the early history of the longitude problem is discussed in our article Longitude and the Académie Royale. O presente artigo discute o ataque ao problema da longitude na Inglaterra, que começou em meados do século XVII.grupos de cientistas começaram a se reunir em Londres e Oxford a partir de 1645 e certamente o problema da longitude foi um dos principais problemas que eles discutiram. Um poema escrito em 1661 descreveu o trabalho em curso no Gresham College (ver ):-

The Colledge will the whole world measure,
Which most impossible conclude,
And Navigators make a pleasure
By finding out the longitude.
cada Tarpalling deve, então, com facilidade
Sayle quaisquer navios para Th’Antipodes.

Em 1662 o grupo de Gresham College, que incluía John Wilkins, John Wallis e Robert Hooke, e outros grupos de cientistas, tornou-se a Sociedade Real de Londres para a Promoção do Conhecimento da natureza. A Royal Society foi concedida sua carta por Carlos II e outro membro do Gresham College group, Christopher Wren, escreveu o preâmbulo da carta da Royal Society. Um dos objetivos declarados da recém-fundada Royal Society era encontrar a longitude.Jonas Moore, um professor de matemática e pesquisador que era muito a favor de Carlos II, tornou-se um patrono de John Flamsteed em 1670 depois que ele conheceu Flamsteed durante uma visita que Flamsteed fez à Royal Society em Londres. Jonas Moore foi capaz de fornecer Flamsteed com instrumentos para realizar observações astronômicas. Três anos depois, Moore, juntamente com o famoso escritor do diário Samuel Pepys, fundou a Royal Mathematical School dentro do Christ’s Hospital. Esta escola foi criada com o objetivo específico de treinar meninos em técnicas de navegação para que pudessem servir o rei no mar.propostas estavam sendo feitas para resolver o problema da longitude e em 1673 uma baseada na declinação magnética foi proposta por um certo Henry Bond, veja . Carlos II criou um comitê para examinar a proposta, o Comitê incluiu entre seus membros Brouncker, o Presidente da Royal Society, John Pell e Robert Hooke.Hooke há muito se interessava por Relógios e se eles poderiam ser usados para resolver o problema da longitude. Depois de investigar as dificuldades, ele concluiu que a obtenção de um relógio para manter suficientemente precisas tempo no mar para resolver a longitude problema era praticamente impossível:-

Dificuldades foram propostos a partir da alteração de climas, ares, calores e frios, a temperatura das fontes, a natureza das vibrações, desgaste de materiais, o movimento do navio …

no Entanto, o Hooke tinha lecionado em 1664, em 20 de maneiras diferentes de usar uma mola para fazer o balanço de um relógio mais uniforme e disse que ele tinha alguns truques na manga que podem deixá-lo produzir suficientemente precisa relógio. Hooke, portanto, como quase todos os cientistas daquela época era um juiz tendencioso das soluções de longitude, uma vez que ele esperava resolver o problema sozinho.Jonas Moore, embora desejoso de ver uma solução para o problema da longitude, parece ter visto seu papel como tornando possível para outros resolvê-lo ao invés de si mesmo. Ele convenceu Carlos II a conceder um mandado para que Cambridge pudesse atribuir um M. A. A Flamsteed em 1674. Nesse mesmo ano, a Royal Society começou a planejar a criação de um observatório que Moore ofereceu para financiar, mas outra proposta veio de um francês Le Sieur de St Pierre alegando ter resolvido o problema da longitude usando dados astronômicos. Carlos II criou uma comissão real para examinar estas novas propostas de São Pedro, composto por Brouncker, Pell, Hooke, juntamente com Wren e três outros.em fevereiro de 1675 Flamsteed chegou a Londres para ficar com Moore e Moore arranjou que Flamsteed fosse nomeado assistente da Comissão Real criada para examinar as propostas de longitude de St.Pierre. Flamsteed rapidamente fez observações que indicavam que o método de São Pedro de prever a posição da lua, o método de distância lunar para resolver o problema da longitude, era de pouco uso. É claro que se a posição exata da lua pudesse ser prevista, então o problema da longitude foi resolvido e os ingleses começaram a tratar isso como seu principal ataque ao problema da longitude, em contraste com os franceses que trabalharam em grande parte no método das luas de Júpiter.Moore também arranjou para Flamsteed visitar o rei e contar-lhe sobre o trabalho de Jean Picard no Observatório de Paris e o ataque francês ao problema da longitude. Flamsteed, jogando a carta do “orgulho nacional”, enfatizou ao rei como os franceses tinham um Observatório Real para este trabalho e o rei rapidamente se moveu para que a Inglaterra pudesse igualar a França. Em 4 de Março de 1675 ele nomeou Flamsteed seu observador astronômico por ordem real. A partir de seu salário de £100 ele teve que pagar £10 impostos e também fornecer todos os seus próprios instrumentos para que ele pudesse:-

