wczesna historia problemu długości geograficznej jest omówiona w naszym artykule Długość geograficzna i Académie Royale. Niniejszy artykuł omawia atak na problem długości geograficznej w Anglii, który rozpoczął się około połowy XVII wieku.
grupy naukowców zaczęły spotykać się w Londynie i Oksfordzie od 1645 roku i z pewnością problem długości geograficznej był jednym z głównych problemów, które omawiali. Wiersz napisany w 1661 r. opisywał pracę, która toczy się w Gresham College (zobacz ):-

Koledż zmierzy cały świat,
co najbardziej niemożliwe,
i nawigatorzy sprawią przyjemność
poznając długość geograficzną.
każdy Tarpalling będzie wtedy z łatwością
mówił o statkach do TH ’ Antipodes.

w 1662 roku grupa Z Gresham College, w skład której wchodzili John Wilkins, John Wallis i Robert Hooke oraz inne grupy naukowców, stała się Royal Society of London for the Promotion of Natural Knowledge. Royal Society zostało przyznane przez Karola II, a inny członek Gresham College group, Christopher Wren, napisał preambułę do karty Royal Society. Jednym z celów nowo powstałego Royal Society było znalezienie długości geograficznej.
Jonas Moore, nauczyciel matematyki i geodeta, który był bardzo przychylny Karolowi II, stał się patronem Johna Flamsteeda w 1670 po tym, jak poznał Flamsteeda podczas wizyty Flamsteeda w Royal Society w Londynie. Jonas Moore był w stanie dostarczyć Flamsteedowi instrumenty do prowadzenia obserwacji astronomicznych. Trzy lata później Moore wraz ze słynnym dziennikarzem Samuelem Pepysem założył Królewską szkołę matematyczną w Christ ’ s Hospital. Szkoła ta została założona w celu szkolenia chłopców w technikach nawigacyjnych, aby mogli służyć królowi na morzu.
pojawiały się propozycje rozwiązania problemu długości geograficznej, a w 1673 roku jedną opartą na deklinacji magnetycznej zaproponował niejaki Henry Bond, see . Karol II powołał komisję do zbadania propozycji, w skład której weszli m.in. Brouncker, prezes Royal Society, John Pell i Robert Hooke.
Hooke od dawna interesował się zegarami i czy można je wykorzystać do rozwiązania problemu długości geograficznej. Po zbadaniu trudności doszedł do wniosku, że uzyskanie Zegara, aby utrzymać wystarczająco dokładny czas na morzu, aby rozwiązać problem długości geograficznej było praktycznie niemożliwe: –

trudności zaproponowano ze zmianą klimatu, powietrza, ciepła i przeziębienia, temperatury sprężyn, natury wibracji, zużycia materiałów, ruchu statku …

mimo to Hooke wykładał w 1664 roku na 20 różnych sposobów użycia sprężyny, aby zrównoważyć równowagę zegara i powiedział, że ma kilka sztuczek w rękawie, które mogą mu pozwolić na uzyskanie wystarczająco dokładnego zegara. Hooke, podobnie jak prawie wszyscy naukowcy tamtych czasów, był stronniczym sędzią w rozwiązywaniu problemów, ponieważ miał nadzieję rozwiązać ten problem samodzielnie.

