Dans la nuit du 22 au 23 septembre 1707, un escadron britannique sous le commandement du contre-amiral Claudsey Shovell, revenant du théâtre de la guerre de la guerre de succession d'Espagne, s'assit en pleine mer sur les récifs au large des îles Scilly, au sud-ouest de la côte des Cornouailles, juste au-dessus 24 heures avant de rentrer à la maison. Les îles Scilly font partie de l'ancien batholite kornubien, un massif granitique issu d'une éruption de faille de l'ère Carbonifère-Permien, de sorte que la profondeur près de leurs rives diminue très fortement, et en plus, elles sont la première terre sur le chemin de cette branche du Gulf Stream, qui va dans la Manche. Scilly est une zone très dangereuse et perfide, où les navires sont morts régulièrement, mais l'ampleur du naufrage en 1707 était extrêmement grande.
Cinq navires de ligne et un navire de pompiers ont plongé sur les falaises de Scilly's West Reef, à peine visibles au-dessus de l'eau. Trois navires ont coulé, dont le vaisseau amiral de l'Association Squadron, qui a coulé avec un équipage de 800 personnes en trois minutes. L'amiral Shovell lui-même s'est noyé dans l'Association. Le nombre total de victimes de la catastrophe allait de 1 200 à 2 000 personnes. Il y aurait peut-être eu moins de victimes si les marins savaient nager, mais cette compétence était rare au 18e siècle. Les marins superstitieux croyaient que savoir nager signifiait faire naufrage.
Par la suite, les légendes ont blâmé l'arrogance aristocratique de l'amiral pour le désastre, qui aurait ordonné à un marin, originaire de ces endroits, d'être pendu sur un yacht, qui l'informait du danger afin qu'il serait décourageant de remettre en question l'autorité de ses supérieurs. La réalité était bien plus désagréable: jusqu'au dernier moment, personne dans l'escadron n'avait la moindre idée que les navires n'étaient pas là où ils étaient censés aller. L'amiral Shovell, qui a passé toutes les étapes du service naval, un marin honoré avec 35 ans d'expérience, et ses navigateurs ont mal calculé leur longitude en raison du mauvais temps et étaient sûrs qu'ils étaient plus à l'est, dans la zone d'expédition de la Manche. Les cartes, sur lesquelles les îles Scilly étaient à une distance d'environ 15 kilomètres de leur position réelle, ont également été résumées, qui sont devenues connues plusieurs décennies plus tard, déjà au milieu du XVIIIe siècle.
Naufrage de l'escadre de Claudisly Shovell en 1707. Gravure par un artiste inconnu National Maritime Museum.
Au moment de la catastrophe Scilly, le besoin de méthodes précises pour déterminer la longitude était reconnu depuis plus d'un siècle. L'ère des découvertes géographiques a nettement démontré le décalage des méthodes cartographiques par rapport aux besoins de la pratique. Les Habsbourg espagnols ont offert des prix pour la résolution du «problème de longitude» depuis 1567, la Hollande depuis 1600, et l'Académie française des sciences a reçu une telle mission lors de sa création. Les récompenses étaient très généreuses - en 1598, Philippe III d'Espagne a promis 6000 ducats à la fois pour une méthode efficace de détermination de la longitude, 2000 ducats pour une pension annuelle à vie et 1000 ducats pour les dépenses. Le ducat («pièce du doge»), égal à 3,5 grammes d'or, était l'équivalent monétaire international, originaire de Venise; Les Habsbourg frappaient leurs ducats du même poids. Pendant cette période, le volume total du commerce international vénitien a été estimé à environ deux millions de ducats par an,et 15 mille ducats coûtent la construction d'une galère de combat.
Quel était le "problème de longitude"? Il est difficile, mais pas impossible, de déterminer la latitude d'un navire en haute mer à la minute angulaire la plus proche. La latitude est une fraction de la distance entre l'équateur et le pôle, et donc la valeur est absolue. L'angle entre l'axe de la terre et la position du navire peut être déterminé à la fois à partir du soleil et des étoiles connues à l'aide d'un astrolabe ou d'un sextant. La longitude est mesurée à partir d'un certain méridien et est donc conditionnelle: tous les points du globe par rapport à la sphère céleste sont égaux, tout point peut être pris comme zéro. Près de la côte, l'emplacement peut être déterminé par les points de repère visibles depuis le navire - montagnes, rivières, tours, qui ont été marqués sur des cartes à cet effet depuis l'époque des premiers portolans. Les oiseaux et les plantes peuvent également indiquer la proximité de la terre. Mais dans des eaux inconnuesen pleine mer ou par mauvais temps, la tâche de déterminer la longitude est devenue calculée. De nombreuses routes maritimes, par prudence, n'étaient pas tracées en ligne droite de port en port, mais le long de la côte du continent vers des latitudes manifestement exemptes de récifs et d'îles dangereux, et de là le long du parallèle géographique à la côte opposée. Les corsaires et les pirates attendaient souvent leurs victimes sous ces latitudes «navigables» (Dunn, Richard, Higgit, Rebeccah. Trouver la longitude. Comment les navires, les horloges et les étoiles ont aidé à résoudre le problème de la longitude. Collins, 2014). Les corsaires et les pirates attendaient souvent leurs victimes sous ces latitudes «navigables» (Dunn, Richard, Higgit, Rebeccah. Trouver la longitude. Comment les navires, les horloges et les étoiles ont aidé à résoudre le problème de la longitude. Collins, 2014). Les corsaires et les pirates attendaient souvent leurs victimes sous ces latitudes «navigables» (Dunn, Richard, Higgit, Rebeccah. Trouver la longitude. Comment les navires, les horloges et les étoiles ont aidé à résoudre le problème de la longitude. Collins, 2014).
