Джон Харрисон: Теңіздегі уақытты өлшеудің шебері

Кіріспе

Ағылшын сағаттауы (1693–1776)

Джон Харрисон (3 сәуір 1693 [Е.К. 24 наурыз 1693] – 24 наурыз 1776) – ағылшын шебер және сағаттауы, теңізде бойлықты анықтау мәселесін шешуге арналған, көптен ізделіп келген құрылғы – теңіз хронометрін ойлап тапқан. Харрисонның бұл шешімі теңіз жүзуді революцияландырып, ұзақ қашықтыққа теңізде саяхаттаудың қауіпсіздігін арттырды. Ол шешкен мәселе 1707 жылғы Силли аралдарындағы теңіз апатынан кейін аса маңызды деп есептелді, сондықтан 1714 жылғы Бойлық туралы заң бойынша британ Парламенті 20 000 фунт стерлингке дейін (қазіргі ақшамен шамамен ) қаржылық сыйлық ұсынды, бірақ Харрисон саяси бәсекелестікке байланысты бұл сыйлықтардың барлығын ала алмады. Харрисон алғашқы жобасын 1730 жылы ұсынды және көп жыл бойы жетілдірілген жобалар үстінде жұмыс істеді, уақытты өлшеу технологиясында бірнеше маңызды жаңалықтар жасады, соңында «теңіз сағаттары» деп аталатын құрылғыларға көшті. Харрисон жобаларын жасау және сынау үшін Бойлық кеңесінен қолдау алды. Өмірінің соңында ол Парламент тарапынан мойынтандырылып, сыйлық алды. 2002 жылы BBC жүргізген «100 ең ұлы британдықтар» дауыс беруде Харрисон 39-шы орынды иеленді.

Ұзындығы проблемасы

Ұзындығы Жер бетіндегі бір нүктенің орналасқан жерін, солтүстік-оңтүстік бағыттағы нүктелік сызықтан шығысқа немесе батысқа қарай анықтайды. Ол бастапқы меридианда 0°-тан басталып, шығысқа қарай +180° және батысқа қарай −180° дейін өзгеретін бұрыштық өлшем ретінде беріледі. Құрлыққа жақындағанда кеменің шығыс-батыс жағдайын білу өте маңызды. Ұзақ сапарларда, мүрделік есептеу арқылы анықталған орынның қателіктері жиналып, көбінесе кеме апаттарына және көптеген адамдардың қаза болуына әкеліп соқты. Мұндай апаттарды болдырмау Харрисонның өмірінде, сауда және дәл теңіз жүзу қажеттілігі әлемде күрт өскен кезде маңызды міндет болды. Теңіз саяхаты кезінде ұзындықты анықтау үшін көптеген идеялар ұсынылды. Алдыңғы әдістер жергілікті уақытты Гринвич немесе Париж сияқты анықтамалық нүктедегі белгілі уақытпен салыстыруға тырысты, бұл алғаш рет Джемма Фризиус ұсынған қарапайым теорияға негізделген. Бұл әдістер әртүрлі аспан денелерінің қозғалысының болжамдылығына байланысты астрономиялық бақылауларға сүйенді. Мұндай әдістердің қиындығы анықтамалық нүктедегі уақыттың дәл тіркелмесін сақтауда болды. Харрисон бұл мәселені тікелей шешуді көздеді, ұзақ уақыт аралығында тұрақты түзетулерсіз анықтамалық нүктенің уақытын дәл сақтай алатын сенімді сағат жасау арқылы. Қиындық температура, қысым немесе ылғалдылықтың өзгеруіне төтеп бере алатын, тұзды ауада тот баспайтын және үнемі қозғалатын кемеде жұмыс істей алатын сағат жасаумен байланысты болды. Исаак Ньютон мен Кристиан Гюйгенс сияқты көптеген ғалымдар мұндай сағатты жасау мүмкін емес деп күмәнданып, ұзындықты анықтаудың басқа әдістерін, мысалы, Ай қашықтығы әдісін жақтады. Гюйгенс ұзындықты анықтау әдісі ретінде маятник пен спиральді серіппелі сағатты пайдаланып сынақтар жүргізді, екі түрі де тұрақсыз нәтижелер берді. Ньютон: "Жақсы сағат теңізде бірнеше күнге есеп жүргізуге және аспан бақылауының уақытын білуге пайдалы болуы мүмкін; және осы мақсатта жақсы зергерлік сағат жақсырақ сағат табылғанша жеткілікті. Бірақ теңізде ұзындық жоғалғанда, оны ешқандай сағатпен қайта табу мүмкін емес".

Longitude fixes the location of a place on Earth east or west of a north–south reference line called the prime meridian. It is given as an angular measurement that ranges from 0° at the prime meridian to +180° eastward and −180° westward. Knowledge of a ship's east–west position is essential when approaching land. Over long voyages, cumulative errors in estimates of position by dead reckoning frequently led to shipwrecks and a great loss of life. Avoiding such disasters became vital in Harrison's lifetime, in an era when trade and the need for accurate navigation were increasing dramatically around the world. Many ideas were proposed for how to determine longitude during a sea voyage. Earlier methods attempted to compare local time with the known time at a reference place, such as Greenwich or Paris, based on a simple theory that had first been proposed by Gemma Frisius. The methods relied on astronomical observations that were themselves reliant on the predictable nature of the motions of different heavenly bodies. Such methods were problematic because of the difficulty in maintaining an accurate record of the time at the reference place. Harrison set out to solve the problem directly, by producing a reliable clock that could keep the time of the reference place accurately over long intervals without having to constantly adjust it. The difficulty was in producing a clock that was not affected by variations in temperature, pressure, or humidity, resisted corrosion in salt air, and was able to function on board a constantly moving ship. Many scientists, including Isaac Newton and Christiaan Huygens, doubted that such a clock could ever be built and favoured other methods for reckoning longitude, such as the method of lunar distances. Huygens ran trials using both a pendulum and a spiral balance spring clock as methods of determining longitude, with both types producing inconsistent results. Newton observed that "a good watch may serve to keep a reckoning at sea for some days and to know the time of a celestial observation; and for this end a good Jewel may suffice till a better sort of watch can be found out. But when longitude at sea is lost, it cannot be found again by any watch".