Jonas Moore, choć chętnie widzi rozwiązanie problemu długości geograficznej, wydaje się, że widział swoją rolę jako umożliwiającą innym jego rozwiązanie, a nie sobie. Namówił Karola II do wydania nakazu, aby Cambridge mógł przyznać Flamsteedowi tytuł magistra w 1674 roku. W tym samym roku Royal Society zaczęło planować utworzenie obserwatorium, które Moore zaproponował sfinansować, ale inna propozycja pochodziła od Francuza Le Sieur de St Pierre, twierdzącego, że rozwiązał problem długości geograficznej za pomocą danych astronomicznych. Karol II powołał Komisję Królewską, która miała zbadać te nowe propozycje od St Pierre ’ a, w skład której weszli Brouncker, Pell, Hooke wraz z Wrenem i trzema innymi.
w lutym 1675 Flamsteed przybył do Londynu, aby zatrzymać się u Moore 'a i Moore zaaranżował, że Flamsteed zostanie mianowany asystentem Królewskiej komisji powołanej do zbadania propozycji St Pierre’ a. Flamsteed szybko poczynił obserwacje, które wskazywały, że metoda St Pierre ’ a przewidywania położenia księżyca, metoda odległości księżycowej rozwiązywania problemu długości geograficznej, była mało przydatna. Oczywiście, jeśli można przewidzieć dokładną pozycję Księżyca, problem długości geograficznej został rozwiązany i Anglicy zaczęli traktować to jako główny atak na problem długości geograficznej w przeciwieństwie do Francuzów, którzy pracowali głównie nad księżycami Jowisza.
Moore zaaranżował również, aby Flamsteed odwiedził króla i opowiedział mu o pracy Jeana Picarda w Obserwatorium paryskim oraz o francuskim ataku na problem długości geograficznej. Flamsteed, grając kartą „dumy narodowej”, podkreślił królowi, że Francuzi mają Królewskie Obserwatorium do tej pracy i Król szybko ruszył, aby Anglia mogła dorównać Francji. 4 marca 1675 r. mianował Flamsteeda swoim obserwatorem astronomicznym. Z pensji w wysokości 100 funtów musiał zapłacić 10 funtów podatków, a także dostarczyć wszystkie własne instrumenty, aby mógł: –

… zastosuj się z najdokładniejszą starannością i pilnością do prostowania tablic ruchów niebios i miejsc stałych gwiazd, tak aby znaleźć tak pożądaną długość geograficzną miejsc do doskonalenia sztuki nawigacji.

Flamsteed został poinformowany o swojej nominacji przez Moore ’ a, ale nie był podekscytowany proponowaną pensją, szczególnie gdy dowiedział się, że musi udzielać lekcji dwóm chłopcom w Królewskiej Szkole Matematycznej Przy Szpitalu Chrystusa w ramach swoich obowiązków. W ciągu dwóch dni od powołania Flamsteeda, Greenwich zostało zaakceptowane jako miejsce dla nowego obserwatorium, które zostało wybrane przez Wrena. Budowa Royal Observatory w Greenwich rozpoczęła się w 1675 roku, zaprojektowana przez Wrena i kierowana przez Hooke ’ a. Flamsteed i Halley doradzali w sprawie wymagań dla instrumentów i obserwacja rozpoczęła się w 1676 roku.

jednym z pierwszych projektów Flamsteeda w Królewskim Obserwatorium była próba udowodnienia, że Ziemia obraca się na swojej osi ze stałym tempem. Kopernik założył to, gdy po raz pierwszy przedstawił swoją teorię układu słonecznego, ale nigdy nie zostało to udowodnione. Był on również istotnym składnikiem wszystkich proponowanych metod wyznaczania długości geograficznej, który zakładał, że Ziemia obraca się o ustaloną ilość w każdej minucie.
Moore zakupił dwa zegary dla Flamsteeda z wahadłami o długości 4 m, które zawieszono nad tarczami zegarów. Słońce nie może być używany jako strażnika czasu, ponieważ fakt, że orbita Ziemi nie jest kołowy oznacza, że czas zegara słonecznego będzie przed dokładnym czasem zegara przez część roku i za nim w innych czasach. Ta zmienność między czasem zegara i zegara słonecznego jest znana jako równanie czasu lub równanie dni naturalnych i była znana Grekom i Arabom wiele wieków wcześniej (chociaż oczywiście przyczyna tej zmienności nie była wtedy zrozumiana).
pod tym linkiem można zobaczyć zdjęcie Obserwatorium. Po lewej stronie znajdują się dwie tarcze z widocznymi nad nimi wahadłowymi kulkami.
Flamsteed użył gwiazdy Syriusz jako czasomierza korygującego czas siderealny uzyskany z kolejnych tranzytów gwiazdy w czasie słonecznym, różnica oczywiście wynikała z obrotu Ziemi wokół Słońca. Flamsteed napisał w liście w 1677 roku: –

