Meny Stäng

Marinkronometer

Jeremy Thackers marinkronometer använde sig av kardborrar och vakuum i en burk.

Ytterligare information: För att bestämma en position på jordens yta är det nödvändigt och tillräckligt att känna till latitud, longitud och höjd. Höjdhänsyn kan naturligtvis ignoreras för fartyg som opererar på havsnivå. Fram till mitten av 1750-talet var noggrann navigering till sjöss utom synhåll för land ett olöst problem på grund av svårigheten att beräkna longitud. Navigatörer kunde bestämma sin latitud genom att mäta solens vinkel vid middagstid (dvs. när den nådde sin högsta punkt på himlen, eller kulmination) eller, på norra halvklotet, genom att mäta Polaris (nordstjärnans) vinkel från horisonten (vanligen i skymningen). För att hitta sin longitud behövde de dock en tidsstandard som fungerade ombord på ett fartyg. Observation av regelbundna himmelsrörelser, som Galileos metod som byggde på observation av Jupiters naturliga satelliter, var vanligtvis inte möjlig till sjöss på grund av fartygets rörelse. Metoden med månavstånd, som ursprungligen föreslogs av Johannes Werner 1514, utvecklades parallellt med marinkronometern. Den nederländska vetenskapsmannen Gemma Frisius var den första som föreslog att en kronometer skulle användas för att bestämma longitud år 1530.

Syftet med en kronometer är att exakt mäta tiden på en känd fast plats, till exempel Greenwich Mean Time (GMT). Detta är särskilt viktigt för navigering. Genom att känna till GMT vid lokal middagstid kan en navigatör använda tidsskillnaden mellan fartygets position och Greenwichmeridianen för att bestämma fartygets longitud. Eftersom jorden roterar i jämn takt kan tidsskillnaden mellan kronometern och fartygets lokala tid användas för att med hjälp av sfärisk trigonometri beräkna fartygets longitud i förhållande till Greenwichmeridianen (definierad som 0°). I modern praxis kan navigatörer med hjälp av en nautisk almanacka och trigonometriska tabeller för reducering av sikten mäta solen, månen, de synliga planeterna eller någon av 57 utvalda stjärnor för navigering närhelst horisonten är synlig.

Det var svårt att skapa en klocka som fungerade på ett tillförlitligt sätt till sjöss. Fram till 1900-talet var de bästa tidtagarna pendelklockor, men både ett fartygs rullning till sjöss och variationerna på upp till 0,2 % i jordens gravitation gjorde en enkel gravitationsbaserad pendel oanvändbar både i teorin och i praktiken.

Första exemplenRedigera

Henry Sully (1680-1729) presenterade en första marinkronometer 1716

Christiaan Huygens, efter sin uppfinning av pendelklockan 1656, gjorde det första försöket med en marin kronometer 1673 i Frankrike, under Jean-Baptiste Colberts beskydd. År 1675 uppfann Huygens, som fick pension av Ludvig XIV, en kronometer som använde ett svänghjul och en spiralfjäder för reglering i stället för en pendel, vilket banade väg för marinkronometrar och moderna fick- och armbandsur. Han fick patent på sin uppfinning av Colbert, men hans klocka förblev oprecis till sjöss. Huygens försök 1675 att få ett engelskt patent från Karl II stimulerade Robert Hooke, som hävdade att han hade tänkt ut en fjäderdriven klocka flera år tidigare, att försöka tillverka en sådan och ta patent på den. Under 1675 levererade Huygens och Hooke vardera två sådana anordningar till Karl, men ingen fungerade bra och varken Huygens eller Hooke fick ett engelskt patent. Det var under detta arbete som Hooke formulerade det som är känt som Hookes lag.