Бірінші үш теңізші

1720 жылдары ағылшын сағатшы Генри Салли бойлықты анықтауға арналған теңіз сағатын ойлап тапты: ол үлкен тепе-теңдік дөңгелегінен тұрды, ол фрикциялық роликтерге тік орнатылып, Debaufre типіндегі фрикциялық тоқтау арқылы қозғалды. Тепе-теңдіктің тербелісі көлденең иінтірек арқылы басқарылды, иінтірек салмақпен байланыстырылған және тепе-теңдікке жіп арқылы бекітілген. Бұл шешім температуралық қателіктерді болдырмады, себебі болатты тепе-теңдік серіппелеріне термиялық кеңею әсер етеді. Алайда, Суллидің сағаты тек тыныш ауа райында ғана дәл уақытты көрсетті, себебі кеменің қозғалысы тепе-теңдіктің тербелісіне әсер етті. Дегенмен, оның сағаттары теңізде уақытты өлшеуді жақсарту арқылы географиялық бойлықты анықтауға жасалған алғашқы маңызды әрекеттердің бірі болды. Гаррисонның машиналары көлемі жағынан үлкен болса да, ұқсас құрылымға ие: H3 тік орнатылған тепе-теңдік дөңгелегінен және сол өлшемдегі басқа дөңгелекпен байланысты, бұл кеменің қозғалысынан туындайтын мәселелерді жояды. 1716 жылы Салли өзінің алғашқы Montre de la Mer сағатын француз Ғылым академиясына ұсынды, ал 1726 жылы «М. Сулли ойлап тапқан және жасаған сағат» деген мақала жариялады. Ол оны Корольдік қоғам мүшелеріне көрсетті, олар Лонгитуда кеңесіне оның атынан сөйледі. Сағат кеңес қараған алғашқы ұсыныс болды, оны теңізде сынақтан өткізуге лайық деп таныды. 1736 жылы Гаррисон капитан Джордж Проктордың басшылығымен HMS Centurion кемесімен Лиссабонға аттанды және Проктор 1736 жылдың 4 қазанында Лиссабонда қайтыс болғаннан кейін HMS Orford кемесімен оралды. Сағат сыртқа қарай саяхатта уақытты жоғалтты. Бірақ кері сапарда жақсы жұмыс істеді: «Орфордтың» капитаны мен навигаторы дизайнына жоғары баға берді. Навигатор өзінің есептеулері бойынша кеме нақты жерге жеткен жерден алпыс миль шығысқа қарай орналасқандығын айтты, бұл Гаррисонның H1 сағатымен дұрыс болжаған нәрсесі болды. Бұл Лонгитуда кеңесінің сыйлықты алу үшін қойған шарттарында белгіленген трансатланттық сапар емес еді, бірақ кеңес Гаррисонға одан әрі дамыту үшін 500 фунт стерлинг берді. 1737 жылы Гаррисон Лондонға көшіп келді және H2 сағатын жасады, ол ықшамдау және берік болды. 1741 жылы үш жыл бойы құрастырылып, екі жыл бойы сынақтан өткеннен кейін H2 дайын болды, бірақ сол кезде Ұлыбритания Аустрия мұрагерлік соғысында Испаниямен соғыста болды, сондықтан механизм испандықтардың қолына тиіп қалмас үшін қауіпті деп есептелді. Соған қарамастан, Гаррисон екінші машинаны жасауды тоқтатты, себебі штангалық тепе-теңдіктер тұжырымында күрделі ақаулық тапты. Ол штангалық тепе-теңдіктердің тербеліс периодының кеменің бұрылуына (кеме тік осі бойынша бұрылғанда, мысалы, «түзуленгенде») әсер етуі мүмкін екенін мойындамады. Осыдан кейін ол үшінші теңіз сағатында (H3) дөңгелек тепе-теңдікті қабылдауға мәжбүр болды. Кеңес оған тағы 500 фунт стерлинг берді, соғыс аяқталуын күтіп, ол H3 сағатын жасауға кірісті. Гаррисон осы үшінші «теңіз сағатын» он жеті жыл бойы жасады, бірақ барлық күш-жігеріне қарамастан, ол толыққанды қалағандай жұмыс істемеді. Проблема мынада болды: Гаррисон тепе-теңдік дөңгелектерін басқаруға арналған серіппелердің физикасын толық түсінбегендіктен, дөңгелектердің уақыты изохронды болмады, бұл оның дәлдігіне әсер етті. Инженерлік әлем мұндай қолданыс үшін серіппелердің қасиеттерін толық түсіну үшін тағы екі ғасыр күтуге мәжбүр болды. Осыған қарамастан, бұл өте құнды тәжірибе болды және оның құрылысынан көп нәрсе үйренді. Әрине, осы машинада Гаррисон әлемге екі маңызды мұра қалдырды: биметалдық жолақ және шарлы подшипник.

