювання невеликих проміжків часу.

У момент вимірювання висот світил фіксують час і потім з урахуванням відповідних поправок розраховують час Грінвіч спостережень.

На багатьох кораблях та судах нині встановлюється система часу електронна корабельна (СВЕК).

Система складається з функціонально та конструктивно закінчених модулів, що дозволяють формувати різні комплектації залежно від вимог кораблів та суден.

Основу системи складає кварцовий хронометр. КХ,що забезпечує зберігання часу з похибкою не гірше однієї секунди за 40 діб. Такої точності вдалося досягти завдяки властивостям п'єзокварцевої пластини при підведенні до неї електричного струму здійснювати періодичні коливання із виключно постійною частотою та малим згасанням. Пружні коливання кристала кварцу замінили коливання маятника. У кварцовому хронометрі використовується невеликий генератор частоти за розмірами, стабілізований кварцом. Коливання, що генеруються, перетворюються електронною схемою в сигнали, що керують рухом годинникових стрілок або цифровими табло.

Кварцовий годинник менше, ніж механічний хронометр, схильний до впливу температури, вологості, тиску тощо.

Вироблений кварцовим хронометром сигнал часу в коді надходить на станцію годинникову стрілочну ВЧСзі стрілочним індикатором та на станцію годинну цифрову СЧЦіз цифровими індикаторами часу. ВЧСперетворює код часу, що надходить від хронометра, на послідовність імпульсів, що керують через ретранслятори Рроботою електронного вторинного годинника ЕВЧ,які можуть бути розміщені у різних постах корабля на відстані до 500 метрів від СЧС.

Всього до ВЧСможе бути підключено до 100 шкально-стрілочних годинників. Якщо використовують до 10 години, вони можуть бути безпосередньо підключені до хронометра без ретрансляторів.

СЧЦ перетворює код часу, що надходить на її вхід, у паралельний двійково-десятковий порозрядний код, який керує роботою чотирьох годин вторинних цифрових ЧВЦ.На цифрових табло з'являється інформація про поточний час у годинах, хвилинах, секундах та десятих частках секунди. Замість одного цифрового годинника код точного часу може бути виданий у цифрову обчислювальну машину ЦВМ,вирішальну задачі, пов'язані з точним часом.

на ЧВЦпередбачена можливість фіксувати значення поточного часу за допомогою кнопки на передній панелі та дистанційного пульта керування годинником та за необхідності відключати та включати індикатори десятих часток секунди без втрати хронометричної інформації.

Модульне виконання системи часу дозволяє встановлювати на кораблі СВЭК тільки зі стрілочними або з цифровими індикаторами або з тими та з іншими.

У разі втрати живлення від електромережі в системі передбачено її автоматичне перемикання на акумулятори. Для автоматичної прив'язки СВЭК до сигналів часу служить блок радіокорекції БРК.Точність автоматичної прив'язки не гірша за 0,03 секунди. Виставку можна виконати і вручну, тобто, приймаючи сигнали на слух. Похибка прив'язки у цьому варіанті не повинна перевищувати 0,3 секунди.

Використання СВЭК підвищує точність зберігання часу і суттєво полегшує вирішення астронавігаційних завдань.

Повсякденна діяльність кораблів і суден організована за судновим часом, що може відповідати як поясному часу у районі плавання, і московському чи всесвітньому залежно від завдань. На цей час встановлюють корабельний морський годинник і вторинне годинник СВЭК.

належало мати три хронометри.

Коли "НЕВА" та "НАДІЯ" під командуванням І. Крузенштерна

в 1803 році вирушили в перше кругосвітнє плавання,

"Три настільні хронометри і два порівнювальні години, відпущені з астрономічної обсерваторії Кронштадта, були привезені на крейсер "БАЯН" по залізниці. Всього кілька днів хронометри стояли в кімнаті готелю, поки для них виготовляли приміщення в каюті штурманського офіцера; перенесені на крейсер і тоді ж почалися роботи з їх дослідження." http://vchernik.livejournal.com/41953.html

Годинник морський- це спеціальний прилад для виміру на кораблях точного часу. Аксесуар, як і належить, оснащений хвилинною та годинниковими стрілками. Цікавий момент заводу подібного годинника. Заводяться вони раз на тиждень у певний день. Спеціальний матрос із особового складу бойової частини корабля, згідно зі статутом, повинен щодня звірятися з хронометром до підйому прапора.

