Articles

MacTutor

raná historie problému zeměpisné délky je popsána v našem článku Longitude a Académie Royale. Tento článek pojednává o útoku na problém zeměpisné délky v Anglii, který začal kolem poloviny 17. století.
skupiny vědců se začaly scházet v Londýně a Oxfordu od roku 1645 a určitě problém délky byl jedním z hlavních problémů, o kterých diskutovali. Báseň napsaná v roce 1661 popisovala práci na Gresham College (viz ):-

Colledge bude celý svět měří,
Které většinou nemožné uzavřít,
A Navigátory aby se potěšení
zjištění délky.
každá plachta pak s lehkostí
řekne jakékoli lodě k Antipodům.

V roce 1662 skupiny z Gresham College, který zahrnoval John Wilkins, John Wallis a Robert Hooke, a jiné skupiny vědců, se stala Royal Society of London pro Podporu Přirozené Poznání. A další člen skupiny Gresham College, Christopher Wren, napsal preambuli Charty Královské společnosti. Jedním z uvedených cílů nově založené Královské společnosti bylo nalezení zeměpisné délky.
Jonas Moore, učitel matematiky a zeměměřič, který byl výrazně ve prospěch Karla II, se stal patronem John Flamsteed v roce 1670 poté, on se setkal s Flamsteed během návštěvy Flamsteed vyrobené do Královské Společnosti v Londýně. Jonas Moore byl schopen poskytnout Flamsteedovi nástroje k provádění astronomických pozorování. O tři roky později Moore spolu se slavným spisovatelem deníku Samuelem Pepysem založili královskou matematickou školu v Kristově nemocnici. Tato škola byla zřízena se specifickým cílem výcviku chlapců v navigačních technikách, aby mohli sloužit králi na moři.
byly předloženy návrhy na vyřešení problému zeměpisné délky a v roce 1673 byl jeden založený na magnetické deklinaci navržen určitým Henrym Bondem, viz . Charles II zřídit výbor pro posouzení návrhu výboru zařadila mezi své členy Brouncker, Předseda Royal Society, John Pell a Robert Hooke.
Hooke se dlouho zajímal o hodiny a o to, zda by mohly být použity k vyřešení problému zeměpisné délky. Po vyšetřování obtíží došel k závěru, že získání hodin denně, aby byl dostatečně přesný čas na moři k vyřešení problému délky bylo prakticky nemožné:-

Potíže byly navrženy od změny podnebí, afektované chování, ohřívá a nachlazení, teplota pramenů, povaha vibrací, nošení materiálů, pohybem lodi …

Nicméně Hooke přednášel v roce 1664 na 20 různých způsobů, jak využít na jaře, aby se rovnováha hodiny více uniformu a řekl, že má pár triků v rukávu, které by mu mohl poskytnout dostatečně přesné hodiny. Hooke, proto, stejně jako téměř všichni vědci té doby, byl zaujatým soudcem řešení délky, protože doufal, že problém vyřeší sám.

Jonas Moore, i když chce vidět řešení problému délky, zdá se, že viděl svou roli tak, že umožňuje ostatním, aby ji vyřešili spíše než on sám. Přesvědčil Karla II., aby vydal rozkaz, aby Cambridge mohl v roce 1674 udělit Flamsteedovi m.a. Ten stejný rok Královské Společnosti začaly v plánu zřídit observatoř, která Moore nabídl financování, ale další návrh přišel od Francouze Le Sieur de St Pierre tvrdí, že vyřešil problém délky pomocí astronomických údajů. Charles II zřídil Královskou komisi, aby prozkoumala tyto nové návrhy od St Pierre skládající se z Brouncker, Pell, Hooke spolu s Wrenem a třemi dalšími.
V únoru 1675 Flamsteed přijel do Londýna, aby zůstali s Moore and Moore zařídil, že Flamsteed být jmenován asistent Královské Komise, které mají zkoumat St-Pierre délky návrhy. Flamsteed rychle z pozorování, která naznačují, že St. Pierre je metoda předpovídání polohy měsíce, lunární vzdálenosti metoda řešení problému délky, bylo málo. Samozřejmě, pokud přesně polohu měsíce dalo předvídat, pak délky problém byl vyřešen a anglické začal brát jako svůj hlavní útok na délky problém, na rozdíl od francouzů, kteří pracovali převážně na měsíce Jupitera metoda.
Moore také zařídil, aby Flamsteed navštívil krále a řekl mu o práci Jeana Picarda v Pařížské observatoři a francouzském útoku na problém zeměpisné délky. Flamsteed, hrající kartu „národní hrdosti“, zdůraznil králi, jak Francouzi měli pro tuto práci královskou observatoř a král se rychle přesunul, aby Anglie mohla odpovídat Francii. Dne 4. března 1675 jmenoval Flamsteed svým astronomickým pozorovatelem královským rozkazem. Ze svého platu 100 liber musel zaplatit 10 liber daně a také poskytnout všechny své vlastní nástroje, aby mohl: –