In the 1720s, the English clockmaker Henry Sully invented a marine clock that was designed to determine longitude: this was in the form of a clock with a large balance wheel that was vertically mounted on friction rollers and impulsed by a frictional rest Debaufre type escapement. Very unconventionally, the balance oscillations were controlled by a weight at the end of a pivoted horizontal lever attached to the balance by a cord. This solution avoided temperature error due to thermal expansion, a problem which affects steel balance springs. Sully's clock kept accurate time only in calm weather, however, because the balance oscillations were affected by the pitching and rolling of the ship. Still, his clocks were among the first serious attempts to find longitude by improving the accuracy of timekeeping at sea. Harrison's machines, though much larger, are of similar layout: H3 has a vertically mounted balance wheel and is linked to another wheel of the same size, an arrangement that eliminates problems arising from the ship's motion. In 1716, Sully presented his first Montre de la Mer to the French Académie des Sciences and in 1726 he published Une Horloge inventée et executée par M. Sulli. He demonstrated it to members of the Royal Society who spoke on his behalf to the Board of Longitude. The clock was the first proposal that the Board considered to be worthy of a sea trial. In 1736, Harrison sailed to Lisbon on HMS Centurion under the command of Captain George Proctor and returned on HMS Orford after Proctor died at Lisbon on 4 October 1736. The clock lost time on the outward voyage. However, it performed well on the return trip: both the captain and the sailing master of the Orford praised the design. The master noted that his own calculations had placed the ship sixty miles east of its true landfall which had been correctly predicted by Harrison using H1. This was not the transatlantic voyage stipulated by the Board of Longitude in their conditions for winning the prize, but the Board was impressed enough to grant Harrison £500 for further development. Harrison had moved to London by 1737 and went on to develop H2, a more compact and rugged version. In 1741, after three years of building and two of on land testing, H2 was ready, but by then Britain was at war with Spain in the War of the Austrian Succession, and the mechanism was deemed too important to risk falling into Spanish hands. In any event, Harrison suddenly abandoned all work on this second machine when he discovered a serious design flaw in the concept of the bar balances. He had not recognized that the period of oscillation of the bar balances could be affected by the yawing action of the ship (when the ship turned upon its vertical axis, such as when "coming about" while tacking). It was this that led him to adopt circular balances in the Third Sea Clock (H3). The Board granted him another £500, and while waiting for the war to end, he proceeded to work on H3. Harrison spent seventeen years working on this third "sea clock", but despite every effort it did not perform exactly as he had wished. The problem was that, because Harrison did not fully understand the physics behind the springs used to control the balance wheels, the timing of the wheels was not isochronous, a characteristic that affected its accuracy. The engineering world was not to fully understand the properties of springs for such applications for another two centuries. Despite this, it had proved a very valuable experiment and much was learned from its construction. Certainly in this machine Harrison left the world two enduring legacies – the bimetallic strip and the caged roller bearing.

Ұзындығы бойынша сағаттар

Отыз жыл бойы түрлі әдістерді талмай іздегеннен кейін, Гаррисон таң қалды – Грэхамның ізбасары Томас Мадж жасаған кейбір сағаттар оның алып теңіз сағаттарымен бірдей дәлдікпен уақытты көрсетеді. 1740 жылдардың басында Бенджамин Хантсман жасаған жаңа "Хантсман" немесе "Круцибл" болаттың қолжетімді болуының арқасында Мадж мұны іске асырған болуы мүмкін. Бұл болат мықты тісті дөңгелектер жасауға мүмкіндік берді, бірақ ең бастысы – берік және жоғары сапалы жылтыратылған цилиндрлік тепе-теңдік механизмын жасауға көмектесті. Содан кейін Гаррисон қарапайым сағаттың да қажетті дәлдікке жетіп, теңіз уақыт өлшегіші ретінде пайдалануға ыңғайлы екенін түсінді. Ол сағатты уақытты өлшейтін құрылғы ретінде қайта жобалады, оның дизайнын ғылыми принциптерге негіздеді.

"Джеффрис" сағаты

Ол 1750-ші жылдардың басында өзінің жеке пайдалануы үшін дәлдік сағатын жасады, оны сағатшы Джон Джеффрис 1752–1753 жылдары жасады. Бұл сағатқа жаңа фрикциялық демалыс механизмі енгізілді және ол температура өзгерістеріне компенсация жасаған алғашқы сағат болды, сонымен қатар Гаррисонның дизайнындағы алғашқы миниатюралық күштік механизмді (fusee) қамтыды, бұл сағатты бұрап тұрғанда да жұмыс істеуін қамтамасыз етті. Осы ерекшеліктер "Джеффрис" сағатының өте табысты болуына әкелді, және Харрисон оны өзі ұсынған екі жаңа уақыт өлшегіштің дизайнына енгізді. Бұл үлкен сағат және одан кіші, бірақ ұқсас үлгідегі сағат болды. Дегенмен, тек үлкенірек No. 1 сағаты (немесе кейде "H4" деп аталады) аяқталған сияқты көрінеді (төмендегі "H4" сілтемесін қараңыз). Лондонның ең шебер жұмысшыларының көмегімен ол әлемдегі алғашқы сәттік теңіздік хронометрін жасап шығарды, бұл навигаторға кеменің бойлық орнын дәл анықтауға мүмкіндік берді. Маңыздысы, Харрисон барлық адамға сағатты пайдаланып бойлықты есептеуге болатынын көрсетті. Бұл Харрисонның шедеврі – сол дәуірдегі үлкен қалта сағатына ұқсайтын әдемі құрал болды. Ол Харрисонның қолымен жазылған, "No 1" деп белгіленген және 1759 жылмен даталанған.

