Menü Bezárás

Tengeri kronométer

Jeremy Thacker tengeri “Kronométere” kardánokat és vákuumot használt egy haranglábban.

Bővebb információ: A földrajzi hosszúság története

A földfelszíni helyzet meghatározásához szükséges és elegendő a földrajzi szélesség, a földrajzi hosszúság és a tengerszint feletti magasság ismerete. A tengerszinten közlekedő hajók esetében a magassági szempontok természetesen figyelmen kívül hagyhatók. Az 1750-es évek közepéig a pontos navigáció a tengeren a szárazföld látóterén kívül megoldatlan probléma volt a földrajzi hosszúság kiszámításának nehézségei miatt. A navigátorok úgy tudták meghatározni a földrajzi szélességüket, hogy megmérték a Nap déltájban mért szögét (vagyis amikor elérte a legmagasabb pontját az égen, vagyis a tetőpontját), vagy az északi féltekén a Polaris (a Sarkcsillag) szögét a látóhatártól (általában szürkületkor). A földrajzi hosszúság meghatározásához azonban szükségük volt egy olyan időmértékre, amely egy hajó fedélzetén is működött. A rendszeres égi mozgások megfigyelése, mint például Galilei módszere, amely a Jupiter természetes műholdjainak megfigyelésén alapult, a hajó mozgása miatt általában nem volt lehetséges a tengeren. A holdtávolság-módszert, amelyet eredetileg Johannes Werner javasolt 1514-ben, a tengeri kronométerrel párhuzamosan fejlesztették ki. A holland tudós Gemma Frisius volt az első, aki 1530-ban javasolta a kronométer használatát a földrajzi hosszúság meghatározására.

A kronométer célja, hogy pontosan mérje egy ismert, rögzített hely, például a greenwichi középidő (GMT) idejét. Ez különösen fontos a navigáció szempontjából. A helyi déli GMT ismerete lehetővé teszi a navigátor számára, hogy a hajó pozíciója és a greenwichi hosszúsági kör közötti időkülönbséget felhasználva meghatározza a hajó földrajzi hosszúságát. Mivel a Föld szabályos sebességgel forog, a kronométer és a hajó helyi ideje közötti időkülönbség alapján a gömbi trigonometria segítségével kiszámítható a hajó hosszúsága a greenwichi hosszúsági körhöz képest (0°-ban meghatározott). A modern gyakorlatban a hajózási almanach és a trigonometrikus látás-redukciós táblázatok lehetővé teszik a navigátorok számára, hogy a Napot, a Holdat, a látható bolygókat vagy 57 kiválasztott csillag bármelyikét megmérjék a navigációhoz bármikor, amikor a horizont látható.

A tengeren megbízhatóan működő időmérő megalkotása nehéz volt. A 20. századig a legjobb időmérők az ingaórák voltak, de mind a hajó gördülése a tengeren, mind a Föld gravitációjának akár 0,2%-os ingadozása mind elméletben, mind a gyakorlatban használhatatlanná tette az egyszerű, gravitáción alapuló ingát.

Első példákSzerkesztés

Henry Sully (1680-1729) 1716-ban bemutatta az első tengeri időmérőt

Christiaan Huygens, az ingaóra 1656-os feltalálását követően 1673-ban Franciaországban, Jean-Baptiste Colbert szponzorálásával kísérletet tett az első tengeri kronométerre. A XIV. Lajostól nyugdíjat kapó Huygens 1675-ben feltalált egy olyan kronométert, amely inga helyett egyensúlykereket és spirálrugót alkalmazott a szabályozáshoz, megnyitva ezzel az utat a tengeri kronométerek, valamint a modern zseb- és karórák előtt. Találmányára szabadalmat kapott Colbert-től, de órája a tengeren pontatlan maradt. Huygens 1675-ben tett kísérlete, hogy II. Károlytól angol szabadalmat szerezzen, arra ösztönözte Robert Hooke-t, aki azt állította, hogy évekkel korábban már kitalált egy rugós órát, hogy megpróbáljon egyet legyártani és szabadalmaztatni. 1675 folyamán Huygens és Hooke két-két ilyen szerkezetet szállított Károlynak, de egyik sem működött jól, és sem Huygens, sem Hooke nem kapott angol szabadalmat. E munka során Hooke megfogalmazta az úgynevezett Hooke-törvényt.