… aplicar – se com o cuidado e a diligência mais exatos para rectificar as tabelas dos movimentos dos céus, e os lugares das estrelas fixas, de modo a encontrar a tão desejada longitude dos lugares para aperfeiçoar a arte da navegação.

Flamsteed foi informado de sua nomeação por Moore, mas estava longe de se entusiasmar com o salário proposto, particularmente quando ele aprendeu que ele tinha que dar lições para dois meninos na Escola Real de matemática no Hospital de Cristo como parte de seus deveres. Dentro de dois dias após a nomeação de Flamsteed, Greenwich tinha sido aceito como um local para o novo observatório, o local foi escolhido por Wren. O Edifício do Observatório Real de Greenwich começou em 1675 projetado por Wren e dirigido por Hooke. Flamsteed e Halley aconselharam sobre os requisitos para os instrumentos e a observação começou em 1676.um dos primeiros projetos de Flamsteed no Observatório Real foi tentar provar que a Terra rodou em seu eixo a uma taxa constante. Isto tinha sido assumido por Copérnico quando ele apresentou pela primeira vez sua teoria do sistema solar, mas nunca tinha sido provado. Foi também um ingrediente vital em todos os métodos propostos para determinar a longitude que fez a suposição de que a Terra gira uma quantidade fixa em cada minuto.Moore comprou dois relógios para Flamsteed com pêndulos de 4 metros de comprimento, que foram pendurados acima dos mostradores dos relógios. O sol não poderia ser usado como um temporizador uma vez que o fato de que a órbita da terra não é circular significa que o tempo solar estaria à frente do tempo de relógio preciso para parte do ano e atrás dele em outros momentos. Esta variação entre o tempo do relógio e o tempo do relógio de sol é conhecida como a equação do tempo ou a equação dos dias naturais e tinha sido conhecida pelos gregos e árabes muitos séculos antes (embora, é claro, a razão para a variação não foi então compreendida).
você pode ver uma imagem do Observatório neste LINK. Há as duas marcações à esquerda com o pêndulo bobs visível acima das marcações.Flamsteed usou a estrela Sirius como um cronometrista corrigindo o tempo sideral obtido a partir de sucessivos trânsitos da estrela em tempo solar, sendo a diferença, naturalmente, devido à rotação da terra em torno do sol. Flamsteed escreveu em uma carta em 1677:-

… os nossos relógios mantiveram uma correspondência tão boa com os céus que duvido, mas provariam que as revoluções da Terra são isocrónicas…

he required a year to complete the experiment but this would only be possible if the Ordnance who paid his salary: –

… não me deixes à fome, pois a minha mesada é pequena e agora estão três quartos em dívida para comigo. Receio ter de vir ao país à procura de um pobre Vigário, e depois despedir-me de uma experiência.

no entanto Flamsteed não morreu de fome e em Março de 1678 ele tinha provado a rotação isocrônica da Terra. Uma parte do problema da longitude foi assim resolvida, embora ninguém realmente duvidasse que a Terra girasse a uma taxa constante. (Claro que agora sabemos que com medições mais precisas podemos detectar que a velocidade de rotação da Terra muda e segundos bissextos são adicionados em várias ocasiões para corrigir isso.o Observatório Real de Greenwich teve que fornecer grandes quantidades de dados e Flamsteed passou 15 anos de 1689 a 1704 compilando tabelas da lua para o método de distância lunar de encontrar a longitude. Newton também precisava de dados sobre a Lua para que ele pudesse aperfeiçoar sua compreensão da órbita em termos de sua nova teoria da gravitação.entre 1690 e 1707 houve uma série de incidentes em que navios navais ingleses foram perdidos no mar por terem perdido suas posições. No incidente mais grave de 1707, mais de 2000 homens foram perdidos quando quatro navios encalharam nas ilhas Scilly enquanto retornavam à Inglaterra. Cada vez mais pressão estava se acumulando para uma solução para o problema da longitude como o fracasso contínuo para resolvê-lo estava custando à Inglaterra grandes somas de dinheiro. Todos acreditavam que matemáticos e astrônomos forneceriam a solução, mas não é para ser. No entanto, as propostas engenhosas e sérias, bem como as propostas cômicas, continuaram a ser apresentadas.uma proposta cômica, baseada no entendimento correto de que um conhecimento do Tempo universal permitiria que a longitude fosse calculada, é descrita em :-