H4

Харрисонның алғашқы "теңіз сағаты" (қазіргі H4 деп аталады) диаметрі бірнеше күміс жұп корпуста орналасқан. Сағаттың механизмі сол кезең үшін өте күрделі, ол сол кездегі әдеттегі механизмнің үлкен нұсқасына ұқсайды. Жығарылған болат серіппе ішіндегі латунь серіппелік барабан 30 сағаттық қуатты қамтамасыз етеді. Бұл, конус пішіндес шкивке (физике) оралған тізбекті тартатын тұтқа барабанымен жабылады. Физиктің үстіне орамалық квадрат (жеке кілт қажет) орнатылған. Бұл физиктің негізіне бекітілген үлкен дөңгелек қозғалыстың қалған бөлігіне қуат жеткізеді. Физикада H4 сағатын жұмыс істеу кезінде де қуатты сақтайтын механизм – күшті сақтау механизмі орналасқан. Гулдтан: Харрисонның құлағының D пішіндес паллеттері алмастан жасалған, ұзындығы шамамен 2 мм, қисық жағының радиусы 0,6 мм, бұл сол кездегі өндірістің елеулі жетістігі. Техникалық себептерге байланысты, баланс сол кездегі әдеттегі сағатқа қарағанда әлдеқайда үлкен болды, диаметрі өлшенді және тербелістері үш айналымды жазық болат серіппемен басқарылды, сондай-ақ ұзын тік құйрығы болды. Серіппе ұшынан қалыңдап, ортасындағы тұтқаға қарай жұқарады. Механизмде секундтық стрелкасы бар орталық секундтық қозғалыс та бар. Үшінші дөңгелек ішкі тістермен жабдықталған және сол кезеңдегі тесілген және өрнектелген көпірге ұқсас күрделі көпірге ие. Ол секундына 5 рет соққы береді және 7 1/2 секундтық шағын ремontoирмен жабдықталған. Сағат толық қуатын жоғалтпастан жарты сағат бұрын тоқтатылатын баланс тежегіші, физиканың орнына байланысты жұмыс істейді. Температураны өтеу "компенсациялық жиек" (немесе Харрисон оны "Термометр Кирб" деп атаған) түрінде жүзеге асырылады. Бұл реттегіш сырғада орнатылған екі металлдан жасалған жолақ түрінде болады және бос ұшында борт шыналарын ұстайды. Бастапқы сынақтар кезінде Харрисон осы реттеуді сырғада қолданбай, оның көрсеткіш циферблатын немесе фигуралық бөлігін қалдырды. Бұл алғашқы сағатты жасауға алты жыл кетті, содан кейін Ұзындық жөніндегі Кеңес оны Портсмуттан Ямайканың Кингстон қаласына сапарда сынап көруге шешім қабылдады. Осы мақсатта ол 1761 жылдың 18 қарашасында Портсмуттан шыққан 50 зеңбірекке орналастырылды. 68 жастағы Харрисон оны ұлы Уильямтың қамқорлығына тапсырып, Атлантикалық мұхитты кесіп өтетін сынаққа жіберді. 1761 жылдың 6 қарашасындағы мәліметтерге сәйкес, сағат 3 секундқа баяу болды, ал 9 күн ішінде 24 секунд жоғалды. Сондықтан сағаттың тәуліктік жылдамдығы күніне 24/9 секундқа баяу деп белгіленді. Депфорд өзінің мақсатына жеткенде, бастапқы 3 секундтық қателікті түзеткеннен және 81 күн 5 сағаттық сапар барысында күндізгі мөлшермен жиналған 3 минут 36,5 секундтық жоғалтуды ескергеннен кейін, Уильям Харрисон 14 зеңбірекке мініп, 1762 жылдың 26 наурызында Англияға оралды және тәжірибенің сәтті аяқталғанын хабарлады. Осы уақыт аралығында Харрисонның сағатын ұзақ мерзімді жердегі сынақтар үшін Корольдік астрономға тапсыру қажет болды. Өкінішке орай, Невил Маскелин Барбадостан оралғаннан кейін Корольдік астроном болып тағайындалды, сондықтан ол Ұзындық жөніндегі Кеңеске де кірді. Ол сағаттың теріс есебін қайтарды, оның "жылдамдығы" (күнделікті пайда болған немесе жоғалған уақыт мөлшері) өзін-өзі жоятын дәлсіздіктерге байланысты екенін мәлімдеді және бойлықты өлшеу кезінде оны ескермеуге бас тартты. Осылайша, Харрисонның алғашқы теңіз сағаты екі бұрынғы сынақта сәтті болғанына қарамастан, Кеңестің қажеттіліктерін қанағаттандыра алмады. Харрисон екінші "теңіз сағатын" (H5) жасауға кірісті, ал біріншісін сынау кезінде Харрисонның пікірінше, Кеңес барымтаға алған. Үш жылдан кейін ол одан шаршады; Харрисон "маған жақсырақ қарым-қатынас жасауды күткен мырзалар тарапынан өте жаман пайдаланылдым" деп сезінді және король Георг III-нің