… nasze zegary utrzymywały tak dobrą korespondencję z niebiosami, że nie wątpię w to, ale dowiodłyby, że rewolucje na Ziemi są izochroniczne…

wymagał roku na ukończenie eksperymentu, ale byłoby to możliwe tylko wtedy, gdy Ordnance, który zapłacił jego pensję:-

… nie głodź mnie, bo moje kieszonkowe, wiesz, jest małe, a teraz są 3/4 mojego długu. Obawiam się, że muszę przyjechać do kraju, by szukać jakiejś biednej plebanii, a potem pożegnać się z jednym eksperymentem.

jednak Flamsteed nie głodował i do marca 1678 udowodnił obrót izochronowy Ziemi. Jedna część problemu długości geograficznej została w ten sposób rozwiązana, chociaż nikt tak naprawdę nie wątpił, że Ziemia obraca się w stałym tempie. (Oczywiście teraz wiemy, że przy dokładniejszych pomiarach możemy wykryć, że prędkość obrotu Ziemi się zmienia i sekundy przestępne są dodawane przy różnych okazjach, aby to skorygować.)
The Greenwich Royal Observatory has to provide large amounts of data and Flamsteed Speed 15 years from 1689 to 1704 compiling tables of the moon for the lunar distance method of finding the longitude. Newton potrzebował również danych na temat księżyca, aby mógł doskonalić swoje zrozumienie orbity w kategoriach swojej nowej teorii grawitacji.

W latach 1690-1707 doszło do szeregu incydentów, w których okręty Angielskiej marynarki straciły na morzu z powodu utraty pozycji. W najpoważniejszym incydencie w 1707 roku ponad 2000 ludzi zostało utraconych, gdy cztery statki wpadły na mieliznę na wyspach Scilly podczas powrotu do Anglii. Narastała coraz większa presja na rozwiązanie problemu długości geograficznej, ponieważ ciągłe niepowodzenie w jego rozwiązaniu kosztowało Anglię ogromne sumy pieniędzy. Wszyscy wierzyli, że matematycy i astronomowie dostarczą rozwiązania, ale tak nie jest. Jednak zarówno pomysłowe, poważne propozycje, jak i komiczne, nadal pojawiały się.
jedna z komicznych propozycji, oparta na prawidłowym zrozumieniu, że znajomość czasu uniwersalnego pozwoliłaby na obliczenie długości geograficznej, jest opisana w :-

… „proszek współczucia”. … proch współczucia nakładano nie na ranę, ale na broń, która ją zadała. … przed wypłynięciem każdy statek powinien być wyposażony w rannego psa. Niezawodny obserwator na lądzie, wyposażony w standardowy zegar i bandaż z rany psa … co godzinę, w kropce, zanurzaj bandaż w roztworze proszku współczucia, a pies na statku krzyczał godzinę.

poważniejsza propozycja wyszła od Williama Whistona i Humphreya Dittona w 1714 roku. Zaproponowali, patrz: –

… w regularnych odstępach czasu na głównych szlakach żeglugowych zakotwiczone są liczne statki… Lightships wystrzelić w regularnych odstępach czasu pocisk Gwiazdy czas eksplodować na 6440 stóp. Kapitanowie mogli łatwo obliczyć swoją odległość od najbliższego statku świetlnego, tylko przez zmierzenie odstępu między Flashem a raportem.

Parlament powołał komisję, której członkami byli Newton i Halley, aby zbadać propozycje Whiston – Ditton i ogólnie przedstawić problem długości geograficznej. Newton poinformował Komisję, że większość propozycji jest poprawna w teorii, ale w praktyce upadła. Newton nie faworyzował francuskiej metody wykorzystania księżyców Jowisza i zauważył, że metoda Whistona-Dittona nie pozwala na odnalezienie długości geograficznej na morzu, jeśli kiedykolwiek zostanie utracona. Newton rozważył metodę zegara, która miała ostatecznie odnieść sukces: –

jednym z nich jest, przez zegarek, aby dokładnie zachować czas: ale z powodu ruchu statku, zmienności ciepła i zimna, mokrej i suchej oraz różnicy grawitacji na różnych szerokościach geograficznych, taki zegarek nie został jeszcze wykonany.