… aplikujte se s nejpřesnější péčí a pečlivostí na nápravu tabulek pohybů nebes, a místa pevných hvězd, tak, aby našel tolik požadovanou délku míst pro zdokonalování umění navigace.

Flamsteed byl informován o jeho jmenování Moore, ale byl daleko od nadšená plat navrhl, zejména, když zjistil, že on musel dávat lekce, aby se dva kluci na Královské Matematické Školy v Krista Nemocnice, jako součást jeho povinností. Do dvou dnů od Flamsteedova jmenování, Greenwich byl přijat jako místo pro novou observatoř, web byl vybrán Wrenem. Budova Královská observatoř v Greenwichi začala v roce 1675 navrhl Wren a režíroval Hooke. Flamsteed a Halley radil o požadavcích na Nástroje a pozorování začala v roce 1676.
jedním z prvních projektů Flamsteed na Královské observatoři bylo pokusit se dokázat, že země se otáčí na své ose konstantní rychlostí. To předpokládal Copernicus, když poprvé předložil svou teorii sluneční soustavy, ale nikdy to nebylo prokázáno. To bylo také důležitou složkou ve všech navrhovaných metod určování délky, který dělal předpoklad, že Země otáčí pevnou částku v každé minutě.

Moore koupil dva hodiny pro Flamsteed s kyvadly 4 m dlouhé, které byly zavěšeny nad číselníky hodin. Slunce nemohlo být použito jako časoměřič, protože skutečnost, že oběžná dráha Země není kruhová, znamená, že sluneční hodiny by byly před přesným časem hodin po část roku a za ním jindy. Tato variace mezi časem hodin a časem slunečních hodin je známá jako rovnice času nebo rovnice přirozených dnů a byla známa Řekům a Arabům o mnoho století dříve (i když samozřejmě důvod variace nebyl pochopen).
Obrázek observatoře si můžete prohlédnout na tomto odkazu. Vlevo jsou dva číselníky s kyvadlovými boby viditelnými nad číselníky.
Flamsteed používají hvězdy Sirius jako časoměřič oprava hvězdný čas získaný z po sobě jdoucích průjezdů hvězda do sluneční čas, rozdíl je samozřejmě v důsledku otáčení Země kolem Slunce. Flamsteed napsal v dopise v roce 1677: –

… naše hodiny udržovaly tak dobrou korespondenci s nebesy, že o tom pochybuji, ale dokázaly by, že revoluce Země jsou izochronické…

On vyžadoval roku dokončit experiment, ale to by bylo možné, pouze pokud Ordnance, kdo platil jeho plat:-

… vyhladovět mě, protože můj příspěvek je malý a teď jsou tři čtvrtiny mého dluhu. Obávám se, že musím přijet do země hledat nějakou chudou faru a pak se rozloučit s jedním experimentem.

Flamsteed však nehladověl a do března 1678 prokázal izochronní rotaci Země. Jedna část problému zeměpisné délky byla tedy vyřešena, i když nikdo nepochyboval o tom, že se Země otáčí konstantní rychlostí. (Samozřejmě teď víme, že s přesnější měření můžeme zjistit, že na Zemi je rychlost rotace nemění a přestupné sekundy jsou přidány na různé příležitosti k nápravě za to.)
Královská Observatoř Greenwich měl poskytovat velké množství dat a Flamsteed strávil 15 let 1689 až 1704 sestavování tabulek měsíce pro lunární vzdálenosti metoda nalezení délky. Newton také požadoval údaje o měsíci, aby mohl zdokonalit své chápání oběžné dráhy z hlediska své nové teorie gravitace.
mezi lety 1690 a 1707 došlo k řadě incidentů, při nichž byly anglické námořní lodě ztraceny na moři, protože ztratily své pozice. Při nejvážnějším incidentu v roce 1707 bylo více než 2000 mužů ztraceno, když čtyři lodě najely na Scilly ostrovy při návratu do Anglie. Stále větší tlak se zvyšoval na řešení problému zeměpisné délky, protože pokračující selhání při jeho řešení stálo Anglii obrovské částky peněz. Všichni věřili, že matematici a astronomové poskytnou řešení, ale není tomu tak. Nicméně jak důmyslné seriózní návrhy, tak komické i nadále přicházely.