көмегін алуға шешім қабылдады. Ол Кеңес патшаны ашуға түсірген сарайда кездесуге мүмкіндік алды. Георг патша сағатты 2 (H5) өзі сынады, сарайда және 1772 жылдың мамыр және шілде айлары аралығында он апта бойы күнделікті бақылаудан кейін, ол күніне бір секундтың үштен бір бөлігіне дейін дәл екенін анықтады. Георг патша Харрисонға оларды жазалау үшін жеке өзі келіп, толық сыйлық алу үшін Парламентке өтініш беруді ұсынды. Ақыры 1773 жылы, 80 жасында, Харрисон Парламенттен өзінің жетістіктері үшін 8 750 фунт стерлинг сомасында ақшалай сыйлық алды, бірақ ол ешқашан ресми сыйлық алған жоқ (бұл ешкімге берілмеген). Ол үш жыл ғана өмір сүрді. Барлығы Харрисон хронометрлердегі жұмысы үшін 23 065 фунт стерлинг алды. Ол өзінің жұмысы үшін Лонгитуд Кеңесінен 4 315 фунт стерлинг, 1765 жылы H4 үшін аралық төлем ретінде 10 000 фунт стерлинг және 1773 жылы Парламенттен 8 750 фунт стерлинг алды. Бұл оған өмірінің көп бөлігінде лайықты табыс әкелді (2007 жылы шамамен 450 000 фунт стерлингке тең, бірақ оның барлық шығындары, мысалы, материалдар және басқа сағатшыларға жұмыс беру осы сомадан төленді). Ол өмірінің соңғы он жылдығында қазіргі терминдермен миллионерге тең болды. Капитан Джеймс Кук өзінің екінші және үшінші сапарларында H4-тің көшірмесі болған K1-ді пайдаланды, ал бірінші сапарында айлық арақашықтық әдісін қолданған. K1-ді Джон Джеффриске шәкірт болған Ларкум Кендалл жасаған. Куктың кемелік журналы сағатқа және оның көмегімен жасалған Оңтүстік Тынық мұхитының карталарына толы мақтаулармен толы. K2 HMS Bounty кемесінің командирі лейтенант Уильям Блайға берілді, бірақ ол танымал бүлік кезінде Флетчер Кристианмен сақталды. Ол 1808 жылға дейін Питкерн аралынан қалпына келтірілмеді, ол капитан Мейхью Фолгерге берілді, содан кейін Лондондағы Ұлттық теңіз мұражайына жеткенше бірнеше қоғамдық орындардан өтті. Бастапқыда осы хронометрлердің құны жоғары болды (кеменің құнының шамамен 30%). Алайда, уақыт өте келе, 19 ғасырдың басында құн 25 фунттан 100 фунтқа дейін төмендеді (білікті жұмысшының жарты жылдықтан екі жылдық жалақысы). Көптеген тарихшылар хронометрлердің уақыт өте келе салыстырмалы түрде аз өндірілгенін олардың кеңінен қолданылмағанының дәлелі ретінде қарастырады. Алайда, Ландес сонымен қатар көптеген сауда теңізшілері жарты бағасымен палубалық хронометрмен көңіл көшіруге болатындығын айтады. Бұл қораптағы теңіз хронометрі сияқты дәл болмаса да, көптеген жағдайларда жеткілікті болды. Айлық арақашықтық әдісі бастапқыда теңіз хронометрін толықтырып, оған бәсекелес болса да, 19 ғасырға қарай хронометр оны басып өтетін болды. Харрисонның дәлірек уақытты өлшеу құралының нәтижесінде бойлықты дәл есептеуге мүмкіндік болды, бұл құралды қазіргі заманның негізгі кілтіне айналдырды. Харрисоннан кейін теңіз уақыт санағышын Джон Арнольд қайта ойлап жасады, ол өзінің дизайнын Харрисонның ең маңызды қағидаларына негіздесе де, оны жеткілікті түрде жеңілдетіп, 1783 жылдан бастап бірдей дәл, бірақ әлдеқайда арзан теңіз хронометрлерін көптеп өндіруге мүмкіндік берді. Дегенмен, көп жылдар бойы, тіпті 18 ғасырдың соңына қарай да, хронометрлер қымбат сирек кездесетін нәрселер болып қала берді, олардың қабылдануы мен қолданылуының жоғары өндіріс құнына байланысты баяу жүрді. Арнольдтың патенттерінің 1790 жылдардың соңында мерзімі аяқталуы Томас Эрншоу сияқты көптеген сағатшыларға Арнольдтықтардан да арзан бағамен көптеп хронометрлер өндіруге мүмкіндік берді. 19 ғасырдың басында теңізде онысыз жүруге кеңес берілмейтін және ойлануға болмайтын жағдайға жетті. Хронометрді пайдалану навигацияға көмектеседі, жақсырақ кемелерді және өмірді сақтайды – сақтандыру саласы, өзімшілдік және ақыл-ойы осы құралды теңіз саудасының әмбебап құралына айналдырды.