Parlament uznał, że nadszedł czas na radykalny ruch i 16 czerwca 1714 r.uchwalił ustawę:-

… za udzielenie nagrody publicznej takiej osobie lub osobom, które odkryją długość geograficzną… do sumy dziesięciu tysięcy funtów, jeśli określa wspomnianą długość geograficzną na jeden stopień Wielkiego okręgu lub sześćdziesiąt mil geograficznych, do piętnastu tysięcy funtów, jeśli określa taką samą do dwóch trzecich odległości, i do dwudziestu tysięcy funtów, jeśli określa taką samą do połowy tej samej odległości…

aby zrozumieć wartość tej nagrody, trzeba tylko pamiętać o rocznej pensji biednego Flamsteeda w wysokości 100 funtów, aby zapewnić sobie utrzymanie i kupić jego instrumenty. Wyznaczano komisarzy, zwanych „Board of Longitude”, aby oceniali, czy propozycje spełniają warunki i zapewniali zaliczki pieniężne na obiecujące propozycje. W skład komisji weszli członkowie Admiralicji, astronom Królewski, Savilian, Lucasian i Plumian profesorowie matematyki w Oksfordzie i Cambridge oraz dziesięciu członków Parlamentu.
oczywiście był zalew złożonych wniosków pełnych nadziei, wśród nich jedna z Wrena. Komisja zatrudniła sekretarza, aby zajął się ogromną liczbą niemożliwych do rozwiązania sugestii i spotykała się trzy razy w roku, aby rozważyć te, które zdaniem sekretarza mogłyby być warte dalszej analizy Komisji. Wydano wiele małych nagród, ale nie pojawiła się żadna propozycja prawdziwych zasług.
przed opisaniem wkładu Johna Harrisona w problem długości geograficznej i jego ostatecznego rozwiązania problemu, należy wspomnieć o jeszcze jednym ważnym składniku. John Hadley, który był wiceprezesem Royal Society, opisał w komunikacie do towarzystwa w maju 1731 roku dwa nowe instrumenty, które opierały się na zasadzie podwójnej refleksji. Te instrumenty są dozwolone, patrz: –

… oba ciała (dla odległości księżycowych) lub ciało i horyzont (dla wysokości) mają być widziane przez obserwatora jednocześnie, co umożliwia obserwacje na poruszającym się statku.

w rzeczywistości Thomas Godfrey w Pensylwanii wynalazł ten sam wynalazek prawie dokładnie w tym samym czasie co Hadley, a później odkryto w dokumentach Halleya, że Newton miał podobny pomysł w 1700 roku, ale Halley powiedział mu, że nie jest to praktyczne.
John Harrison zbudował swój pierwszy zegar w 1715 roku, rok po uchwaleniu ustawy o długości geograficznej. Do 1727 roku wykonał bardzo piękny zegar z wahadłem „gridiron”, który składał się z dziewięciu naprzemiennych prętów stalowych i mosiężnych, aby wyeliminować skutki zmian temperatury. W 1730 roku Harrison odwiedził Londyn, zabierając ze sobą wahadło gridiron i skonstruowany przez siebie konik polny i tam nauczył się dokładnie tego, co jest potrzebne do zdobycia nagrody longitude prize. Rozmawiał z Halleyem, astronomem królewskim, który radził mu, aby nie szukał pieniędzy od Rady długości geograficznej, ale raczej najpierw szukał pieniędzy z innych źródeł.
Ten Harrison zrobił i dostał pieniądze, aby umożliwić mu wykonanie swojego pierwszego zegara, specjalnie zaprojektowanego do utrzymywania dokładnego czasu na morzu. Halley poradził mu, aby zbliżył się do planszy po zbudowaniu zegara. Harrison ukończył zegar, obecnie nazywany H1, w 1735 roku. Był to duży zegar ważący około 35 kg, wyglądający z daleka od pięknego, ale z wieloma pomysłowymi funkcjami. Zabrał go do Londynu, gdzie został zbadany przez pięciu członków Royal Society, w tym Halleya, a oni byli entuzjastycznie nastawieni do zegara i dali Harrisonowi certyfikat, który zasadniczo oznaczał, że Rada długości geograficznej nie miała wyboru, ale zamówić próbę morską.