La méthode de calcul, qui était utilisée par tous les marins de cette époque, était basée sur la mesure de la vitesse du navire et de l'heure de son mouvement le long d'une certaine rumba de boussole. La vitesse était déterminée par un décalage - une corde avec des nœuds, qui était jetée par-dessus bord; les observateurs comptaient le nombre de nœuds qui passaient et chronométraient le temps en comptant ou en récitant la prière standard «Notre Père» ou «Theotokos». Par conséquent, la vitesse «mille marin par heure» était appelée «nœud». Le mille marin lui-même est une mesure de latitude - c'est une minute d'arc du méridien. Le vecteur résultant a été tracé à partir du point où le mouvement a commencé, en tenant compte de la dérive latérale des vents et des courants - c'est ainsi que la coordonnée actuelle a été obtenue. Cette méthode comportait une erreur importante, qui s'accumulait d'autant plus que le navire restait longtemps en pleine mer. La précision de 50 kilomètres dans un voyage transocéanique pour cette méthode est déjà un grand succès, les erreurs de 100-150 kilomètres n'étaient pas rares même pour les navigateurs expérimentés.
La longitude actuelle peut être calculée avec précision si vous connaissez l'heure locale et l'heure astronomique actuelle au méridien principal (depuis 1960, le concept de «temps universel» - UTC a été utilisé). L'heure actuelle est enregistrée par le soleil à midi astronomique, ou vrai, (le moment où le soleil est le plus haut). Le midi astronomique est difficile à déterminer exactement quand il se produit et, en pratique, il est plus souvent défini comme le point médian du temps entre les positions du soleil à la même altitude le matin et l'après-midi. Puisqu'il y a 1440 minutes dans une journée et 21 600 minutes d'arc dans un cercle complet, 1 minute d'arc correspond à 4 secondes de temps. En recalculant la différence entre l'heure locale et l'heure au méridien principal en degrés, vous pouvez obtenir un décalage en longitude. Mais comment déterminer l'heure au premier méridien?
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Il n'y a pas de points de repère fixés en longitude sur la sphère céleste, mais il y en a des périodiques. Les éclipses du soleil et de la lune sont les repères les plus pratiques, mais leur rareté les rend inapplicables à la navigation périodique, elles étaient utilisées pour mesurer principalement la longitude des points sur terre. Par exemple, la cartographie du Nouveau Monde espagnol a eu lieu: tous les administrateurs coloniaux locaux ont reçu le même cadran solaire de Madrid à l'avance et ont été chargés de mesurer la position exacte de l'ombre du gnomon le jour de l'éclipse. Les coordonnées collectées ont été transférées à Madrid, où elles ont été traitées. La précision de ces mesures collectives n’était pas élevée et certains observateurs ont commis des erreurs de 2 à 5 degrés de longitude.
Les éclipses des lunes de Jupiter sont beaucoup plus courantes. Galilée, qui les a ouverts et s'est très vite rendu compte qu'il y avait une horloge céleste naturelle devant lui, a même développé un celaton à cet effet - un support pour fixer le télescope à la tête de l'observateur. Mais toutes les tentatives pour les voir depuis le navire, même par temps clair, ont échoué. Mais cette méthode a été utilisée avec succès sur terre. Il a été utilisé par Giovanni Cassini et Jean Picard pour cartographier la France dans les années 1670. À la suite de l'enquête raffinée, le territoire de la France a tellement rétréci sur les nouvelles cartes que le Roi Soleil est crédité de dire "Les astronomes m'ont pris plus de terres que tous les ennemis réunis."
À partir du XVIe siècle, des tentatives ont été faites pour calculer ou décrire soigneusement les positions relatives de la lune, du soleil et des principales étoiles de navigation. Cette méthode des «distances lunaires» supposait la détermination de l'angle entre la Lune et les autres corps célestes dans le soi-disant «crépuscule de la mer» (avant l'aube et immédiatement après le coucher du soleil, lorsque les étoiles et l'horizon sont visibles en même temps). Mais au début du 18e siècle, la précision de cette méthode était encore trop faible, avec une erreur de 2-3 degrés de longitude. C'est à la tentative d'améliorer le calcul de l'orbite lunaire pour corriger les tables des navigateurs que s'associe la formulation du «problème des trois corps» (le Soleil, la Terre et la Lune), qui, comme l'ont montré G. Bruns et A. Poincaré à la fin du XIXe siècle, n'a pas de solution analytique en vue générale.
Observations en croix utilisées pour déterminer les distances lunaires et mesurer les hauteurs.
Enfin, vous pouvez simplement regarder l'heure universelle sur l'horloge synchronisée avec elle. Mais pour cela, la montre ne doit pas perdre de sa précision dans des conditions de roulis, de variations des champs gravitationnels et magnétiques de la Terre, d'humidité élevée et de sauts de température. Même sur un terrain immobile, la tâche était difficile et les plus beaux esprits du 17e siècle ont fait des efforts importants pour créer des montres de qualité.