Harrison's first "sea watch" (now known as H4) is housed in silver pair cases some in diameter. The clock's movement is highly complex for the period, resembling a larger version of the then current conventional movement. A coiled steel spring inside a brass mainspring barrel provides 30 hours of power. This is covered by the fusee barrel which pulls a chain wrapped around the conically shaped pulley known as the fusee. The fusee is topped by the winding square (requiring separate key). The great wheel attached to the base of this fusee transmits power to the rest of the movement. The fusee contains the maintaining power, a mechanism for keeping the H4 going while being wound. From Gould:

The D shaped pallets of Harrison's escapement are both made of diamond, approximately 2 mm long with the curved side radius of 0.6 mm, a considerable feat of manufacture at the time. For technical reasons the balance was made much larger than in a conventional watch of the period, in diameter weighing and the vibrations controlled by a flat spiral steel spring of three turns with a long straight tail. The spring is tapered, being thicker at the stud end and tapering toward the collet at the centre. The movement also has centre seconds motion with a sweep seconds hand. The Third Wheel is equipped with internal teeth and has an elaborate bridge similar to the pierced and engraved bridge for the period. It runs at 5 beats (ticks) per second, and is equipped with a tiny 7 1/2 second remontoire. A balance brake, activated by the position of the fusee, stops the watch half an hour before it is completely run down, in order that the remontoire does not run down also. Temperature compensation is in the form of a 'compensation curb' (or 'Thermometer Kirb' as Harrison called it). This takes the form of a bimetallic strip mounted on the regulating slide, and carrying the curb pins at the free end. During its initial testing, Harrison dispensed with this regulation using the slide, but left its indicating dial or figure piece in place. This first watch took six years to construct, following which the Board of Longitude determined to trial it on a voyage from Portsmouth to Kingston, Jamaica. For this purpose it was placed aboard the 50 gun , which set sail from Portsmouth on 18 November 1761. Harrison, by then 68 years old, sent it on this transatlantic trial in the care of his son, William. The watch was tested before departure by Robertson, Master of the Academy at Portsmouth, who reported that on 6 November 1761 at noon it was 3 seconds slow, having lost 24 seconds in 9 days on mean solar time. The daily rate of the watch was therefore fixed as losing 24/9 seconds per day. When Deptford reached its destination, after correction for the initial error of 3 seconds and accumulated loss of 3 minutes 36.5 seconds at the daily rate over the 81 days and 5 hours of the voyage, William Harrison returned aboard the 14 gun , reaching England on 26 March 1762 to report the successful outcome of the experiment. In the meantime Harrison's watch would have to be turned over to the Astronomer Royal for long term on land testing. Unfortunately, Nevil Maskelyne had been appointed Astronomer Royal on his return from Barbados, and was therefore also placed on the Board of Longitude. He returned a report of the watch that was negative, claiming that its "going rate" (the amount of time it gained or lost per day) was due to inaccuracies cancelling themselves out, and refused to allow it to be factored out when measuring longitude. Consequently, this first Marine Watch of Harrison's failed the needs of the Board despite the fact that it had succeeded in two previous trials. Harrison began working on his second 'sea watch' (H5) while testing was conducted on the first, which Harrison felt was being held hostage by the Board. After three years he had had enough; Harrison felt "extremely ill used by the gentlemen who I might have expected better treatment from" and decided to enlist the aid of King George III. He obtained an audience with the King, who was extremely annoyed with the Board. King George tested the watch No. 2 (H5) himself at the palace and after ten weeks of daily observations between May and July in 1772, found it to be accurate to within one third of one second per day. King George then advised Harrison to petition Parliament for the full prize after threatening to appear in person to dress them down. Finally in 1773, when he was 80 years old, Harrison received a monetary award in the amount of £8,750 from Parliament for his achievements, but he never received the official award (which was never awarded to anyone). He was to survive for just three more years. In total, Harrison received £23,065 for his work on chronometers. He received £4,315 in increments from the Board of Longitude for his work, £10,000 as an interim payment for H4 in 1765 and £8,750 from Parliament in 1773. This gave him a reasonable income for most of his life (equivalent to roughly £450,000 per year in 2007, though all his costs, such as materials and subcontracting work to other horologists, had to come out of this). He became the equivalent of a multi millionaire (in today's terms) in the final decade of his life. Captain James Cook used K1, a copy of H4, on his second and third voyages, having used the lunar distance method on his first voyage. K1 was made by Larcum Kendall, who had been apprenticed to John Jefferys. Cook's log is full of praise for the watch and the charts of the southern Pacific Ocean he made with its use were remarkably accurate. K2 was loaned to Lieutenant William Bligh, commander of HMS Bounty, but it was retained by Fletcher Christian following the infamous mutiny. It was not recovered from Pitcairn Island until 1808, when it was given to Captain Mayhew Folger, and then passed through several hands before reaching the National Maritime Museum in London. Initially, the cost of these chronometers was quite high (roughly 30% of a ship's cost). However, over time, the costs dropped to between £25 and £100 (half a year's to two years' salary for a skilled worker) in the early 19th century. Many historians point to relatively low production volumes over time as evidence that the chronometers were not widely used. However, Landes Also, many merchant mariners would make do with a deck chronometer at half the price. These were not as accurate as the boxed marine chronometer but were adequate for many. While the Lunar Distances method would complement and rival the marine chronometer initially, the chronometer would overtake it in the 19th century. The more accurate Harrison timekeeping device led to the much needed precise calculation of longitude, making the device a fundamental key to the modern age. Following Harrison, the marine timekeeper was reinvented yet again by John Arnold, who, while basing his design on Harrison's most important principles, at the same time simplified it enough for him to produce equally accurate but far less costly marine chronometers in quantity from around 1783. Nonetheless, for many years even towards the end of the 18th century, chronometers were expensive rarities, as their adoption and use proceeded slowly due to the high expense of precision manufacturing. The expiry of Arnold's patents at the end of the 1790s enabled many other watchmakers including Thomas Earnshaw to produce chronometers in greater quantities at less cost even than those of Arnold. By the early 19th century, navigation at sea without one was considered unwise to unthinkable. Using a chronometer to aid navigation simply saved lives and ships – the insurance industry, self interest, and common sense did the rest in making the device a universal tool of maritime trade.