John Harrisons H1-marinkronometer från 1735

Den första publicerade användningen av begreppet skedde 1684 i Arcanum Navarchicum, ett teoretiskt arbete av Kielprofessorn Matthias Wasmuth. Detta följdes av ytterligare en teoretisk beskrivning av en kronometer i verk som publicerades av den engelske vetenskapsmannen William Derham 1713. I Derhams huvudverk, Physico-theology, eller en demonstration av Guds väsen och egenskaper utifrån hans skapelseverk, föreslogs också användning av vakuumtätning för att säkerställa större noggrannhet i klockornas funktion. Försök att konstruera en fungerande marin kronometer påbörjades av Jeremy Thacker i England 1714 och av Henry Sully i Frankrike två år senare. Sully publicerade sitt arbete 1726 med Une Horloge inventée et executée par M. Sulli, men varken hans eller Thackers modeller kunde motstå havets rullning och hålla exakt tid under förhållanden ombord på fartyg.

Ritningar av Harrisons H4-kronometer från 1761, publicerade i The principles of Mr Harrison’s time-keeper, 1767.

År 1714 utlyste den brittiska regeringen ett longitudpris för en metod att bestämma longitud till sjöss, där priserna varierade från 10 000 till 20 000 pund (2 miljoner till 4 miljoner pund i 2021 års priser) beroende på noggrannhet. John Harrison, en snickare från Yorkshire, lämnade in ett projekt 1730, och 1735 färdigställde han en klocka som byggde på ett par motoscillerande viktade balkar som var sammankopplade med fjädrar och vars rörelse inte påverkades av gravitationen eller av ett fartygs rörelse. Hans två första sjöklockor H1 och H2 (färdigställda 1741) använde detta system, men han insåg att de hade en grundläggande känslighet för centrifugalkraft, vilket innebar att de aldrig skulle kunna vara tillräckligt exakta till sjöss. Byggandet av hans tredje maskin, benämnd H3, 1759 innefattade nya cirkulära balanser och uppfinningen av den bimetalliska remsan och burvalslager, uppfinningar som fortfarande används i stor utsträckning. H3:s cirkulära balanser visade sig dock fortfarande vara för oprecisa och han övergav så småningom de stora maskinerna.

Ferdinand Berthouds marinkristometer nr 3, 1763

Harrison löste precisionsproblemen med sin mycket mindre H4-kronometerkonstruktion år 1761. H4 såg ut ungefär som ett stort fickur med en diameter på 12 cm (fem tum). År 1761 skickade Harrison in H4 till priset på 20 000 pund för longitud. Hans konstruktion använde ett snabbslaget balanshjul som styrdes av en temperaturkompenserad spiralfjäder. Dessa egenskaper förblev i bruk tills stabila elektroniska oscillatorer gjorde det möjligt att tillverka mycket exakta bärbara tidmätare till en överkomlig kostnad. År 1767 publicerade Board of Longitude en beskrivning av hans arbete i The Principles of Mr. Harrison’s time-keeper. En fransk expedition under ledning av Charles-François-César Le Tellier de Montmirail utförde den första mätningen av longitud med hjälp av marinkronometrar ombord på Aurore 1767.

Modern utvecklingRedigera

Pierre Le Roy marinkronometer, 1766, fotograferad på Musée des Arts et Métiers i Paris

I Frankrike uppfann Pierre Le Roy 1748 den spärrgång som kännetecknar moderna kronometrar. År 1766 skapade han en revolutionerande kronometer som innehöll en spärrgång, den temperaturkompenserade balansen och den isokrona balansfjädern: Harrison visade att det var möjligt att ha en tillförlitlig kronometer till sjöss, men Rupert Gould anser att Le Roys utveckling är grunden till den moderna kronometern. Le Roys innovationer gjorde kronometern till en mycket mer exakt apparat än vad man hade räknat med.