Au début du 18ème siècle, des horloges de tour fixes avec balanciers sont apparues, qui étaient erronées d'environ 15 secondes par jour. Leur développement est devenu possible grâce aux recherches de Galileo Galilei, qui a découvert que les oscillations d'un pendule sont constantes dans le temps (1601). En 1637, le Galileo presque aveugle a développé le premier échappement (un dispositif pour faire balancer un pendule), et dans les années 1640, son fils a essayé de créer une horloge avec un pendule à partir des croquis de son père, mais en vain.
La première horloge à pendule fonctionnelle et très précise pour l'époque a été créée en 1656 par Christian Huygens, qui connaissait peut-être les expériences de Galileo Jr. par son père, un homme politique néerlandais qui a participé aux négociations avec Galileo Jr. (Gindikin S. G. Mathematical and problèmes mécaniques dans les travaux de Huygens sur les horloges à pendule (Priroda, n ° 12, 1979). Huygens, d'autre part, a été le premier à décrire et à justifier une courbe isochrone le long de laquelle le pendule se déplacera à une vitesse constante, et a ajouté un contrôleur de pendule à l'horloge basé sur celle-ci. Huygens a donné un diagramme schématique et une justification mathématique pour une horloge à pendule dans son traité de 1673 «Horologium Oscillatorium: sive de motu pendulorum ad horologia aptato demostrationes Geometricae»Après un certain temps, une fourche d'ancrage apparaît dans la conception de l'horloge, dont le but est de limiter les oscillations du pendule à un petit angle, car aux grands angles la propriété d'isochronisme d'un pendule droit disparaît. La création de la fourche à treillis a souvent été attribuée à Robert Hooke ou à l'horloger George Graham, mais la priorité est maintenant donnée à l'astronome et horloger Richard Townley, qui a créé la première montre à treillis en 1676.
Christian Huygens.
Dans le même temps, une percée s'est produite dans la création d'horloges à ressort. Les célèbres études de Hooke sur les ressorts visaient précisément à améliorer les mouvements de la montre. Le ressort est utilisé dans les équilibreurs qui contrôlent la précision des montres sans balanciers; et on pense que le premier équilibreur a été fabriqué par Hooke vers 1657. Dans les années 1670, Huygens a produit un type moderne d'équilibreur à ressort hélicoïdal qui a permis la création de montres de poche (Headrick, Michael. Origin and Evolution of the Anchor Clock Escapement. Control Systems magazine, Inst. Of Electrical and Electronic Engineers. 22 (2), 2002).
À la fin du XVIIIe siècle, les horloges mécaniques fabriquées antérieurement commencent à être massivement fournies avec des balanciers. Le pendule offrait une précision bien supérieure à celle d'une horloge à ressort, mais ne pouvait fonctionner que sur une surface plane et à l'intérieur. Le pendule n'était pas adapté aux longs trajets, car l'humidité et la température affectent sa longueur et le rouleau abaisse sa fréquence d'oscillations. Cela est devenu clair lors des tout premiers essais en mer des années 1660. Et même dans des conditions idéales, le mouvement de l'horloge doit tenir compte du fait que la fréquence des oscillations d'un pendule de longueur constante diminue à mesure qu'il s'approche de l'équateur - ce phénomène a été découvert par l'astronome français Jean Richet, assistant de Cassini, en 1673 en Guyane.
C'est ce complexe de problèmes qui a conduit au fait qu'en 1714, le Parlement britannique a adopté une loi sur ses propres récompenses pour la découverte de méthodes de détermination de la longitude. Sur la recommandation d'Isaac Newton et d'Edmund Halley, le Parlement a accordé une récompense de 10 000 £ pour une précision de 1 degré, 15 000 £ pour 40 minutes d'arc et 20 000 livres pour 30 minutes d'arc. Pour déterminer les gagnants, le Parlement a créé la Commission pour la détermination de la longitude en mer, ou, comme elle est souvent abrégée, la Commission pour la longitude.
Les premières années du programme britannique n'ont pas été particulièrement fructueuses. La taille du premier prix a fait sensation dans la société et le principal groupe de candidats au prix comprenait des fraudeurs et des projecteurs, dont certains se sont distingués lors du boom des mers du Sud en 1720. Seuls quelques projets provenaient de scientifiques, de mécaniciens et d'ingénieurs expérimentés et ont favorisé la compréhension et la résolution de problèmes. La loi n'a pas officialisé la procédure pour le travail de la commission et la procédure d'attribution du prix, et les candidats ont assiégé les membres de la commission un par un en fonction de leurs relations - certains des seigneurs de l'amirauté, certains de l'astronome royal et le premier chef de l'observatoire de Greenwich, John Flamsteed ou Newton. Les membres de la commission ont soit chassé les candidats, soit examiné leur travail en détail avec des recommandations pour réviser et changer la direction de la recherche, mais au cours des premières décennies, ils n'ont offert aucune récompense à qui que ce soit et,apparemment ne se sont même pas rencontrés lors de la réunion.