Колись саме потреби морської навігації призвели до створення годинника з особливо точним ходом - хронометрів.

Цікаво, що епоха Великих географічних відкриттів обійшлася без високоточних приладів.

Безстрашні першопрохідники відкривали нові землі та нові морські шляхи, спираючись лише на свідчення компаса, астролябії, а то й зовсім орієнтуючись на зірки.

Тільки коли світ був поділений і на його карті з'явилися величезні колоніальні імперії, питання безпеки кораблів у відкритому морі постало особливо гостро.

Природно, що першою занепокоєлася Британія, яка займала на той час близько чверті всієї земної поверхні.

У 1714 році британський парламент заснував спеціальний приз у 20 тисяч фунтів (за сьогоднішніми мірками це приблизно два мільйони доларів) за створення пристрою, здатного визначати довготу судна в будь-якій точці Землі з точністю в півградуса (що дорівнює 30 хвилин географічної довготи).

20 тисяч фунтів за точність

Зі зростанням інтенсивності океанського мореплавання зі страхітливою швидкістю став збільшуватися список суден, загиблих не стільки від «непереборних сил стихії та неминучих на морі випадковостей», скільки внаслідок нездатності капітанів визначити своє місце поза видимістю берегових орієнтирів.

Для цього моряку потрібно знати дві величини – географічну широту та довготу. І якщо рішення першої половини цього завдання вдалося знайти вже до середини XV століття, то з визначенням довготи справа була значно складніша.

Над проблемою визначення довготи, тобто меридіана, на якому в даний момент знаходиться судно, билися прожарені до чорноти океанськими штормами капітани-практики і бліді кабінетні вчені-теоретики, які в житті не бачили моря.

Теоретичне вирішення завдання вдалося знайти досить швидко.

Завдяки титанічній працьовитості датського астронома Тихо Брагеі генію таких теоретиків, як Йоганн Кеплер та Ісаак Ньютон, стало можливим розраховувати спеціальні "Таблиці висот і азимутів світил" (ТВА) на кожен рік.

Вимірявши висоту світила над горизонтом і знаючи місцевий, тобто судновий час, потрібно зайти в ТВА і після нескладних розрахунків одержати довготу місця, щоправда, за однієї умови: треба з можливою точністю знати різницю між місцевим часом і часом якоїсь географічної точки, з опорою яку ТВА складено.

Забігаючи трохи вперед, скажемо, що за таку точку за взаємною згодою географів усього світу прийняли знамениту Грінвічську обсерваторію в Англіїв. Таким чином, справа була за малим: «законсервувати» на кораблі грінвічський час Усього!

ТЕХНОЛОГІЯ ХРОНОМЕТРІЇ

Інженер-кораблебудівник академік О.М. Крилов якось помітив на адресу одного непомірно вихваляного вченого, що відкриття - це 2% ідеї та 98% реалізації. Ось і з проблемою визначення довготи справа була саме так: всі знають, що потрібно зробити, але ніхто не знає, як.

У ті парусно-гребные часи вимір часу на кораблі був дуже непростий процес!

Для цього служив пісочний годинник — півгодинний, величезний, як два з'єднані між собою дволітрові банки, дробовий — менший, до маленьких напівхвилинних. В обов'язок вахтового мічмана входило стежити за перетіканням піску і своєчасно перевертати великий годинник, відбиваючи час судновим дзвоном (ось чому час на флоті досі вимірюється «склянками»).

Щодня хід такого годинника коригувався по сонцю, і відлік часу починався по новій — до наступного полудня.

Звичайно, точність такого способу вимірювання часу була, м'яко кажучи, досить умовною.

І нормальний механічний годинник зі стрілками вже давно цокав у вітальні багатих будинків, та ось біда — і мови не могло бути про те, щоб використовувати їх на морі!

У рух такий годинник наводився гирей на ланцюжку, а хід регулювався маятником. Зрозуміло, що в умовах морської хитавиці користі від такого механізму не було.

Заміну гирі, втім, вдалося знайти буквально під боком у зброярів.