Өлім және еске алу

Харрисон 1776 жылғы 24 наурызда, сексен екі жасында, сексен үшінші туған күніне жетпей қайтыс болды. Алаңның оңтүстік жағында орналасқан 1925 жылғы модернистік кеңсе үйі Саммит Хаустың қабырғасында Харрисонға арналған көк тақта орнатылған. 2006 жылғы 24 наурызда Вестминстер аббаттығында Харрисонға арналған ескерткіш тақта ашылды, ол өзінің досы Джордж Грэм және Томас Томппионмен бірге, «Ағылшын сағат жасау өнерінің әкесі» атанған олармен тең дәрежедегі серік ретінде мойындалды. Ескерткіште екі металдан жасалған меридиан сызығы (тұрақты бойлық сызығы) көрсетілген, бұл Харрисонның ең танымал өнертабысы – биметалды жолақты термометрді көрсету үшін жасалған. Жолаққа оның батыс бойлық орны 0 градус, 7 минут және 35 секунд деп жазылған. 2008 жылы ашылған Кембридж университетіндегі Corpus сағаты – бұл дизайнердің Харрисонның еңбектеріне жасаған құрметі, бірақ ол электромеханикалық конструкцияға ие. Сыртқы түрінде Харрисонның шегірткелі тепе-теңдігі бейнеленген, ал «палеттік каркас» нағыз шегірткеге ұқсатып жасалған. Бұл сағаттың ерекше белгісі. 2014 жылы Northern Rail компаниясы 153316 нөмірі бар дизельді вагонын Джон «Бойлық» Харрисон деп атады. 2018 жылғы 3 сәуірде Google оның 325 жылдық туған күнін Google Doodle арқылы атап өтті. 2020 жылғы ақпан айында Джон Харрисонның қоладан жасалған мүсіні Барроу-апон-Хамберде ашылды. Мүсіннің авторы – мүсінші Маркус Корниш.

Кейінгі тарихы

Бірінші дүниежүзілік соғыстан кейін Гаррисонның сағаттарын Гринвичтегі Корольдік обсерваторияда зейнеткер әскери офицер, лейтенант-командир Руперт Т. Гулд қайтадан тапты. Сағаттар өте қиын жағдайда болды және Гулд көптеген жылдар бойы оларды құжаттап, жөндеу және қалпына келтірумен айналысты, бірақ оның еңбегі үшін ешқандай сыйақы алмады. Гулд алғаш рет Гаррисонның сағаттарын H1-ден H5-ке дейін белгіледі, бастапқыда оларды No.1-ден No.5-ке дейін деп атады. Өкінішке орай, Гулд жасаған өзгерістер мен жөндеулер қазіргі музейлік сақтау стандарттарына сай келмейді, бірақ көптеген Гаррисон зерттеушілері Гулдтың тарихи артефакттардың жұмыс істейтін механизмдер ретінде бүгінгі күнге дейін сақталуын қамтамасыз еткені үшін оған ризашылық білдіреді. Гулд 1923 жылы жарық көрген «The Marine Chronometer» атты еңбегін жазды, онда орта ғасырдан 1920 жылдарға дейінгі хронометрлердің тарихы баяндалған. Бұл кітап теңіз хронометрі саласындағы ең беделді туынды болып саналады. Бүгінде қалпына келтірілген H1, H2, H3 және H4 сағаттарын Гринвичтегі Корольдік обсерваторияда көруге болады. H1, H2 және H3 әлі де жұмыс істейді, ал H4 тоқтатылған күйде сақталады, себебі ол, алғашқы үш сағаттан айырмашылығы, майлау үшін майға мұқтаж және ол жұмыс істеген кезде тозуға ұшырайды. H5 Лондон сағатшыларының құрметті компаниясына тиесілі және бұрын Лондонның Гильдия залындағы Сағатшылар мұражайында Компания коллекциясының бөлігі ретінде қойылған болатын; 2015 жылдан бері коллекция Лондонның Ғылым мұражайында көрсетілуде. Өмірінің соңғы жылдарында Джон Гаррисон музыкалық аспаптарды келістіру және қоңырау жасау әдістерін зерттеу туралы жазды. Оның келістіру жүйесі (пи санынан туындаған меандық жүйе) «A Description Concerning Such Mechanism» (CSM) атты жазбасында сипатталған. Бұл жүйе гармоникалардың бүтін сандық жиіліктер арақатынасында пайда болатын дәстүрлі көзқарасқа қарсы болды, нәтижесінде осы келістіруді қолданатын барлық музыка төмен жиілікті соққылар тудырады. 2002 жылы Гаррисонның соңғы қолжазбасы, «Музыканың негізі туралы шындық және қысқа, бірақ толық есеп, немесе, негізінен, Мелодияның табиғи ноталарының болуы» АҚШ Конгресс кітапханасында қайта табылды. Оның қоңырау жасау математикасы туралы теориялары («радикалды сандарды» қолдану) әлі де толыққанды түсінілмеген. Оның соңғы жылдары айтқан даулы мәлімдемелерінің бірі – өзінің кез келген бәсекелес үлгіден де дәл жер сағатын жасауға қабілетті екендігі. Ол 100 күн ішінде бір секундқа дейін дәл уақытты көрсете алатын сағатты жасағанын мәлімдеді.

After World War I, Harrison's timepieces were rediscovered at the Royal Greenwich Observatory by retired naval officer Lieutenant Commander Rupert T. Gould. The timepieces were in a highly decrepit state and Gould spent many years documenting, repairing and restoring them, without compensation for his efforts. Gould was the first to designate the timepieces from H1 to H5, initially calling them No.1 to No.5. Unfortunately, Gould made modifications and repairs that would not pass today's standards of good museum conservation practice, although most Harrison scholars give Gould credit for having ensured that the historical artifacts survived as working mechanisms to the present time. Gould wrote The Marine Chronometer, published in 1923, which covered the history of chronometers from the Middle Ages to the 1920s, and which included detailed descriptions of Harrison's work and the subsequent evolution of the chronometer. The book remains the authoritative work on the marine chronometer. Today the restored H1, H2, H3, and H4 timepieces can be seen on display in the Royal Observatory at Greenwich. H1, H2, and H3 still work: H4 is kept in a stopped state because, unlike the first three, it requires oil for lubrication and so will degrade as it runs. H5 is owned by the Worshipful Company of Clockmakers of London, and was previously on display at the Clockmakers' Museum in the Guildhall, London, as part of the Company's collection; since 2015 the collection has been displayed in the Science Museum, London. In the final years of his life, John Harrison wrote about his research into musical tuning and manufacturing methods for bells. His tuning system (a meantone system derived from pi), is described in his pamphlet A Description Concerning Such Mechanism (CSM). This system challenged the traditional view that harmonics occur at integer frequency ratios and in consequence all music using this tuning produces low frequency beating. In 2002, Harrison's last manuscript, A true and short, but full Account of the Foundation of Musick, or, as principally therein, of the Existence of the Natural Notes of Melody, was rediscovered in the US Library of Congress. His theories on the mathematics of bell manufacturing (using "Radical Numbers") are yet to be clearly understood. One of the controversial claims of his last years was that of being able to build a land clock more accurate than any competing design. Specifically, he claimed to have designed a clock capable of keeping accurate time to within one second over a span of 100 days.