La tâche semblait si insaisissable que les chercheurs de longitude sont devenus le sujet de ridicule. Jonathan Swift a mentionné «longitude» avec «mouvement perpétuel» et «panacée» dans Les voyages de Gulliver (1730), et William Hogarth a dépeint dans le roman graphique «The Rake's Way» (1732) un fou dessinant sur un mur de Bedlam, la célèbre maison de Londres projets d'exploration de longitude insensés. Certains chercheurs pensent que le politicien et satiriste John Arbuthnot a écrit un livre entier "The Longitude Examin'd" (fin 1714), où il aurait décrit sérieusement le projet du "chronomètre à vide" au nom d'un certain "Jeremy Tucker" (Rogers, Pat La longitude forgée. Comment un canular du XVIIIe siècle a pris Dava Sobel et d'autres historiens. Supplément littéraire du Times, 12 novembre 2008). Fait intéressant, même si ce livre est une satire,elle montre non seulement une connaissance approfondie de la mécanique et de l'horlogerie, mais elle a également inventé le terme «chronomètre» pour la première fois dans l'histoire.
Le "chercheur de longitude" le plus célèbre de la première période était néanmoins un scientifique assez sérieux - William Whiston (1667-1752), un jeune contemporain, collègue et vulgarisateur de Newton. Il a remplacé Newton à la tête de la Lucas Chair à Cambridge, l'a perdu en raison du fait qu'il a commencé à défendre ouvertement des opinions religieuses proches de l'arianisme (ce que Newton, proche de lui dans les vues, n'a raisonnablement pas fait), et à cause de la même chose. hérésies », il n'a pas été accepté dans la Royal Society. Après son expulsion de Cambridge, Whiston est passé à la vulgarisation scientifique, donnant des conférences publiques à Londres sur les dernières avancées scientifiques. C'est son rapport au début de 1714 (co-écrit avec Humphrey Ditton) qui a motivé l'adoption de la loi sur la longitude.
Fou aux cheveux longs. Détail d'un tableau de Hogarth de la série Mota Career.
Lorsque le prix a été annoncé, Whiston a commencé à développer activement des méthodes pour déterminer la longitude. Dans ses activités, il a utilisé les nouveaux canaux de communication de masse à sa disposition pour former un soutien public de masse, à savoir, il a fait de la publicité dans les journaux, affiché des affiches et pris la parole dans les cafés, qui étaient à l'époque des clubs de discussion et des salles de réunion publiques. Les réseaux sociaux et les médias en ligne peuvent servir d'analogie approximative pour le début du 21e siècle. L'influence sociale de Whiston était si grande qu'il fut honoré de la satire personnelle de Martinus Scriblerus (un projet satirique collectif de A. Pope, J. Swift et J. Arbuthnot; dans la littérature russe, son analogue proche est Kozma Prutkov). L'un des projets de Whiston décrit les naviresancré en pleine mer à des points avec des coordonnées connues et tirant régulièrement des fusées éclairantes en l'air - tel était le projet que le fou de l'image de Hogarth dessinait sur le mur.
Whiston a considéré la détermination la plus prometteuse de la longitude par déclinaison magnétique (cette méthode a apparemment été proposée pour la première fois par Edmund Halley). Sur cette base, Whiston s'est heurté à Newton, par l'intermédiaire de qui il a soumis ses projets et qui lui a régulièrement demandé de s'engager dans des recherches astronomiques au lieu de recherches magnétiques (pour ceux-ci et d'autres revues de Newton sur les projets en longitude, voir: Cambridge University Library, Department of Manuscripts and University Archives. MS Add.3972 Documents sur la recherche de la longitude en mer). En conséquence, Whiston a fait l'une des premières cartes de déclinaison magnétique (c'était une carte du sud de l'Angleterre). Finalement, la commission a décerné à Whiston une mention honorable de 500 £ pour la fabrication d'instruments de mesure de la déclinaison magnétique (1741). C'était une branche de recherche sans issue: comme nous le savons maintenant, après des siècles d'observation,Le champ magnétique terrestre change de manière très dynamique et la déclinaison magnétique ne peut pas indiquer les coordonnées d'un lieu.
Depuis 1732, un leader absolu a progressivement émergé dans la recherche de méthodes pour déterminer la longitude - John Garrison (1693–1776), un horloger londonien. Harrison, un mécanicien autodidacte, a développé plusieurs innovations révolutionnaires dans sa jeunesse. Il a choisi du bois de bakout (bois de gaïac) pour les roulements de la montre. Backout a une dureté et une résistance à l'usure élevées, ne réagit pas à l'humidité, tout en émettant également un lubrifiant naturel, qui, contrairement au lubrifiant pour montres du 18ème siècle, ne change pas ses propriétés dans l'air marin (au 19ème-20ème siècles, le backout s'est avéré excellent dans les roulements d'hélices) … Grâce aux roulements de l'arrière, la montre de Harrison fonctionne toujours. Garrison a également créé le premier pendule bimétallique sous forme de barres parallèles en acier et laiton. Le coefficient de dilatation thermique de ces matériaux diffère,de sorte que lorsque la température augmente ou diminue, la longueur totale ne change pas. Le pendule bimétallique pourrait se déplacer des latitudes tempérées vers les tropiques sans changer la fréquence d'oscillation, sauf à la suite d'un changement du champ gravitationnel. Garrison a également développé un mécanisme de déclenchement original "sauterelle" (Michal, Stanislav. Horloge. Du gnomon à l'horloge atomique. Trad. Du tchèque RE Meltzer. M. 1983). Ces réalisations en 1726 amènent le jeune horloger au patronage de J. Graham, qui lui transmet son expérience, lui donne de l'argent pour travailler et présente son travail à la Commission de Longitude. Garrison a également développé un mécanisme de déclenchement original "sauterelle" (Michal, Stanislav. Horloge. Du gnomon à l'horloge atomique. Trad. Du tchèque RE Meltzer. M. 1983). Ces réalisations en 1726 amènent le jeune horloger au patronage de J. Graham, qui lui transmet son expérience, lui donne de l'argent pour travailler et présente son travail à la Commission de Longitude. Garrison a également développé un mécanisme de déclenchement original "sauterelle" (Michal, Stanislav. Horloge. Du gnomon à l'horloge atomique. Trad. Du tchèque RE Meltzer. M. 1983). Ces réalisations en 1726 amènent le jeune horloger au patronage de J. Graham, qui lui transmet son expérience, lui donne de l'argent pour travailler et présente son travail à la Commission de Longitude.