Jeden komický návrh, založený na správném pochopení, že znalost univerzálního času by umožnila vypočítat délku, je popsán v: –

zahrnovalo použití … „prášek soucitu“. … prášek soucitu byl aplikován, ne na ránu, ale na zbraň, která ji způsobila. … před vyplutím by měla být každá loď vybavena zraněným psem. Spolehlivý pozorovatel na břehu, vybavený standardními hodinami a obvazem z rány psa … každou hodinu, na tečku, ponořte obvaz do roztoku prášku soucitu a pes na lodi by křičel hodinu.

vážnější návrh přišel od William Whiston a Humphrey Ditton v roce 1714. Navrhli, viz: –

… řada světelných lodí je v pravidelných intervalech kotvena v hlavních lodních drahách… Na lightships by oheň v pravidelných intervalech hvězda shell načasováno tak, aby explodovat na 6440 nohy. Námořní kapitáni mohli snadno vypočítat svou vzdálenost od nejbližší světelné lodi pouze načasováním intervalu mezi bleskem a zprávou.

Parlamentu zřízen Výbor, jehož členy byli Newton a Halley zkoumat Whiston – Ditton návrhy a zprávy obecně na problém délky. Newton oznámil výboru, že většina návrhů délky byla teoreticky správná, ale v praxi klesla. Newton neupřednostňoval francouzskou metodu použití Jupiterových měsíců a poznamenal, že metoda Whiston-Ditton neumožňovala nalezení zeměpisné délky na moři, pokud by byla ztracena. Newton považoval hodiny metoda, která byla nakonec uspět:-

Jedna je, hodinky, aby čas přesně: ale z důvodu pohybu lodi, změna v teplo a chlad, mokré a suché, a rozdíl v gravitaci v různých zeměpisných šířkách, tyto hodinky ještě nebyly vyrobeny.

Parlament se domníval, že nastal čas k radikálnímu kroku a 16. června 1714 schválil zákon: –

… za poskytnutí veřejné odměny pro takovou osobu nebo osoby, které zjistí délku… na částku deset tisíc liber, pokud to určuje řekl délky na jeden stupeň velkého kruhu, nebo šedesát zeměpisných mil, na patnáct tisíc liber, pokud to určuje stejné dvě třetiny vzdálenosti, a až dvacet tisíc liber, pokud to určuje stejné poloviny stejné vzdálenosti…

pochopit hodnotu této ceny jeden má jen si uvědomit, chudé Flamsteed je roční plat 100 liber, aby i obývací a koupit jeho nástrojů. Komisaři byli jmenováni, známý jako Board of Longitude, posoudit, zda návrhy splnily podmínky, a poskytnout hotovostní zálohy na slibné návrhy. Komisaři zahrnuty členy Admirality, Astronom Královský, Savilian, Lucasian, a Plumian profesor matematiky v Oxfordu a Cambridge a deset členů Parlamentu.
samozřejmě tam byla záplava nadějných návrhů předložených, jeden z Wren byl mezi nimi. Komise zaměstnán tajemník se vypořádat s velkým počtem nemožné návrhy a setkal třikrát ročně, aby zvážila ty, které ministr myslel, že by mohl být stojí za to Komise studuje dále. Bylo uděleno mnoho malých ocenění, ale nepřišel žádný návrh skutečných zásluh.

před popisem příspěvku Johna Harrisona k problému délky a jeho konečného řešení problému je třeba zmínit ještě jednu důležitou složku. John Hadley, který byl viceprezidentem Královské společnosti, popsal ve sdělení společnosti v květnu 1731 dva nové nástroje, které byly založeny na principu dvojité reflexe. Tyto nástroje jsou povoleny, viz: –

… obě těla (pro měsíční vzdálenosti) nebo tělo a horizont (pro nadmořské výšky), které pozorovatel vidí současně, takže pozorování v pohybující se lodi je proveditelné.

