Хронограф Харрисона: как научились определять долготу
Определение широты особой проблемы не представляло — она легко вычисляется с помощью измерения угла возвышения Полярной звезды над горизонтом. А вот долгота оставалась крепким орешком. Ошибка приводила к потере кораблей, людей и товаров. Ведущие морские державы — Испания и Португалия, Голландия, Франция и Великобритания — учредили за решение проблемы серьезные премии. Со временем появились несколько астрономических методов — Вернера (метод лунных расстояний, 1514 год), Галилея (по положению спутников Юпитера, 1612), — но для их реализации требовались сложные астрономические инструменты и вычисления. Более простой способ (его приписывают Гемме Фризиусу) — сравнение локального времени с точным в референсной точке (порту) — требовал очень точных часов.
В 1714 году британский парламент учредил специальную премию за разработку метода определения долготы. Сумма была по тем временам фантастической — £10 000 при погрешности в 60 морских миль, £15 000 (40 миль) и £20 000 (30 миль). Для того чтобы определять долготу с такой точностью во время плавания в Вест-Индию, требовались часы со среднесуточным уходом не более 3 секунд (это при том, что часы в то время считались особо точными, если имели минутную стрелку). В 1728 году в соревнование вступил плотник и часовщик-самоучка Джон Харрисон. Пару лет он изучал корабельную качку и к 1735 году закончил часы H1. Огромные и тяжелые (почти 40 кг) маятниковые часы со среднесуточным уходом в 8 секунд показали погрешность в 150 миль по долготе после плавания из Лондона в Лиссабон и обратно. Аналогичные результаты показала в 1741 году модель H2. В 1749 году увидела свет модель H3, где Харрисон применил биметаллическую пластину в маятнике для температурной компенсации и карданов подвес для компенсации качки. Эти часы были более точными на море, чем любые другие на суше: среднесуточный уход составлял менее 2 секунд, и после 45 дней плавания точность определения долготы составила всего 10 миль. Однако парламент к тому времени изменил условия конкурса — теперь требовалась не только точность, но и компактность!
Харрисон не опустил рук и в 1760 году представил новую модель, H4, — уже не маятниковую, а с балансом. Часы имели диаметр 12 см и были проверены во время двух плаваний в Вест-Индию — в 1761 и 1764 годах, уход при этом составил 5 секунд за три месяца путешествия. Но и после этого парламент не торопился с выплатой денег. Дело в том, что в 1757 году британский морской офицер Джон Кэмпбелл разработал конструкцию секстанта — инструмента для измерения угловых расстояний между небесными телами. Парламент надеялся, что с помощью таблиц Королевской обсерватории и метода Вернера долготу можно будет вычислить «бесплатно» (Кэмпбелл состоял на королевской военной службе, и премия ему не полагалась). Но часы Харрисона оказались удобнее, и в конце концов в марте 1776 года — к 83-му дню рождения — ему выплатили заслуженную премию.