zdjęcie H1 jest pod tym linkiem.
Harrison towarzyszył H1 na pokładzie H M S Centurian do Lizbony i powrócił na H M S Oxford. To był dziwny wybór trasy, ponieważ był w dużej mierze północ / południe, ale H1 zachowywał się dobrze i Harrison był w stanie powiedzieć kapitanowi w podróży powrotnej, że statek jest 150 km dalej na zachód, że kapitan wierzył.
jednak Harrison nie był zadowolony z H1 i w 1737 roku zbliżył się do Rady długości geograficznej. Protokół z posiedzenia Zarządu: –

pan John Harrison wyprodukował nową wynalezioną maszynę, w naturze mechanizmu zegarowego, dzięki której proponuje trzymać czas na morzu z większą dokładnością niż jakikolwiek inny instrument metody do tej pory znany… i proponuje, aby w ciągu dwóch lat wykonać inną maszynę o mniejszych wymiarach, dzięki której będzie starał się naprawić pewne wady, które znalazł w przygotowanej maszynie…

H2 został zbudowany za 250 funtów z Board of Longitude (z obietnicą kolejnych 250 funtów, gdy został dostarczony do testów), ale pomimo zamiaru okazał się cięższy od H1. Miał jednak szereg innych innowacyjnych funkcji. Harrison ukończył H2 w 1739 roku, zgodnie z obietnicą, ale spędził dwa lata testując go samodzielnie. Próby morskie były trudne, ponieważ Anglia była w stanie wojny z Francją: wojna siedmioletnia z pewnością zakłóciła postęp naukowy.
Harrison postanowił zbudować trzeci zegar, H3, I napisał do Zarządu długości geograficznej w 1741 roku. Otrzymał kolejne 500 funtów. Najwyraźniej Royal Society było pod wrażeniem pracy Harrisona, ponieważ przyznali mu Medal Copleya w 1749 roku, co było niezwykłym wydarzeniem biorąc pod uwagę fakt, że Harrison nie miał wykształcenia akademickiego ani wykształcenia. Royal Society ogłosiło: –

… autor najważniejszych odkryć naukowych lub wkładu do nauki przez eksperyment lub w inny sposób…

prace nad H3 nie poszły tak dobrze, jak miał nadzieję Harrison i otrzymał szereg dalszych postępów od Board of Longitude, zanim ostatecznie zdecydował się w 1757 nie testować H3, ale zbudować znacznie mniejszy zegar.
H4 został rozpoczęty w 1757 roku i ukończony w ciągu dwóch lat .
zdjęcie H4 jest pod tym linkiem.
miał około 12 cm średnicy i sam Harrison miał całkowitą rację mówiąc:-

myślę, że mogę śmiało powiedzieć, że jest jakaś inna mechaniczna lub matematyczna rzecz na świecie, która jest piękniejsza lub ciekawsza w fakturze niż ten mój zegarek lub strażnik czasu dla długości geograficznej …

w 1761 roku Harrison poprosił o proces na morzu w sprawie H4. Od 1741 roku otrzymał 3000 funtów od Board of Longitude, aby pomóc mu ukończyć pracę, a teraz dali mu kolejne 500 funtów na ukończenie H4.