En 1735, Garrison avait assemblé son premier chronomètre de marine, qu'il appela le H1 (nomenclature moderne proposée par le restaurateur Rupert Gould dans les années 1920). Le H1 était exposé dans l'atelier de Graham, où il a été examiné par les membres de la commission, la Royal Society et tout le monde. La qualité de fabrication, d'assemblage et de mouvement était si évidente et élevée qu'en 1736, Harrison et H1 firent un voyage d'essai à Lisbonne sur le navire «Centurion». Bien que le H1 ait mal tourné au début, Garrison l'a rapidement remis sur les rails, et au retour de Lisbonne, les mesures de Garrison ont empêché le Centurion d'atterrir sur les falaises de Cape Lizard (Cornwell, près des îles Scilly). Suite à des rapports positifs du capitaine et des navigateurs du Centurion, l'Amirauté a exigé que la Commission de longitude soit convoquée et que Harrison reçoive le prix. La Commission s'est réunie pour la première fois depuis de nombreuses années et a décerné son tout premier prix de 250 £ avec la mention «pour les travaux ultérieurs» (Howse, Derek. Britain's Board of Longitude: the finances, 1714-1828. The Mariner's Mirror, vol. 84, N ° 4, novembre 1998).
À partir de ce moment jusqu'en 1760, Harrison devint, en fait, le seul récipiendaire de la subvention de la commission, qui se réunissait régulièrement pour inspecter ses nouveaux modèles et lui donna de l'argent pour d'autres travaux, à commencer par la deuxième subvention en 1741 - 500 livres à la fois (sur le même lors de la réunion, William Whiston a également reçu le prix). Depuis lors, Garrison a travaillé exclusivement sur les chronomètres et a fait des réclamations à la commission qu'il était tellement occupé par les travaux sur les subventions qu'il a été privé de la possibilité de gagner sa vie et de subvenir aux besoins de sa famille (procès-verbal confirmé du Conseil de longitude. 4 juin 1746. Bibliothèque de l'Université de Cambridge. RGO 14 /cinq). C'était peut-être une exagération caractéristique de son époque, car à la suite de cette «larme» Garrison a reçu une autre subvention de 500 £. Garrison était probablement en train de reconstituer son budget,facturant des frais pour la démonstration de ses inventions - on sait que Benjamin Franklin, qui a souvent visité Londres, a payé 10 shillings et 6 pence (1 livre = 20 shillings = 240 pence) pour le droit de regarder les chronomètres dans l'atelier de Harrison et était satisfait du montant dépensé. La renommée publique de Harrison était assez grande. Dans l'ère post-Newton, les scientifiques jouissaient de l'attention et du respect de la société, et la diffusion des connaissances était grandement facilitée par les périodiques, complétés par les cafés, où l'information était transmise de bouche à oreille, comme dans les réseaux sociaux modernes. En 1749, Harrison reçut la médaille Copley, créée par la Royal Society en 1731.payé 10 shillings et 6 pence (1 livre = 20 shillings = 240 pence) pour le droit de regarder les chronomètres dans l'atelier de Harrison et était satisfait du montant dépensé. La renommée publique de Harrison était assez grande. Dans l'ère post-Newton, les scientifiques jouissaient de l'attention et du respect de la société, et la diffusion des connaissances était grandement facilitée par les périodiques, complétés par les cafés, où l'information était transmise de bouche à oreille, comme dans les réseaux sociaux modernes. En 1749, Harrison reçut la médaille Copley, créée par la Royal Society en 1731.payé 10 shillings et 6 pence (1 livre = 20 shillings = 240 pence) pour le droit de regarder les chronomètres dans l'atelier de Harrison et était satisfait du montant dépensé. La renommée publique de Harrison était assez grande. Dans l'ère post-Newton, les scientifiques bénéficiaient de l'attention et du respect de la société, et la diffusion des connaissances était grandement facilitée par des périodiques, complétés par des cafés, où l'information passait par le bouche à oreille, comme dans les réseaux sociaux modernes. En 1749, Harrison reçut la médaille Copley, créée par la Royal Society en 1731. En 1749, Harrison reçut la médaille Copley, créée par la Royal Society en 1731. En 1749, Harrison reçut la médaille Copley, créée par la Royal Society en 1731.
John Garrison.