envolveu o uso de … o “pó da simpatia”. … o pó da simpatia foi aplicado, não à ferida, mas à arma que a infligiu. … antes de navegar todos os navios devem ser mobilados com um cão ferido. Um observador confiável em terra, equipado com um relógio padrão e um curativo da ferida do cão faria … a cada hora, em ponto, imergir o curativo em uma solução do pó de simpatia e o cão no navio guincharia a hora.

uma proposta mais séria veio de William Whiston e Humphrey Ditton em 1714. Eles propuseram, veja: –

… uma série de navios de luz estão ancorados nas principais rotas de navegação a intervalos regulares… As naves de luz disparariam a intervalos regulares uma cápsula estelar programada para explodir a 6440 pés. Os capitães do mar podiam facilmente calcular a sua distância da nave de luz mais próxima apenas cronometrando o intervalo entre o flash e o relatório.

Parliament set up a Committee whose members included Newton and Halley to examine the Whiston-Ditton proposals and report in general on the longitude problem. Newton informou ao comitê que a maioria das propostas de longitude estavam corretas em teoria, mas caíram na prática. Newton não favoreceu o método francês de usar as luas de Júpiter e observou que o método Whiston – Ditton não permitia que a longitude fosse encontrada no mar, se alguma vez fosse perdida. Newton fez considerar o método de relógio que foi a de, eventualmente, para ter sucesso:-

é, por um relógio para manter o tempo exatamente; mas, por causa do movimento do navio, a variação de calor e frio, úmido e seco, e a diferença na gravidade em diferentes latitudes, um relógio ainda não tinha sido feita.

Parliament thought the time had come to make a radical move and, on 16 June 1714, they passed an Act:-

… pela concessão de uma recompensa pública a uma pessoa ou pessoas que descubram a longitude… para uma soma de dez mil libras, se determina o disse longitude, em graus de um grande círculo, ou sessenta milhas geográficas, para quinze mil libras, se determina o mesmo para dois terços da distância, e a vinte mil libras, se determina mesmo a metade da mesma distância…

para entender o valor deste prêmio, basta lembrar o salário anual de Flamsteed de £ 100 para proporcionar tanto uma vida quanto para comprar seus instrumentos. Os comissários foram nomeados, conhecidos como o Conselho de Longitude, para avaliar se as propostas tinham cumprido as condições e para fornecer adiantamentos de dinheiro para Propostas promissoras. Os Comissários incluíam membros do Almirantado, o astrônomo real, o Saviliano, lucasiano, e professores Plumianos de matemática em Oxford e Cambridge e dez membros do Parlamento.é claro que houve uma enxurrada de propostas esperançosas apresentadas, uma de Wren sendo uma delas. A Comissão contratou um Secretário para tratar do enorme número de sugestões impossíveis e reuniu-se três vezes por ano para analisar as que o secretário pensava que valeriam a pena que a Comissão estudasse mais aprofundadamente. Muitos pequenos prêmios foram feitos, mas nenhuma proposta de mérito real surgiu.Antes de descrever a contribuição de John Harrison para o problema da longitude, e sua resolução final do problema, há um outro ingrediente importante que deve ser mencionado. John Hadley, que foi vice-presidente da Royal Society, descreveu em uma comunicação à sociedade em maio de 1731, dois novos instrumentos que foram baseados no princípio da dupla reflexão. Estes instrumentos são permitidos, ver: –

… ambos os corpos (para distâncias lunares) ou o corpo e o horizonte (para altitudes) a serem vistos pelo observador simultaneamente, fazendo observações em um navio em movimento praticáveis.