У так званому колісцевому замку мушкета іскру з кременю висікало рифлене коліщатко, що рухається заводною спіральною пружиною; поєднавши її з анкерним механізмом, вдалося отримати джерело енергії, до хитавиці нечутливий. Але як бути з маятником?

ГЮЙГЕНС, ГУК І ІНШІ
Історія техніки рясніє епізодами, коли встановити достеменно пріоритет того чи іншого винаходу досить важко. Зокрема, кого слід вважати справжнім винахідником — того, хто першим вигадав принцип пристрою, або того, хто зумів зробити його практично застосовним?

Дуже показовою в цьому сенсі є і історія створення хронометра.

У 1674 році замінити маятник коліщатком-балансом запропонував голландський учений

Християн Гюйгенс,

до речі, саме вінсаме він вигадав принцип дії годинника — анкерний механізм, регулятор частоти обертання шестерень. Це той самий баланс, який ви побачите, відкривши будь-який механічний годинник.

На жаль, виявилося, що зміна температури всього на один градус гальмує або прискорює хід такого годинника в 20 разів сильніше, ніж маятникових!

Зрозуміло, що моряків така нестабільність ходу влаштувати не могла.

Розчарування було таким сильним, що Гюйгенс відмовився від задуму створити морський хронометр.

Практично одночасно з Гюйгенсом такий же пристрій сконструював видатний фізик, англієць Роберт Гук. Але теж не довів справу до кінця.

А труднощі на шляху створення хронометра тим часом множилися наростаючою.

З'ясувалося, що на точність ходу впливає навіть опір повітря!

Обертаючись, коліщатко балансу створювало навколо себе повітряні завихрення, що також змінювали швидкість ходу механізму.

Було від чого винахідникам опустити руки та відступитись.

ВПОРТ САМОУЧКИ
Столяр з Йоркширу, що взявся за вирішення проблеми хронометра Джон Гаррісон, мабуть, просто не знав, щоавторитети визнали її нерозв'язною, і тому пройшов шляхом, уже пройденим до нього, набиваючи ті самі синці і шишки, що і його попередники, але з непохитною завзятістю істинного британця знову і знову відновлюючи пошук.

Його перший хронометр, пред'явлений до світлі очі лордів Адміралтейства, був хитромудрий виріб аж на 35 кг вагою. Він містив безліч маятників, що гойдалися в різних площинах з метою компенсувати дію хитавиці, що в порівнянні з механізмами Гука-Гюйгенса було кроком назад.

Не дивно, що проведені в 1735 випробування важко було назвати успішними. Оснащений «хронометром №1» англійський корабель пройшов до Лісабона і назад, а догляд годинника склав цілих 6 хвилин, що в перерахунку на відстань в екваторіальних широтах становило 111 миль!

Після ґрунтовних роздумів Гаррісон відмовився від доопрацювання цієї конструкції і взяв тайм-аут, що тривав 25 років.

За цей час він не тільки повторив усі зроблені до нього винаходи в цій галузі, але й принципово удосконалив їх, все-таки створивши механізм,б іншого рахунку, який не зазнав істотних змін до наших днів.

У 1761 році з Портсмута на Ямайку вийшов Його Величності корабель «Дептфорд»,

Розповідаємо, як морські хронометри допомагали створювати імперії.

Визначення координат у морі довгий час було найважливішим із мистецтв. Якщо широту місцезнаходження судна капітани навчилися визначати за зірками і висотою полюса над горизонтом ще XV столітті, то пошуки точного методу визначення довготи розтяглися три наступні століття. І ці пошуки нагадували створення атомної бомби: хто випередить інших, стане найсильнішим.

Адже щойно завершилася епоха великих географічних відкриттів, і провідним європейським державам хотілося будь-що-будь застовпити відкриті землі за собою. Торгівля і судноплавство на той час розширювалися швидше, ніж промисловість: навіщо щось виробляти, коли можна просто награбувати, привезти і продати з нечуваним прибутком.

Найбільш ласі колонії знаходилися на заході та сході, а в подорожах туди якраз було вкрай необхідне знання довготи. Чимало кораблів загинуло, не досягнувши кількох миль до бажаної мети, оскільки страх і загроза бунту на кораблі змушували капітанів повертати назад. Ще більше розбивалося об прибережні скелі під час штормів та туманів.