John Harrison 1735-ös H1 tengeri kronométere

A kifejezés első publikált használata 1684-ben Matthias Wasmuth kieli professzor Arcanum Navarchicum című elméleti munkájában jelent meg. Ezt követte a kronométer további elméleti leírása William Derham angol tudós 1713-ban megjelent műveiben. Derham fő műve, a Physico-theology, avagy Isten létének és tulajdonságainak bemutatása a teremtés műveiből címet viselő mű, szintén javaslatot tett a vákuumtömítés alkalmazására az órák nagyobb pontosságú működésének biztosítása érdekében. Jeremy Thacker 1714-ben Angliában, majd két évvel később Henry Sully Franciaországban kezdett kísérleteket egy működő tengeri kronométer megépítésére. Sully 1726-ban publikálta munkáját Une Horloge inventée et executée par M. Sulli címmel, de sem az ő, sem Thacker modelljei nem voltak képesek ellenállni a tenger hullámzásának és pontos időt mutatni hajózási körülmények között.

Harrison 1761-es H4 kronométerének rajzai, melyeket a The principles of Mr Harrison’s time-keeper, 1767-ben jelent meg.

A brit kormány 1714-ben hosszúsági díjat ajánlott fel a tengeri hosszúság meghatározásának módszeréért, a díjak összege a pontosságtól függően 10 000 és 20 000 font (2021-ben 2 millió és 4 millió font) között mozgott. John Harrison, egy yorkshire-i asztalos 1730-ban nyújtott be egy projektet, és 1735-ben elkészült egy olyan órával, amely egy pár, rugókkal összekapcsolt, ellenirányban rezgő, súlyozott gerendán alapult, amelynek mozgását nem befolyásolta a gravitáció vagy a hajó mozgása. Első két tengeri órája, a H1 és H2 (1741-ben készült el) ezt a rendszert használta, de rájött, hogy alapvetően érzékenyek a centrifugális erőre, ami azt jelentette, hogy a tengeren soha nem lehetnek elég pontosak. Harmadik, H3-nak nevezett gépének 1759-es megépítése újszerű körmérlegeket, valamint a bi-fém szalag és a ketreces görgős csapágyak feltalálását tartalmazta, mely találmányokat a mai napig széles körben használják. A H3 körmérlegei azonban még mindig túlságosan pontatlannak bizonyultak, és végül elhagyta a nagyméretű gépeket.

Ferdinand Berthoud 3. számú tengeri kronométere, 1763

Harrison 1761-ben megoldotta a pontossági problémákat a sokkal kisebb H4-es kronométerével. A H4 nagyjából úgy nézett ki, mint egy nagy, 12 cm (öt hüvelyk) átmérőjű zsebóra. 1761-ben Harrison benyújtotta a H4-et a 20 000 font értékű hosszúsági díjra. Tervezése egy gyorsan dobogó egyensúlykereket használt, amelyet egy hőmérséklet-kompenzált spirálrugó vezérelt. Ezek a jellemzők mindaddig használatban maradtak, amíg a stabil elektronikus oszcillátorok lehetővé nem tették, hogy megfizethető áron nagyon pontos hordozható időmérőket készítsenek. 1767-ben a Hosszúsági Tanács közzétette munkájának leírását a The Principles of Mr. Harrison’s time-keeper című könyvében. Egy francia expedíció Charles-François-César Le Tellier de Montmirail vezetésével 1767-ben végezte el az első hosszúságmérést tengeri kronométerek segítségével az Aurore fedélzetén.

Modern fejlődésSzerkesztés

Pierre Le Roy tengeri időmérő, 1766, fényképezve a párizsi Musée des Arts et Métiers-ben

Franciaországban, 1748-ban Pierre Le Roy találta fel a modern kronométerekre jellemző reteszelős csuklószerkezetet. 1766-ban forradalmi kronométert alkotott, amely magában foglalta a reteszes csuklógátlót, a hőmérséklet-kompenzált egyensúlyt és az izokrón egyensúlyrugót: Harrison megmutatta, hogy a tengeren is lehet megbízható időmérőt használni, de Rupert Gould a modern időmérő alapjainak tartja Le Roy ezen fejlesztéseit. Le Roy újításai a kronométert a vártnál sokkal pontosabb műszerré tették.