Na verdade Thomas Godfrey, na Pensilvânia, tinha feito a mesma invenção em quase exatamente o mesmo tempo que Hadley, e mais tarde foi descoberto em Halley papéis que Newton tinha uma ideia semelhante em 1700, mas Halley tinha dito a ele que não era prático.John Harrison construiu seu primeiro relógio em 1715, um ano depois que a Lei de Longitude foi aprovada. Em 1727, ele tinha feito um relógio muito fino com um pêndulo “gridiron” que consistia de nove barras de aço alternado e latão para eliminar os efeitos das mudanças de temperatura. Em 1730 Harrison visitou Londres, levando com ele seu pêndulo gridiron e o escapamento gafanhoto que ele tinha desenvolvido, e lá ele aprendeu exatamente o que era necessário para ganhar o prêmio de longitude. Ele falou com Halley, o astrônomo real, que o aconselhou a não procurar financiamento do Conselho de Longitude, mas antes procurar dinheiro de outras fontes.this Harrison did and was given money to enable him to make his first clock, specially designed to keep accurate time at sea. Halley aconselhou-o a aproximar-se do tabuleiro após o relógio ter sido construído. Harrison completou o relógio, agora chamado H1, em 1735. Era um grande relógio pesando cerca de 35 kg, olhando longe de bonito, mas com muitas características engenhosas. Ele levou-o para Londres, onde foi examinado por cinco membros da Royal Society, incluindo Halley, e eles estavam entusiasmados com o relógio e deu a Harrison um certificado que basicamente significava que o Conselho de Longitude tinha pouca opção, a não ser Ordenar um julgamento no mar.

Uma imagem de H1 está neste LINK.Harrison acompanhou H1 a bordo de H M S Centurian para Lisboa e retornou em H M S Oxford. Foi uma escolha estranha de rota, uma vez que era em grande parte norte/sul, mas H1 se comportou bem e Harrison foi capaz de dizer ao capitão na viagem de volta que o navio estava 150 km mais a oeste que o capitão acreditava.no entanto, Harrison não estava satisfeito com o H1 e ele se aproximou da placa de Longitude em 1737. As atas do Conselho de registo:-

Mr John Harrison produziu um novo inventado a máquina, a natureza de um relógio, no qual ele propõe para manter o tempo no mar, com mais exatidão do que qualquer outro instrumento de método até então conhecido… e propõe – se fazer outra máquina de dimensões menores dentro de dois anos, através da qual ele tentará corrigir alguns defeitos que encontrou naquele preparado…

H2 foi construído com r $ 250 do Conselho de Longitude (com a promessa de mais r $ 250 quando foi entregue para testes), mas, apesar da intenção, que acabou por ser mais pesado que o H1. No entanto, tinha outras características inovadoras. Harrison completou o H2 em 1739, como prometido, mas passou dois anos testando ele mesmo. Os julgamentos no mar eram difíceis desde que a Inglaterra estava em guerra com a França.: a Guerra dos sete anos certamente interrompeu o avanço científico.Harrison decidiu construir um terceiro relógio, H3, e escreveu para a placa de Longitude em 1741. Ele recebeu mais £ 500 . Claramente, a Royal Society ficou impressionada com o trabalho de Harrison desde que lhe concedeu a Medalha Copley em 1749, um evento notável considerando o fato de que Harrison não tinha formação acadêmica ou formação. A Royal Society proclamou Harrison como:-

… o autor da mais importante descoberta científica ou contribuição para a ciência por experiência ou outra…

Trabalho em H3 não ir, bem como Harrison esperava e ele recebeu uma série de avanços do Conselho de Longitude antes de ele finalmente decidiu em 1757, não para testar H3 mas para construir uma muito menor do relógio.H4 foi iniciado em 1757 e concluído em dois anos.
Uma imagem de H4 está neste LINK.tinha cerca de 12 cm de diâmetro e o próprio Harrison estava perfeitamente correcto quando disse::-

eu acho que pode fazer muito mais corajosos para dizer, que não há qualquer outro mecânico ou matemático coisa no Mundo que é mais bonita ou curioso na textura do que este meu relógio ou tempo de guarda-redes para a longitude …