Pour les subventions reçues de la commission, Garrison a collecté trois autres modèles de chronomètres. H2 et H3 contenaient de nouvelles solutions innovantes. Les plus importants d'entre eux sont les premiers roulements composites avec une cage et un équilibreur à ressort bimétallique pour compenser les surtensions. Leonardo da Vinci a toujours un diagramme schématique du roulement, mais jusqu'à H3, leur application pratique est inconnue. Mais la percée a été faite sur le quatrième modèle, H4. Le H4 a été fabriqué sous la forme non pas d'une horloge de table, mais d'un "oignon" de poche, et en raison de sa petite taille, il a utilisé des roulements diamant et rubis plutôt que du bacout, mais a reçu un remontuar (mécanisme de remontage) et une barre d'équilibrage bimétallique du type H3. La H4 fonctionnait à cinq vibrations par seconde - beaucoup plus rapidement que n'importe quelle montre du 18ème siècle. Contrôler les vibrations lentes était beaucoup plus facile que les vibrations rapides,mais Garrison a délibérément réglé l'horloge pour qu'elle oscille à une fréquence beaucoup plus élevée que la fréquence d'oscillation du navire afin de neutraliser la vibration de la coque et du tangage, et il ne s'est pas trompé.
En 1761, immédiatement après la fin de la menace navale de la France pendant la guerre de Sept Ans, H4 partit pour un voyage d'essai à Port Royal en Jamaïque avec le fils de Harrison William, également maître mécanicien, sur le navire Deptford. H3 resta dans l'atelier de Harrison. L'erreur accumulée sur 81 jours était d'environ cinq secondes, ce qui signifiait une précision de 1,25 minute - environ 1 mille marin pour ces latitudes. Sur le chemin du retour, William a prédit avec précision l'apparition de Madère. Le capitaine enthousiaste du «Deptford» a souhaité recevoir un tel chronomètre, et Garrison, qui à ce moment-là avait déjà 67 ans, a comparu à la commission avec une demande de lui donner le premier prix pour remplir les exigences de la loi de 1714.
La commission a refusé de décerner un prix, invoquant le fait que la longitude de Port Royal n'est peut-être pas connue avec suffisamment de précision, que la chance peut être accidentelle et que le chronomètre est trop cher pour être pratique, c'est-à-dire entrer en production de masse. Garrison a reçu une récompense de 1 500 livres et une promesse de 1 000 livres supplémentaires si un deuxième test confirme qu'il avait raison. Garrison est entré en colère et a lancé une campagne publique pour faire pression sur la commission. La réticence à payer la commission était due non seulement à l'avidité et à la prudence, mais aussi à l'espoir qu'une méthode astronomique alternative apporterait une solution au problème d'une manière moins coûteuse.
Pendant que Garrison travaillait sur la montre, les instruments d'observation des objets célestes se sont améliorés. En 1731, le professeur d'astronomie d'Oxford John Hadley (1682-1744), vice-président de la Royal Society, présenta lors d'une réunion de la société le quadrant Hadley (plus tard appelé «octant») - un instrument basé sur la combinaison d'un objet dans une visière et d'un autre objet reflété dans un miroir … Un arc de 45 degrés (un huitième de cercle, d'où le nom «octant») utilisant des miroirs permettait de mesurer des angles deux fois plus grands, jusqu'à 90 degrés. Octant fixe l'angle quel que soit le mouvement de l'observateur et enregistre le résultat de l'observation même après sa fin.
E. Halley a participé aux essais en mer du Hadley octant, qui après Flamsteed a pris la tête de l'Observatoire de Greenwich. Halley, pour une raison quelconque, ne se souvenait pas qu'un instrument réfléchissant similaire avait été décrit dans une lettre qu'il lui avait adressée vers 1698 par Isaac Newton - ces documents ont été trouvés dans les archives de Halley plusieurs années plus tard, avec une description vivante de la façon dont une haute commission scientifique à bord du navire combattait le mal de mer au lieu de observations.
John Hadley avec octant à la main.
Indépendamment de Hadley, un instrument similaire a été créé par l'Américain Thomas Godfrey (1704-1749). L'instrument d'Hadley s'est transformé par la suite, avec des modifications mineures, en un "octant", à partir duquel se sont développés les sextants (avec une échelle de 60 ° et un angle de mesure de 120 °). Malgré toute l'importance pratique de l'outil, Hadley et Godfrey n'ont pas été récompensés, mais des outils améliorés ont permis de trouver une alternative aux montres.
Dans les années 1750, l'astronome allemand Tobias Mayer (1723-1762), professeur à l'Université de Göttingen, se lance dans la cartographie de l'Allemagne, avec l'aide de Leonard Euler (1707-1783), alors professeur à l'Université de Berlin, crée des tableaux particulièrement précis de la position de la lune. Euler a proposé une théorie du mouvement de la lune, Mayer a compilé des tables lunaires basées sur cette théorie et des observations à l'aide d'un instrument spécial avec une vue à 360 °. En apprenant le prix, Mayer n'osa pas au début soumettre ses tables à la commission, pensant que l'étranger serait immédiatement refusé, mais à la fin il recourut au patronage du roi d'Angleterre et de l'électeur de Hanovre, George II, et par conséquent ses tables se terminèrent à Londres. En 1761, le futur chef de l'Observatoire de Greenwich, Neville Maskelyne (1732-1811), qui se rend à Sainte-Hélène pour observer le passage de Vénus devant le disque solaire,a effectué des tests de la méthode des «distances lunaires» selon les tables de Mayer avec l'octant de Hadley et a reçu un résultat stable avec une précision d'un degré et demi.