Ve skutečnosti Thomas Godfrey v Pensylvánii dělal stejný vynález téměř přesně ve stejnou dobu jako Hadley, a to bylo později objevil Halley v novinách, že Newton měl podobný nápad v roce 1700, ale Halley mu řekl, že to nebylo praktické.
John Harrison postavil své první hodiny v roce 1715, rok po přijetí zákona o zeměpisné délce. Do roku 1727 vyrobil velmi jemné hodiny s kyvadlem „roštu“, které se skládalo z devíti střídavých ocelových a mosazných tyčí, aby se eliminovaly účinky teplotních změn. V roce 1730 navštívil Harrison Londýn a vzal si s sebou své kyvadlo roštu a únik kobylky, který vyvinul, a tam se přesně dozvěděl, co je zapotřebí k získání ceny zeměpisné délky. Mluvil s Halley, Královský Astronom, který mu radil, hledat finance z Rady Délky, ale spíše první usilovat o peníze z jiných zdrojů.
Tento Harrison udělal a dostal peníze, aby mu umožnil vyrobit své první hodiny, speciálně navržené tak, aby udržovaly přesný čas na moři. Halley mu poradil, aby přistoupil k desce poté, co byly postaveny jeho hodiny. Harrison dokončil hodiny, nyní nazývané H1, v roce 1735. Byly to velké hodiny o hmotnosti asi 35 kg, které vypadaly daleko od krásných, ale s mnoha důmyslnými funkcemi. Vzal ho do Londýna, kde bylo zkoumáno pět členů Královské Společnosti, včetně Halley, a oni byli nadšeni hodiny a dal Harrison certifikát, který v podstatě znamenal, že správní Délky měl trochu možnost, než objednat moře soud.
Obrázek H1 je na tomto odkazu.
Harrison doprovázel H1 na palubě H M S Centurian do Lisabonu a vrátil se na H M S Oxford. Byla to zvláštní volba trasy, protože to bylo do značné míry sever/jih, ale H1 se choval dobře a Harrison byl schopen říct kapitánovi, že na zpáteční cestě, že loď byla 150 km dále na západ, že kapitán věřil.
Harrison však nebyl s H1 spokojen a v roce 1737 přistoupil k desce zeměpisné délky. Zápis z Představenstva záznam:-

Pan John Harrison produkoval nový vynalezl stroj, v přírodě strojek, přičemž navrhuje, aby čas na moři s větší přesností, než jakékoli jiné nástroje, metody doposud známé… a navrhuje do dvou let vyrobit další stroj menších rozměrů, čímž se bude snažit napravit některé závady, které v tom připraveném našel…

H2 byl postaven s 250 liber z desky délky (s příslibem dalších 250 liber, když byl dodán k testování), ale navzdory záměru se ukázalo, že je těžší než H1. Mělo však řadu dalších inovativních funkcí. Harrison dokončil H2 v roce 1739, jak slíbil, ale strávil dva roky testováním sám. Námořní zkoušky byly obtížné, protože Anglie byla ve válce s Francií: Sedmiletá válka jistě narušila vědecký pokrok.
Harrison se rozhodl postavit třetí hodiny, H3, a napsal do Rady délky v roce 1741. Dostal dalších 500 liber. Jasně Královské Společnosti byli ohromeni s Harrisonem práce, protože jsou mu přiznána jejich Copley Medaile v roce 1749, pozoruhodné události s ohledem na skutečnost, že Harrison neměl žádné vzdělání nebo odborné přípravy. Královská společnost prohlásila Harrisona za: –

… autor nejdůležitějšího vědeckého objevu nebo příspěvku k vědě experimentem nebo jinak…

Práce na H3 nešel, stejně jako Harrison doufali, a obdržel řadu dalších záloh z Rady Délky, než on nakonec rozhodl v roce 1757 není test H3 ale postavit mnohem menší hodiny.
H4 byla zahájena v roce 1757 a dokončena za dva roky.
Obrázek H4 je na tomto odkazu.
měl průměr asi 12 cm a sám Harrison měl naprostou pravdu, když řekl:-

myslím, že může směle říci, že neexistuje žádné jiné mechanické nebo matematické věc na Světě, že je krásnější, nebo zvědavý textury než to moje hodinky nebo time-keeper pro délky …