У результаті 1714 року англійський парламент оголосив міжнародний конкурс створення приладу чи методу визначення довготи з похибкою 20 чи 30 миль під час плавання Вест-Індії і назад.

Були призначені і премії 10, 15, 20 тисяч фунтів стерлінгів (колосальні на ті часи гроші) залежно від точності визначення довготи. Для прийняття та розгляду пропозицій щодо цього закону було створено Бюро довготи, яке очолив сам батько фізики Ісаак Ньютон.

Сер Ісаак Ньютон

З самого початку намітилися два способи визначення довготи: астрономічний та механічний, із застосуванням годинника.

За астрономію ратував Галілео Галілей, який створив непоганий метод метод визначення довготи за періодами затемнень відкритих ним чотирьох супутників Сатурна. Проте зробити це неможливо було часом навіть у Італії, де хмари – рідкісні гості.

Що вже говорити про море: спробуйте спочатку під час невеликої качки хоча б упіймати в телескоп Сатурн, не кажучи вже про його супутників. А що стосується механічного способу, то після кількох спроб представити морський годинник Ньютон, вивчивши його, написав у 1714 році:

По точних годинниках можна визначити довготу. Але оскільки судно знаходиться в постійному русі, відчуває перепади спеки і холоду, вплив вологого і сухого повітря, а сила гравітації змінюється на різних широтах, такий годинник поки що створити неможливо, і навряд чи таке колись станеться в майбутньому.

І все ж таки нечувана нагорода змусила напружитися найкращі уми того часу, і в 1735 році британський майстер Джон Гаррісон (1693-1766) створив-таки великий морський хронометр Н1 "Коник".

Творець морських хрономірів Джон Гаррісон. Фото: http://www.rmg.co.uk

Роль маятника в ньому виконували два довгі балансові важелі з кулями на обох кінцях. З'єднані один з одним у середині, вони формували літеру Х з паличками, що вагаються в протилежних напрямках, які тим самим нівелювали вплив качки. Приводилися важелі на дію чотирма балансовими пружинами. Перепади температур компенсувалися латунними та сталевими стрижнями, до яких кріпилися кінці пружин.

Перший морський хронометр Джона Гаррісона H1 (“Коник”), 1735 р. Фото: http://collections.rmg.co.uk

У тестовому поході до Лісабона і назад "Коник" заслужив дуже позитивні відгуки, і в зведеннях Грінвічської обсерваторії з'явилося повідомлення про винахід Гаррісона. Однак усе це не переконало парламент видати Гаррісону належну премію, він лише отримав грант на створення нових хронометрів.

Ходить байка, що Джон Гаррісон не надто переживав через те, що премію за винахід “Коника” йому не вручили, оскільки його хронометр таємно придбали пірати, які заплатили йому більше належної суми.

Майстер удосконалював свій хронометр усе життя. Другий хронометр Н2 відрізнявся від першого пристроєм для стабілізації імпульсу з проміжними пружинами.

У ньому дві циліндричні пружини підзаводилися кожні півгодини, і момент, що крутив, був завжди на тому самому рівні. Також у механізмі як модуль постійної сили була фузею. Випробовувати Н2 не стали, оскільки йшла війна з Іспанією, і адміралтейство побоювалося, що грізна стратегічна зброя – хронометр – потрапить до рук ворогам.

Якщо перший "Коник" зберігається в Грінвічській обсерваторії, то доля Н2 і Н3 не така відома (хоча пристрій їх механізмів описано докладно). Думаю, і тут без піратів не обійшлось.

Морські хронометри Джона Гаррісона - H2 і H3. Фото: http://collections.rmg.co.uk

А премію свою в 20 тисяч фунтів Гаррісон все ж отримав у 1759-му, за хронометр Н4, який уже був схожий на відомі нам морські хронометри — такий собі настільний або дуже великий кишеньковий годинник.