in 1761 Harrison requested a trial at sea for H4. Desde 1741, ele recebeu 3000 libras do Conselho de Longitude para ajudá-lo a completar seu trabalho e agora lhe deram mais 500 libras para completar o ajuste de H4.apesar de até este estágio Harrison ter sido tratado muito bem pelo Conselho de Longitude, ele estava agora a achar quase impossível convencê-los de que H4 satisfez as condições para o prêmio de £20000. Um julgamento foi organizado e H4 foi colocado no Deptford com o filho de John Harrison, William Harrison, cuidando dele. As condições do prêmio foram completamente satisfeitas quando o Deptford chegou à Jamaica, H4 tendo perdido apenas 5 segundos em toda a viagem. No retorno, que não fazia parte do julgamento, H4 com William Harrison estavam na Chalupa Merlin. O tempo estava extremamente ruim e o Merlin foi tamponado durante toda a viagem, mas H4 ainda realizada nas condições estabelecidas para o prêmio £20000.the Royal Society and the Board of Longitude were unwilling to give Harrison the £20000 he deserved for meeting the conditions. Houve uma série de razões para isso. Em primeiro lugar, as condições tinham sido estabelecidas quando havia poucas perspectivas de que fossem satisfeitas, pelo que não tinham sido cuidadosamente ponderadas. Ora, argumentou-se que poderia ter sido acaso o que significava que o H4 preenchia as condições. Talvez mais significativamente ainda havia muitos membros da Royal Society que ainda esperavam ganhar o prêmio eles mesmos.James Bradley, que sucedeu Halley como astrônomo real em 1742, e Tobias Mayer estavam convencidos de que o método da distância lunar levaria à solução do problema da longitude. Mayer tinha enviado suas mesas lunares para a placa de Longitude em 1756, mas a Guerra dos sete anos com a França tinha impedido julgamentos adequados. Em 1761 Maskelyne, outro forte crente no método da distância lunar, foi enviado para Santa Helena no príncipe Henrique para testar o método da distância lunar para a placa de Longitude e, em particular, para testar as tabelas de Mayer. In Howse describes Maskelyne’s work on the lunar distance method on this voyage:-

He felt that he had proved the utility of Mayer’s tables and of the method generally on the outward voyage. Para o lar, portanto, ele próprio fez poucas observações… O que ele fez, porém, foi encorajar os oficiais do navio a tomar tais observações e mostrar-lhes como fazer os cálculos laboriosos…

Maskelyne afirmou:-

Longitude sempre pode ser encontrado dentro de um grau, ou muito pouco mais, que atende a cerca de 40 milhas geográficas em latitude do Canal inglês.Bradley alegou que ele e Tobias Mayer teriam compartilhado o prêmio de 10000 libras de longitude, mas pelo maldito relógio de Harrison. Não era só o Harrison que se sentia mal.James Bradley e Mayer morreram em 1762, mas a viúva de Mayer mais tarde recebeu 3000 libras do Conselho de Longitude. Ficou para Harrison continuar sua batalha, mas ele começou a temer que o relatório de Mayer sobre seu sucesso com as mesas de Mayer poderia ser visto como digno do Prêmio, Uma vez que seu próprio sucesso tinha sido ignorado. Um segundo julgamento para H4 foi arranjado e H M S Tártaro partiu de Portsmouth em 28 de Março de 1764 com William Harrison e H4 a bordo. Na chegada a Barbados William Harrison descobriu que Maskelyne tinha sido enviado à frente para julgar o sucesso do julgamento.William Harrison queixou-se que Maskelyne não era um juiz imparcial e Maskelyne teve a boa graça de pedir que as observações necessárias fossem feitas por outra pessoa como ele estava doente. H4 perdeu apenas 54 segundos nos 5 meses da viagem e depois de correção por erros, que Harrison tinha estabelecido antes da viagem, o erro foi reduzido para 15 segundos.
O caso científico para H4 ganhar o prêmio £20000 foi indiscutível. Uma cópia do H4 feita por Kendall, chamado de K1, também foi encontrada para vir bem dentro das condições do prêmio e John Harrison, aos 78 anos, fez outro relógio H5 nas suas tentativas de satisfazer as condições estabelecidas pelo Conselho de Longitude. No entanto, foi necessária uma petição de John Harrison ao rei Jorge III antes que ele recebesse seu prêmio por resolver o problema da longitude.
Uma imagem de K1 está neste LINK.
In the development of the marine chronometer after Harrison is described:-

it was left to younger colleagues to design chronometers … barato o suficiente para estar ao alcance de navegadores comuns. … The British East India Company was early in insisting that all their ships carry cronometers. A Marinha Real era um pouco mais lenta em seguir o exemplo: era 1840 ou mais tarde antes dos navios transportarem cronômetro em águas domésticas… ensaios cronômetro anuais ocorreram em Greenwich a partir de 1821, com prêmios para os melhores cronômetro submetidos.