Harrison 1772-es H5-ös Kronométere, amely jelenleg a londoni Science Museumban látható

Ferdinand Berthoud Franciaországban, valamint Thomas Mudge Nagy-Britanniában szintén sikeresen készített tengeri időmérőket. Bár egyik sem volt egyszerű, bebizonyították, hogy Harrison terve nem az egyetlen megoldás a problémára. A legnagyobb előrelépést a gyakorlatiasság felé Thomas Earnshaw és John Arnold tette, akik 1780-ban kifejlesztették és szabadalmaztatták az egyszerűsített, leválasztott, “rugós reteszelésű” reteszeket, a hőmérséklet-kiegyenlítést az egyensúlyba helyezték át, és javították az egyensúlyrugók tervezését és gyártását. Az újításoknak ez a kombinációja szolgált a tengeri kronométerek alapjául egészen az elektronikus korszakig.

Ferdinand Berthoud kronométer sz. 24 (1782), kiállítva a párizsi Musée des Arts et Métiers-ben

Az új technológia kezdetben olyan drága volt, hogy nem minden hajón volt kronométer, amint azt a 372 emberéletet követelő hajótörést szenvedett Arniston nevű kelet-indiai hajó végzetes utolsó útja is mutatja. 1825-re azonban a Királyi Haditengerészet elkezdte rutinszerűen ellátni hajóit kronométerekkel.

A hajókon akkoriban gyakori volt, hogy hosszú útra indulás előtt egy időgömböt figyeltek meg, például a greenwichi Királyi Csillagvizsgálóban, hogy ellenőrizzék a kronométereket. A hajók minden nap rövid időre lehorgonyoztak a Temzénél Greenwichnél, és várták, hogy az obszervatórium gömbje pontosan 13 órakor leessen. Ez a gyakorlat kis részben hozzájárult ahhoz, hogy a greenwichi középidőt később nemzetközi szabványként fogadták el. (Az időgömbök 1920 körül váltak feleslegessé a rádióidőjelek bevezetésével, amelyeket mára nagyrészt a GPS-idő váltott fel.) Amellett, hogy az útra indulás előtt beállították az időt, a hajók kronométereit a tengeren rutinszerűen ellenőrizték pontosságukat hold- vagy napmegfigyelések elvégzésével. Általában a kronométert a fedélzet alatt, védett helyen szerelték fel, hogy elkerüljék a sérüléseket és az időjárás viszontagságainak való kitettséget. A tengerészek a kronométert egy úgynevezett hackóra beállításához használták, amelyet a fedélzeten vittek magukkal a csillagászati megfigyelések elvégzéséhez. Bár sokkal kevésbé pontos (és drágább), mint a kronométer, a hackóra a beállítása után rövid ideig (azaz a megfigyelések elvégzéséhez elegendő ideig) kielégítő volt.

Noha az ipari gyártási módszerek a 19. század közepén kezdték forradalmasítani az óragyártást, a kronométerek gyártása jóval tovább maradt kézműves alapú. A 20. század fordulója körül a svájci gyártók, mint például az Ulysse Nardin, nagy lépéseket tettek a modern gyártási módszerek beépítése és a teljesen cserélhető alkatrészek használata felé, de csak a második világháború kitörésével az egyesült államokbeli Hamilton Watch Company tökéletesítette a tömeggyártás folyamatát, ami lehetővé tette, hogy a második világháború idején több ezer darab Hamilton Model 21 és Model 22 kronométert gyártson az Egyesült Államok haditengerészete & Army és más szövetséges haditengerészetek számára. A Hamilton sikere ellenére a régi módon készült kronométerek a mechanikus időmérők korszakában sem tűntek el a piacról. A Thomas Mercer Chronometers azon cégek közé tartozik, amelyek továbbra is gyártják őket.

Pontosságuk és a tengeri időmérők által lehetővé tett navigációs bravúrok pontossága nélkül vitatható, hogy a Királyi Haditengerészet és ezen keresztül a Brit Birodalom felemelkedése talán nem történt volna ilyen elsöprő erejű; a birodalom háborúkkal és külföldi gyarmatok meghódításával történő kialakulása egy olyan időszakban zajlott, amikor a brit hajók a kronométereknek köszönhetően megbízható navigációval rendelkeztek, míg portugál, holland és francia ellenfeleik nem. Például: a franciák Indiában és más helyeken már Nagy-Britanniát megelőzve, de a hétéves háborúban a tengeri erőkkel legyőzték őket.

A tengeri kronométerek legteljesebb nemzetközi gyűjteménye, köztük Harrison H1-től H4-ig, a londoni Greenwich-i Királyi Obszervatóriumban található.

Vélemény, hozzászólás?

Az e-mail-címet nem tesszük közzé. A kötelező mezőket * karakterrel jelöltük