Un voyage de contrôle à travers l'Atlantique de Londres à Bridgetown à la Barbade était prévu pour 1763. À la Barbade, Maskeline a dû calculer la longitude de référence à partir des lunes de Jupiter depuis la terre solide. H4, les tables Mayer et la «chaise de mer» de Christopher Irwin sur une suspension triaxiale stabilisatrice pour observer les lunes de Jupiter ont été vérifiées simultanément. La chaise, dont son développeur a activement annoncé dans la presse londonienne, s'est avérée inutile, et le chronomètre et les «tables lunaires» de Harrison ont assuré une précision d'un demi-degré. Dans le rapport final, la précision du chronomètre H4 était de 9,8 miles nautiques (15 km), soit 40 secondes de longitude, la méthode des «distances lunaires» réalisée par Maskelyne et son assistant Charles Green - environ un demi-degré.
En 1765, la commission s'est réunie pour une réunion, au cours de laquelle elle a décidé de donner à la veuve de Mayer une récompense de 5000 livres pour les tables de son défunt mari, Euler - 300 livres, et Harrison - 10 mille livres pour le succès et un autre 10 mille lorsque la condition de "praticité" est remplie, c'est-à-dire le coût du chronomètre sera réduit, et sa technologie de fabrication sera décrite pour que d'autres horlogers puissent le reproduire. Le Parlement, qui approuva les décisions de la commission, réduisit la rémunération des «tables lunaires» à 3 000 livres, et déduisit 2 500 livres de subventions déjà reçues du prix de Harrison.
Garrison a cru qu'il avait été dépouillé du prix pour les intrigues de Maskelein, qui, presque simultanément avec la réunion de la commission, est devenu le nouvel astronome royal et le chef de l'observatoire de Greenwich (c'était une coïncidence, puisque le précédent astronome royal est décédé subitement). À ce poste, Maskelein est devenu membre de la commission et chef du sous-comité sur l'acceptation par l'État de la technologie des chronomètres. Des modèles de montres avec des dessins et des explications de Harrison ont été transférés à Greenwich, où ils ont été testés par Maskelein et des représentants de l'Amirauté pendant 10 mois supplémentaires. Sur la base des résultats des tests, Maskelein a émis des doutes sur le fait que le chronomètre donne des résultats stables et peut être utilisé dans la version de production sans utilisation parallèle des "tables lunaires".
Maskelyne lui-même à cette époque avec une équipe d'astronomes de Greenwich préparait pour la publication le premier "Almanach nautique", qui contenait des tableaux récapitulatifs des positions du Soleil, de la Lune, des planètes et des "étoiles de navigation" pour une longitude et une latitude données et les valeurs de temps correspondantes à zéro. méridien pour chaque jour de l'année. La première édition de l'Almanach a été publiée en 1767.
Le premier chronomètre créé en 1735.
Harrison, convaincu que Maskelein noyait délibérément son invention pour donner un avantage aux méthodes astronomiques, alla chercher justice auprès du jeune roi George III. Le monarque, qui avait reçu une bonne éducation scientifique, a pris le chronomètre H5 pour lui-même et l'a personnellement remonté quotidiennement pendant six mois. À la suite de ces tests, George III a suggéré que Garrison entre avec une pétition directement au parlement, en contournant la Commission de longitude, et exige son premier prix, et si le parlement refuse, alors lui, le roi, apparaîtra personnellement solennellement au parlement et exigera la même chose du trône. Le Parlement a résisté pendant plusieurs années et, par conséquent, en 1773, Harrison a émis la dernière sentence de 8 750 livres (à l'exclusion des coûts et des coûts des matériaux).
Les activités de la Commission Longitude ont abouti à:
La Commission Longitude a travaillé jusqu'en 1828, combinant les fonctions d'un organisme subventionnaire et d'un centre de recherche, et a décerné un certain nombre d'autres prix et subventions, y compris un prix de 5000 livres à l'explorateur polaire W. Parry, qui a atteint 82,45 ° de latitude nord dans le Canada polaire au début du 19e siècle.
Pour résumer ce court essai, il faut une fois de plus attirer l'attention sur le fait que la solution au problème de la longitude ne s'est pas faite par une ou même plusieurs percées, elle a été créée longue, dure, à partir d'un grand nombre d'étapes, dont chacune était une réalisation significative dans son propre domaine. Même après que le chronomètre Harrison et la méthode Mayer-Euler soient passés des expériences à la pratique de la navigation, les méthodes de navigation et de cartographie ont continué à s'améliorer.
Le rôle de premier plan de la science britannique dans la résolution des problèmes de navigation l'a non seulement aidée à gagner et à maintenir le statut de «souverain des mers» (la première marche nationaliste «Règle la Grande-Bretagne, par les mers» était compliquée en 1740-1745), mais aussi à établir Greenwich comme le premier méridien, dans le premier un tour d'almanachs nautiques de qualité par Maskelein et ses adeptes. La Conférence internationale des méridiens de 1884 à Washington a adopté le méridien de Greenwich comme zéro, ce qui a marqué le début de la création du système de temps standard universel. Avant cette date, le décalage de l'heure locale des différents pays et même des villes était tel qu'il créait de sérieux problèmes, par exemple pour les horaires des chemins de fer. Le dernier pays qui est passé aux coordonnées selon Greenwich était la France (1911), et l'unification du comptage du temps n'est pas terminée à ce jour,ce qui est bien connu du peuple russe du fait de la politique changeante de l'heure d'été.