Әдебиетте, теледидарда, драмалық және музыкалық салаларда

1995 жылы Гарвард университетінде өткен, Ұлттық сағат және сағат коллекционерлері қауымдастығы ұйымдастырған, бойлық мәселесіне арналған симпозиумнан шабыттанған Дава Собель Гаррисонның еңбегі туралы кітап жазды. "Бойлық: Өз заманының ең үлкен ғылыми мәселесін шешкен жалғыз генийдің шын тарихы" атты кітап сағаттану тақырыбындағы тұңғыш бестселлерге айналды. 1998 жылы Уильям Дж. Х. Эндрюс таңдаған 180 сурет қоса, Собельдің мәтінімен бірге "The Illustrated Longitude" жарық көрді. 1999 жылы Чарльз Стерридж кітапты Granada Productions компаниясы үшін Channel 4 телеарнасымен 4 бөлімдік драмалық сериал ретінде бейімдеді, оның атауы "Бойлық" болды. Сол жылы АҚШ-та оны A&E телеканалы көрсетті. Бұл туындыда Майкл Гэмбон Гаррисон рөлінде, ал Джереми Айронс Гулд рөлінде ойнады. Собельдің кітабы сондай-ақ PBS NOVA телебағдарламасының "Теңізде жоғалған: Бойлықты іздеу" атты эпизодының негізі болды. Гаррисонның теңіз сағаттары 1996 жылғы "Only Fools And Horses" британдық комедиялық сериалының Рождестволық арнайы эпизодында, "Time on Our Hands" атты эпизодта маңызды рөл атқарды. Эпизодтың сюжеті Гаррисонның кішігірім H6 сағатын табу және оны аукционда сату туралы. Құрылғы Sotheby's аукционында 6.2 миллион фунт стерлингке сатылды. Брайан МакНилл мен Дик Гоган жазған "Джон Харрисонның қолдары" әні 2001 жылы "Outlaws & Dreamers" альбомында жарияланды. Стив Найтли де осы әнді орындады, ол 2011 жылы "Live in Somerset" альбомында пайда болды. Бұл әнді британдық Show of Hands тобы да орындады және олардың 2016 жылғы "The Long Way Home" альбомында жарияланды. 1998 жылы британ композиторы Харрисон Биртвистл Гаррисонның әртүрлі сағаттарының музыкалық бейнелерін қамтитын "Харрисонның сағаттары" атты фортепианолық шығармасын жазды. Композитор Питер Грэмнің "Харрисонның арманы" шығармасы Гаррисонның дәл сағат жасауға арналған қырық жылдық ізденісіне арналған. Грэм бір уақытта қола және үрлемелі аспаптар оркестрлері үшін нұсқалармен жұмыс істеді, олардың тұңғыш орындалуы 2000 жылдың қазанында және 2001 жылдың ақпанында, төрт ай аралығында өтті.

In 1995, inspired by a Harvard University symposium on the longitude problem organized by the National Association of Watch and Clock Collectors, Dava Sobel wrote a book on Harrison's work. Longitude: The True Story of a Lone Genius Who Solved the Greatest Scientific Problem of His Time became the first popular bestseller on the subject of horology. The Illustrated Longitude, in which Sobel's text was accompanied by 180 images selected by William J. H. Andrewes, appeared in 1998. The book was dramatised for UK television by Charles Sturridge in a Granada Productions 4 episode series for Channel 4 in 1999, under the title Longitude. It was broadcast in the US later that same year by co producer A&E. The production starred Michael Gambon as Harrison and Jeremy Irons as Gould. Sobel's book was also the basis for a PBS NOVA episode entitled Lost at Sea: The Search for Longitude. Harrison's marine time keepers were an essential part of the plot in the 1996 Christmas special of long running British sitcom Only Fools And Horses, entitled "Time on Our Hands". The plot concerns the discovery and subsequent sale at auction of Harrison's Lesser Watch H6. The fictional watch was auctioned off at Sotheby's for £6.2 million. The song "John Harrison's Hands", written by Brian McNeill and Dick Gaughan, appeared on the 2001 album Outlaws & Dreamers. The song has also been covered by Steve Knightley, appearing on his album 2011 Live in Somerset. It was further covered by the British band Show of Hands and appears on their 2016 album The Long Way Home. In 1998, British composer Harrison Birtwistle wrote the piano piece "Harrison's clocks" that contains musical depictions of Harrison's various clocks. Composer Peter Graham's piece Harrison's Dream is about Harrison's forty year quest to produce an accurate clock. Graham worked simultaneously on the brass band and wind band versions of the piece, which received their first performances just four months apart, in October 2000 and February 2001 respectively.