Перший морський хронометр Джона Гаррісона H1 (“Коник”) 1735 р. в. разом з хронометром H4, що виграв премію, 1759 р. в. (в центрі). Фото: http://www.e-reading.club/chapter.php/103039/23/Hauz_-_Grinvichskoe_vremya_i_otkrytie_dolgoty.html, http://collections.rmg.co.uk

Механізм містився у двох срібних корпусах діаметром 10,5 см. Циферблат був покритий білою емаллю; на цьому білому тлі були прикраси, виготовлені чорним кольором. Годинна та хвилинна сталеві стрілки пофарбовані у блакитний колір; була також центральна секундна стрілка, яка оберталася між двома іншими стрілками. Заводився годинник через отвір у зворотному боці внутрішнього корпусу.

Морський хронометр Джона Гаррісона H4. Фото: http://collections.rmg.co.uk

Морський годинник №4 Гаррісона, на відміну від трьох його перших морських годинників, не підвішувався на кардановому підвісі, а під час хитавиці корабля лягав на м'яку подушку, і за допомогою зовнішнього корпусу і градуйованої дуги їх становище могло регулюватися так, щоб вони були трохи нахилені до горизонталі.

Випробував їх у поході на Ямайку син майстра Вільям. Корабель "Дептфорд" відплив з Портсмута 18 листопада 1761, і коли через 61 день прибув до Порт-Рояль, Н4 відстав лише на 9 секунд!

Зайнявши точний годинник, капітани королівського флоту отримали колосальну перевагу над кораблями інших держав, і саме завдяки невдовзі виникла велика Британська імперія, над якою ніколи не заходило Сонце.

Якщо іспанці, французи та голландці були змушені про всяк випадок запасатися десятками бочок прісної води та продовольства, то англійці, маючи точні відомості про довготу, замість продуктового “такелажу” запасалися зайвими бочками пороху, гарматами та ядрами, що, як правило, вирішувало результат битв на їхню користь.

Але найголовніша заслуга Джона Гаррісона все ж таки полягає в тому, що він вселив впевненість в інших кращих майстрів: Ларкума Кендалла, Томаса Мюджа, Джона Арнольда, П'єра Леруа, Фердинанда Берту, Авраама-Луї Бреге. З винаходом анкерного спуску хронометри стали ще точнішими, а славу найбільшого виробника завоював Улісс Нарден.

Німецькому флоту морські хронометри постачала компанія A. Lange & Söhne із Гласхютте. А коли все обладнання разом з технічною документацією було експропрійовано та вивезено до Радянського Союзу, незабаром радянські кораблі почали отримувати морські хронометри “Політ” з механізмом, який був точною копією калібру ALS 48.

І зараз, коли координати судна автоматично визначаються пов'язаними з супутниками GPS бортовими комп'ютерами, досвідчені капітани вважають за краще мати на будь-який пожежний старий добрий механічний хронометр.

Автор статті: Тимур Бараєв

знайшли помилку у тексті? виділіть її та натисніть ctrl + enter

За допомогою точного вимірювання часу, відомого фіксованого місця, наприклад, середнього часу за Грінвічем (GMT) та час у поточному місці. Коли перший розроблений у 18-му столітті, він був головним технічним досягненням, оскільки точне знання часу протягом тривалої морської подорожі необхідне для навігації, відсутні електронні або комунікаційні засоби. Перший справжній хронометр був життя роботою однієї людини, Джона Харрісона , що охоплюють 31 років наполегливих експериментів і випробувань, яка зробила революцію морської (а пізніше антена) навігації і дозволяє епоху Великого географічних відкриттів і колоніалізму прискорити.

Термін хронометрбув придуманий від грецьких слів хроносом(час значення) та метрових(значення лічильника) в 1714 Джеремі Такер, ранній конкурент на приз, встановлений Законом Довгота в тому ж році. Останнім часом стало більш широко використовується для опису годинник протестовані та сертифіковані відповідати певним стандартам точності. Timepieces , зроблені в Швейцарії може відображати слово "хронометр" тільки в тому випадку, завірений .