v roce 1761 Harrison požádal o pokus na moři pro H4. Od roku 1741 obdržel od Rady délky £ 3000, aby mu pomohl dokončit jeho práci, a nyní mu dali dalších £ 500 na dokončení úpravy H4.
i když až do této fáze Harrison byli léčeni velmi dobře Radou Délky byl nyní najít je téměř nemožné přesvědčit je, že H4 splněny podmínky pro udělení £20000 cenu. Proces byl organizován a H4 byl kladen na Deptford se synem Johna Harrisona, William Harrison, starat se o to. Podmínky ceny byly zcela splněny, když Deptford dosáhl Jamajky, H4 ztratil pouze 5 sekund na celé cestě. Při návratu, který nebyl součástí soudu, byli H4 s Williamem Harrisonem na šalupě Merlin. Počasí bylo velmi špatné a Merlin byl zmítané celou cestu H4 zatím stále provádí v rámci podmínek stanovených pro £20000 cenu.
Královská společnost a Rada zeměpisné délky nebyly ochotny dát Harrisonovi 20000 liber, které si zasloužil za splnění podmínek. Bylo pro to několik důvodů. V první řadě byly podmínky nastaveny, když byla malá vyhlídka, že budou splněny, takže nebyly pečlivě promyšleny. Nyní se tvrdilo, že to mohla být náhoda, což znamenalo, že H4 splnila podmínky. Možná ještě významněji existovalo mnoho členů královské společnosti, kteří stále doufali, že cenu získají sami.

James Bradley, který v roce 1742 vystřídal Halleyho jako astronoma Royal, a Tobias Mayer byli přesvědčeni, že metoda měsíční vzdálenosti povede k řešení problému zeměpisné délky. Mayer poslal své lunární tabulky do Rady délky v roce 1756, ale Sedmiletá válka s Francií zabránila řádným zkouškám. V roce 1761 Maskelyne, další silný věřící v lunární vzdálenost metodu, byl poslán do St Helena na Prince Henry otestovat lunární vzdálenosti metoda pro radu Délky, a zejména test Mayer tabulky. V Howse popisuje Maskelyne práce na lunární vzdálenosti metodou na této cestě:-

on cítil, že On se ukázala užitečnost Mayer tabulky a metody obecně na vnější cestu. Domů se proto vydal sám… To, co udělal, ačkoli, bylo povzbudit důstojníky lodi, aby vzali taková pozorování a ukázali jim, jak provádět pracné výpočty…

Maskelyne tvrdil:-

Délka může být vždy nalézt v míru, nebo jen velmi málo více, což odpovídá asi 40 zeměpisných mil v šíři Kanálu la manche.

Bradley tvrdil, že on a Tobias Mayer by sdíleli £10000 délky cenu, ale pro Harrison odstřelil hodinky. Nejen Harrison se cítil těžce.
James Bradley a Mayer oba zemřeli v roce 1762, ale Mayerova vdova později obdržela £ 3000 od Rady zeměpisné délky. To zůstalo pro Harrison pokračovat v jeho boji, ale on se začal bát, že Mayer je zpráva o jeho úspěchu s Mayer tabulek by mohlo být vnímáno jako hodné ocenění, protože jeho vlastní úspěch byl ignorován. Druhý pokus o H4 byl uspořádán a H M S Tartar vyplul z Portsmouthu dne 28. března 1764 s Williamem Harrisonem a H4 na palubě. Po příjezdu na Barbados William Harrison zjistil, že Maskelyne byla poslána dopředu, aby posoudila úspěch procesu.
William Harrison si stěžoval, že Maskelyne není nestranný soudce a Maskelyne měl dobrou milost požádat, aby nezbytná pozorování učinil někdo jiný, protože byl nemocný. H4 ztratil za 5 měsíců cesty pouze 54 sekund a po opravě chyb, kterou Harrison stanovil před cestou, byla chyba snížena na 15 sekund.
vědecký případ, kdy H4 získala cenu 20000 liber, byl nesporný. Kopii H4 vyroben Kendall, tzv. K1, bylo také zjištěno, že přijde tak v rámci podmínek cenu a John Harrison, ve věku 78, udělal další hodiny H5 v jeho pokusy splňují další podmínky stanovené Radou Délky. Nicméně to trvalo petici Johna Harrisona na Krále Jiřího III, než obdržel jeho cenu za řešení problému zeměpisné délky.
Obrázek K1 je na tomto odkazu.
V rozvoji námořní chronometr po Harrison je popsáno:-

To bylo ponecháno na mladší kolegy, aby návrh chronometry … dostatečně levné, aby byly v dosahu běžných navigátorů. … Britská Východoindická společnost brzy trvala na tom, aby všechny jejich lodě nosily chronometry. Královské námořnictvo bylo poněkud pomalejší v následujícím obleku: to bylo 1840 nebo později, než lodě nesly chronometry v domácích vodách… roční zkoušky chronometrů se konaly v Greenwichi od roku 1821, přičemž byly předloženy ceny za nejlepší chronometry.