chociaż do tej pory Harrison był traktowany dość dobrze przez Zarząd, teraz prawie niemożliwe było przekonanie ich, że H4 spełnia warunki do przyznania nagrody w wysokości 20000 Funtów. Został zorganizowany proces i H4 został umieszczony na Deptford z synem Johna Harrisona, Williamem Harrisonem, opiekującym się nim. Warunki nagrody zostały całkowicie spełnione, gdy Deptford dotarł do Jamajki, H4 stracił tylko 5 sekund na całej podróży. Po powrocie, który nie był częścią procesu, H4 z Williamem Harrisonem był na slupie Merlin. Pogoda była bardzo zła, a Merlin był wypasany przez całą podróż, ale H4 nadal działał w warunkach określonych dla nagrody £20000.
Royal Society i Board of Longitude nie chciały dać Harrisonowi 20000 Funtów, na które zasłużył za spełnienie tych warunków. Było ku temu wiele powodów. W pierwszej kolejności warunki zostały ustalone, gdy nie było żadnych perspektyw, że zostaną spełnione, więc nie zostały dokładnie przemyślane. Teraz argumentowano, że mógł to być przypadek, co oznaczało, że H4 spełnił warunki. Być może bardziej znaczące było jeszcze wielu członków Royal Society, którzy wciąż mieli nadzieję, że sami zdobędą nagrodę.
James Bradley, który zastąpił Halleya jako astronom Royal w 1742 roku, i Tobias Mayer byli przekonani, że metoda odległości księżycowej doprowadzi do rozwiązania problemu długości geograficznej. W 1756 roku Mayer wysłał swoje tablice księżycowe do Komisji długości geograficznej, ale wojna siedmioletnia z Francją uniemożliwiła przeprowadzenie odpowiednich prób. W 1761 roku Maskelyne, inny zwolennik metody odległości księżycowej, został wysłany do Świętej Heleny Na księcia Henryka, aby przetestować metodę odległości księżycowej dla Board of Longitude, a w szczególności do testowania tabel Mayera. W Howse opisuje prace Maskelyne na temat metody odległości księżycowej w tej podróży: –

uważał, że udowodnił przydatność tabel Mayera i metody ogólnie w podróży zewnętrznej. Homeward związany, dlatego też sam podjął kilka obserwacji… Jednak to, co zrobił, to zachęcenie oficerów okrętu do podjęcia takich obserwacji i pokazanie im, jak wykonywać mozolne obliczenia…

Maskelyne twierdził:-

Długość geograficzna zawsze można znaleźć w stopniu, lub bardzo niewiele więcej, co odpowiada około 40 mil geograficznych w szerokości geograficznej kanału La Manche.

Bradley twierdził, że on i Tobias Mayer podzieliliby się nagrodą w wysokości 10000 funtów, ale za przeklęty zegarek Harrisona. Nie tylko Harrison czuł się ciężko.
James Bradley i Mayer zmarli w 1762 roku, ale wdowa po Mayerze otrzymała później 3000 funtów od Board of Longitude. Pozostało Harrisonowi kontynuować walkę, ale zaczął obawiać się, że raport Mayera na temat jego sukcesu ze stołami Mayera może być postrzegany jako godny nagrody, ponieważ jego własny sukces został zignorowany. Druga próba dla H4 została zorganizowana i H M S Tartar wypłynął z Portsmouth 28 marca 1764 roku z Williamem Harrisonem i H4 na pokładzie. Po przybyciu na Barbados William Harrison odkrył, że Maskelyne został wysłany, aby osądzić sukces procesu.
William Harrison skarżył się, że Maskelyne nie był bezstronnym sędzią, a Maskelyne miał dobrą łaskę, aby poprosić kogoś innego o niezbędne obserwacje, ponieważ był chory. H4 stracił tylko 54 sekundy w ciągu 5 miesięcy podróży, a po korekcie błędów, które Harrison wyznaczył przed podróżą, błąd został skrócony do 15 sekund.
naukowy przypadek zdobycia przez H4 nagrody w wysokości 20000 Funtów był niepodważalny. Kopia H4 wykonana przez Kendalla, zwana K1, również okazała się spełniająca warunki nagrody, a John Harrison w wieku 78 lat wykonał kolejny zegar H5, starając się spełnić dalsze warunki określone przez Radę długości geograficznej. Zanim jednak otrzymał nagrodę za rozwiązanie problemu długości geograficznej, wystosował petycję Johna Harrisona do króla Jerzego III.
zdjęcie K1 jest pod tym linkiem.
w rozwoju chronometru morskiego po opisie Harrisona:-

projekt chronometrów pozostawiono młodszym kolegom … wystarczająco tanie, aby być w zasięgu zwykłych nawigatorów. … Brytyjska Kompania Wschodnioindyjska już wcześniej nalegała, aby wszystkie ich okręty nosiły chronometry. Royal Navy była nieco wolniejsza w następujących kombinezonach: był to rok 1840 lub później, zanim okręty przenosiły chronometry na wody domowe… coroczne testy chronometrów odbywały się w Greenwich od 1821 roku, a nagrody wręczano najlepszym chronometrom.