історія

Для визначення розташування на поверхні Землі необхідно і достатньо, щоб знати широту, довготу і висоту. міркування висоти можна, природно, ігноруватиметься для суден, що працюють на рівні моря. До середини 1750 - х років, точної навігації на море з виду землі не було невирішеною проблемою у зв'язку з труднощами при розрахунку довготи. Навігатор може визначити їхню широту, вимірюючи кут сонця опівдні (тобто, коли він досяг своєї вищої точки в небі, або кульмінація) або, в північній півкулі, для вимірювання кута Полярної (Північна зірка) від горизонту (як правило, у сутінках) . Для того, щоб знайти свою довготу, однак, їм потрібно часу стандарт, який працюватиме на борту судна. Спостереження регулярних небесних рухів, такі як метод Галілея на основі спостережень природних супутників Юпітера, зазвичай не можливе в морі через рух судна. Метод місячної відстані , спочатку запропонований Johannes Вернер в 1514 році, був розроблений паралельно з морським хронометром. Голландський вчений Гемма, Фрізіус Реньєр був першим, щоб запропонувати використання хронометра для визначення довготи у 1530 році.

Метою хронометра є для точного вимірювання часу, відомого фіксованого місця, наприклад, середній час за Гринвічем (GMT). Це особливо важливо для навігації. Знаючий GMT на місцевому півдні дозволяє навігатор використовувати різницю в часі між положенням судна та меридіана Гринвіча для визначення довготи судна. Оскільки Земля обертається з постійною частотою, різниця в часі між хронометром та місцевим часом судна можуть бути використані для обчислення довготи судна щодо Грінвічського меридіана (визначається як 0°) з використанням сферичної тригонометрії . У сучасній практиці навігаційний альманах і тригонометричні таблиці оглядового скорочення дозволяють навігаторів для вимірювання Сонця, Місяця, видимих ​​планет, або будь-якої з 57 обраних зірок для навігації в будь-який час, що горизонт видно.

Створення хронометра, який працюватиме надійно в морі, було важко. До 20-го століття, найкращі хронометристи були маятниковим годинником, але обидва прокатні кораблі в морі і до 0,2% змін у гравітації Землі зробили простий гравітаційну основою маятника марного як у теорії, так і на практиці.

Перші морські хронометри

Вперше опубліковано використання терміна було у 1684 році у Arcanum Navarchicum, теоретична робота Кіля професор Matthias Васмут. За цим послідували подальші теоретичні описи хронометра в роботах, опублікованих англійським ученим Вільям Дірхем в 1713 р. Основна робота Дірхема, фізико-теології чи демонстрації істот та атрибутів Бога з його робіт зі створення, а також запропонував використовувати вакуум запечатування, щоб забезпечити більшу точність у роботі годинника. Спроби побудувати робочий морський хронометр було розпочато Джеремі Такер в Англії в 1714 році, і Генрі Сюллі у Франції через два роки. Сюллі опублікував свою роботу в 1726 році з Une Орложа inventée та ін executée номінальної М. SulliАле ні його, ні модель Такера була в змозі протистояти перекочування морів і зберегти точний час у корабельних умовах.

У 1714 році британський уряд запропонували приз довготу для методу визначення довготи на морі, з нагородами в межах від 10 000 £ до 20 000 £ (2000000 млн £ в £ 4 у 2019 виразі) в залежності від точності. Джон Харрісон, тесляр Йоркшира, представив проект у 1730 році, а в 1735 закінчив годинник на основі пару зустрічних коливальних зважених балок, з'єднаних пружинами, рух не знаходився під впливом сили тяжіння або при русі судна. Його перші дві морські хронометри H1 і H2 (завершені в 1741 р.) використовували цю систему, але він зрозумів, що вони мали фундаментальну чутливість до відцентрової сили, що означає, що вони ніколи не могли бути досить точними в морі. Будівництво його третьої машини, позначеної H3, в 1759 включені нові кільцеві залишки та винахід у біметалічній смузі та обоймі роликові підшипники, винаходи, які досі широко використовуються. Однак, кругові залишки H3, як і раніше, виявилися занадто неточними, і він зрештою відмовився від великих машин.

Харрісон вирішив точні проблеми з його набагато менше, Н4 хронометром дизайну в 1761 H4 виглядав так само, як великі п'ять дюймів (12 см) , кишенькові годинники діаметра. У 1761 Харрісон представив H4 на довготі приз £ 20,000. Його конструкція використовується балансове колесо, що швидко б'ється, кероване температурною компенсацією спіральної пружини. Ці функції залишалися у використанні до стабільних електронних Осцилятори не дозволило дуже точний портативний годинник, який буде зроблено за доступною ціною. У 1767 Рада Довгота опублікувала опис його роботи в Принципах хронометриста Харрісона .