Harrison’s Chronometer H5 från 1772, nu utställd på Science Museum i London

Ferdinand Berthoud i Frankrike, liksom Thomas Mudge i Storbritannien tillverkade också framgångsrikt tidmätare för sjöfarten. Även om ingen av dem var enkel, visade de att Harrisons konstruktion inte var den enda lösningen på problemet. De största framstegen mot praktiska lösningar gjordes av Thomas Earnshaw och John Arnold, som 1780 utvecklade och patenterade förenklade, fristående, ”fjäderspärrar”, flyttade temperaturkompensationen till balansen och förbättrade utformningen och tillverkningen av balansfjädrar. Denna kombination av innovationer låg till grund för marina kronometrar fram till den elektroniska eran.

Ferdinand Berthoud kronometer nr. 24 (1782), utställd på Musée des Arts et Métiers, Paris

Den nya tekniken var till en början så dyr att inte alla fartyg hade kronometrar, vilket illustreras av den ödesdigra sista resan med ostindiefararen Arniston, som led ett skeppsbrott som kostade 372 människor livet. År 1825 hade dock Royal Navy börjat förse sina fartyg med kronometrar.

Det var vanligt att fartygen på den tiden observerade en tidskula, som den vid Royal Observatory i Greenwich, för att kontrollera sina kronometrar innan de gav sig ut på en lång resa. Varje dag ankrade fartygen kortvarigt i Themsen vid Greenwich och väntade på att observatoriekulan skulle sjunka exakt klockan 13.00. Denna praxis var till en liten del ansvarig för att Greenwich Mean Time senare antogs som internationell standard. (Tidskulorna blev överflödiga runt 1920 i och med införandet av radiotidssignaler, som i sin tur till stor del har ersatts av GPS-tid). Förutom att ställa in tiden före avfärd på en resa kontrollerades fartygskronometrarna också rutinmässigt för att kontrollera att de var exakta när de var till sjöss genom att utföra mån- eller solobservationer. Vid typisk användning monterades kronometern på en skyddad plats under däck för att undvika skador och exponering för väder och vind. Sjömännen använde kronometern för att ställa in en s.k. hackklocka som de bar på däck för att göra astronomiska observationer. Även om klockan är mycket mindre exakt (och dyr) än kronometern, skulle den vara tillfredsställande under en kort tid efter det att den ställts in (dvs. tillräckligt länge för att göra observationerna).

Och även om industriella produktionsmetoder började revolutionera klocktillverkningen i mitten av 1800-talet förblev kronometertillverkningen hantverksbaserad mycket längre. Vid sekelskiftet 1900 gjorde schweiziska tillverkare som Ulysse Nardin stora framsteg mot att införliva moderna produktionsmetoder och använda helt utbytbara delar, men det var först när andra världskriget bröt ut som Hamilton Watch Company i USA fulländade processen för massproduktion, vilket gjorde det möjligt för företaget att tillverka tusentals av sina Hamilton Model 21 och Model 22 kronometrar under andra världskriget för den amerikanska flottans & armé och andra allierade flottor. Trots Hamiltons framgångar försvann aldrig kronometrar tillverkade på det gamla sättet från marknaden under de mekaniska tidtagarnas era. Thomas Mercer Chronometers är ett av de företag som fortsätter att tillverka dem.

Om det inte vore för deras noggrannhet och för noggrannheten i de navigationsexperiment som marinkronometrarna möjliggjorde, kan man hävda att den kungliga flottans, och i förlängningen det brittiska imperiets, överlägsenhet kanske inte skulle ha varit så överväldigande; bildandet av imperiet genom krig och erövringar av kolonier utomlands ägde rum under en period då de brittiska fartygen hade tillförlitlig navigering tack vare kronometern, medan deras portugisiska, nederländska och franska motståndare inte hade det. Fransmännen var till exempel väl etablerade i Indien och på andra platser före Storbritannien, men besegrades av sjöstridskrafter i sjuårskriget.

Den mest kompletta internationella samlingen av marinkronometrar, inklusive Harrisons H1 till H4, finns vid Royal Observatory, Greenwich, i London, Storbritannien.

Lämna ett svar

Din e-postadress kommer inte publiceras. Obligatoriska fält är märkta *