Les chronomètres britanniques étaient également considérés comme la norme de qualité parmi les marins de tous les pays au moins jusqu'au milieu du 19e siècle. Mais si le comptage des longitudes par le chronomètre était plus rapide et plus précis que le comptage par les «distances lunaires», les almanachs nautiques ont conservé leurs positions tout au long du 19e siècle. Les chronomètres étaient loin d'être présents sur tous les navires au milieu du 19e siècle en raison de leur coût élevé. De plus, les marins ont très vite compris qu'il aurait dû y avoir au moins trois chronomètres sur le navire pour que les erreurs dans leurs lectures puissent être détectées et éliminées. Si deux des trois chronomètres affichent la même heure, il est clair que le troisième est faux et à quel point il se trompe (c'est le premier exemple connu de triple redondance modulaire). Mais même dans ce cas, les lectures du chronomètre ont été vérifiées par rapport aux données astronomiques. «… Le vénérable Stépan Ilitch termine à la hâte son troisième verre,termine la deuxième cigarette épaisse et monte à l'étage avec un sextant pour prendre les hauteurs du soleil pour déterminer la longitude du lieu - c'est ainsi que K. Stanyukovich décrivait le travail d'un navigateur naval au début des années 1860, malgré le fait que le navire était équipé de plusieurs chronomètres.
Au début du 20e siècle, les chronomètres atteignaient une précision de 0,1 seconde par jour, grâce aux découvertes en métallurgie et en science des matériaux. En 1896, Charles Guillaume a créé des alliages fer-nickel, avec des coefficients minimaux de dilatation thermique (invar) et de thermoélasticité (élinvar), qui ont été appariés pour se compenser par paires. C'est ainsi qu'apparaît un matériau de haute qualité pour le ressort et le balancier (en 1920, Guillaume reçoit le prix Nobel de physique pour ces travaux). Les analogues modernes d'Invar et d'Elinvar comprennent également le béryllium.
Avec l'invention de la radio, les stations de radio terrestres ont commencé à transmettre leurs coordonnées. Au début de la Première Guerre mondiale, le besoin d'une méthode de distance lunaire a disparu et le chronométrage est devenu une méthode de contrôle supplémentaire. Dans le même temps, un nouvel oscillateur harmonique de meilleure qualité a été trouvé qu'un pendule ou un équilibreur à ressort. En 1880, Pierre et Jacques Curie découvrent les propriétés piézoélectriques du quartz et en 1921, Walter Cady met au point le premier résonateur à quartz. C'est ainsi qu'est apparue le fondement technologique de la création de montres à quartz, initialement utilisées comme sources de signaux horaires précis, et depuis les années 1960 sont devenues des instruments de masse. Les chronomètres de marine ont commencé à être supplantés par les montres électroniques.
Avec le début de l'ère spatiale, la navigation est passée à l'étape suivante. Il est intéressant de noter que le schéma de base de la navigation par satellite n'est fondamentalement pas différent de la proposition de Whiston de placer des navires stationnaires en mer, en fonction des signaux dont les navigateurs détermineront leurs coordonnées - ce sont des satellites qui diffusent leurs coordonnées et leur temps universel aux récepteurs de signaux sur Terre. Les technologies du XXe siècle ont permis de mettre en œuvre les plans du XVIIIe siècle à un nouveau niveau. De 1972 à 1990, une constellation orbitale de satellites de navigation GPS a été créée, qui en 1992 a été ouverte à un usage civil. Depuis 2011, le GLONASS russo-soviétique a atteint sa capacité de conception et deux autres systèmes sont en préparation pour le lancement, le système européen (Galileo) et le système chinois (Beidou). La précision ultime de ces systèmes est mesurée en mètres. Les satellites sont également utilisés dans plusieurs systèmes géodésiques modernes, dont le plus grand, le DORIS français, a une précision centimétrique. Les smartphones des années 2010 ont commencé à inclure de simples systèmes de navigation liés à des satellites d'une précision de 8 à 32 mètres et une fonction de synchronisation automatique de l'heure utilisant des signaux d'opérateurs cellulaires et des ressources Internet de «temps atomique».
Néanmoins, le calcul des coordonnées «le long de la Lune» seulement au XXe siècle a commencé à être exclu des programmes de formation des marins, et les almanachs nautiques sont toujours en cours de publication. C'est un filet de sécurité très approprié. Si un électricien tombe en panne sur un navire, le marin ne doit pas perdre ses aides à la navigation. Mais même ne sachant pas comment manier le sextant et l'almanach, le marin (et toute personne ayant fini de lire cet article) pourra déterminer ses coordonnées avec une précision d'une fraction de degré, à l'aide d'une montre-bracelet et d'une ombre provenant de n'importe quel objet vertical. Les progrès technologiques des derniers siècles ont permis de porter à la main, sinon un chronomètre, alors une ressemblance assez proche avec celle-ci.
Auteur: Yuri Ammosov