Сучасний хронометр

Найбільш повна міжнародна колекція морських хронометрів, включаючи H1 Харрісона Н4, знаходиться в Королівській обсерваторії Грінвіча, у Лондоні, Великобританія.

Механічні хронометри

Вирішальна проблема була знайти резонатор, який залишився без змін у зв'язку зі зміною умов, що висуваються до судна в морі. Балансир, запряжений навесні, вирішив більшість проблем, пов'язаних з рухом судна. На жаль, еластичність більшість балансу пружинних матеріалів змінюється щодо температури. Для компенсації сили пружини, що постійно змінюється, більшість залишків хронометра використовується біметалічна смужка для переміщення невеликих вантажів у напрямку і осторонь від центру коливань, таким чином, змінюючи період балансу, щоб відповідати змінній силі пружини. Проблема балансу пружини була вирішена за допомогою нікель-стального сплаву на ім'я елінварної для його незмінної пружності при нормальних температурах. Винахідник був Гійом, який виграв 1920 року Нобелівську премію з фізики на знак визнання його металургійної роботи.

Спуском служить двом цілям. По-перше, це дозволяє поїзд заздалегідь дрібно і записувати коливання балансу в. У той же час, вона забезпечує незначну кількість енергії, щоб протистояти крихітні втрати від тертя, тим самим зберігаючи імпульс балансу, що коливається. Спуск є частиною, яка цокає. Оскільки природний резонанс балансу, що коливається, служить серцем хронометра, хронометр спуски призначені для втручання в балансі якомога менше. Є багато постійної сили та окремі конструкцій спускового механізму, але найпоширенішими є пружинним фіксатором та повертають фіксатор. В обох з них, невеликий фіксатор блокує спускове колесо і дозволяє баланс хитатися повністю вільний від перешкод на короткий час, крім центру коливань, коли він найменш схильний до зовнішніх впливів. У центрі коливань ролик на персонал балансу моментально витісняє фіксатор, що дозволяє один зуб спускового колеса, щоб пройти. Ходове колесо зуба потім передає свою енергію на другий ролик на персонал балансу. Оскільки ходове колесо повертається лише одному напрямку, баланс отримує імпульс лише у одному напрямі. На зворотних коливаннях, пружина, що проходить на кінчику фіксатора дозволяє відмикання ролик на персоналі, щоб перемістити без переміщення фіксатора. Найслабша ланка будь-якого механічного хронометристу змащення спускової ст. Коли масло загусне через вік або температури або вологості розсіюється через або випаровування, швидкість буде змінюватися, іноді різко, як рух балансу зменшується за рахунок підвищення тертя у спуском. Стопорне спуском має сильну перевагу перед іншими спусками, як він не потребує мастила. Імпульс від ходового колеса до імпульсного ролика майже мертві биття, тобто трохи зрушивши дії потребують мастила. Хронометр втече колесо і пружини, що проходять, як правило, золота з - за зниженням тертя ковзання в металі над латунню і став.

Хронометри часто включаються інші інновації для підвищення їх ефективності та точності. Тверді камені, такі як рубін і сапфір часто використовуються як коштовність підшипників для зменшення тертя та зносу цапф та спуску. Алмаз часто використовується як кришка каменю для нижньої осі балансу персоналу, щоб запобігти зношування від років важкого залишку повороту на маленькому кінці повороту. До кінця механічного виробництва хронометра в третій чверті 20 - го століття, виробники продовжували експериментувати з речами, як кулькові підшипники та хромованими шарнірами.

Морські хронометри завжди містять підтримку потужності , який тримає хронометр Збирається під час його рани, і запас ходу , щоб вказати, як довго хронометр продовжуватиме працювати без рани. Морські хронометри є найбільш точними портативними механічними годинниками коли - або зроблені, що набували точність близько 0,1 секунди на добу або менш ніж за одну хвилину на рік. Це досить точне, щоб знайти судна в межах 1-2 миль (2-3 км) після місячної морської подорожі.