Navigationsmetodernas utveckling


För 200 år sedan fanns det inget säkert sätt att få sin position på havet. Den nation som fann en metod kunde bli världens ledande ekonomiska makt. I Paris och Greenwich byggde man observatorier för att se om man kunde ta månen och stjärnorna till hjälp. Lösningen skulle komma från de kungliga institutionerna eller de stora universiteten.

I en engelsk by tillverkade snickaren John Harrison klockor. Han hade ingen formell utbildningen men hans klockor var originella. Han lärde sig sitt hantverk medan han observerade bylivet omkring sig. Han hade sett att kyrkklockorna gör en båge på 250º eller mer så när han tillverkade lodet till hans klocka så visste han var fästet skulle vara.
Man mätte hastigheten på fartyget till havs genom en logg, dvs. en triangel som satt fast i en lina och släpades efter fartyget. Det fanns knopar på linan som man räknade samtidigt som man tog tid med ett timglas. På detta vis kunde man räkna ut sträcka och tid och på så sätt få fram hastigheten.
I århundraden har rutnät använts för att referera till jordytan. Horisontella linjer anger latituden, breddgraden. Linjen runt ekvatorn har beteckningen noll grader. Longituden, längdgrader är vertikala linjer genom polerna. Varje punkt på jorden kan bestämmas med latitud och longitud. För 300 år sedan kunde man bara mäta longitud och redan det var besvärligt. Sjöfararna visste att solens höjd kl. 12:00 beror på var man befinner sig. Vid ekvatorn står solen högt på himlen. I norr ligger den närmare horisonten. Genom att mäta vinkeln mellan solen och horisonten kan man räkna ut latituden.
"Det säkraste sättet" var att ta sig till rätt latitud där strömmarna och vindarna var gynnsamma och sedan ge sig iväg. Problemet var att alla andra visste vart man skulle ta vägen, så det var lätt för krigförande länder att ligga på lur för varandra eller för sjörövarna att överfalla lastfartygen. 

År 1714 utfäste det engelska parlamentet en belöning till den som fick fram longituden till havs. Priset var 20,000 pund, vilket motsvarar tiotals miljoner kronor i dagens penningvärde. Detta gjorde man efter att fyra skepp från den engelska örlogsflottan gått på grund och förlist på eget vatten. Metoden skulle prövas under seglatser till Västindien. En kommission med framstående medlemmar stod för bedömningen. Isaac Newton var ordförande för kommissionen och det visar hur viktigt problemet var. De främsta vetenskapsmännen, de främsta amiralerna och parlamentsledamöter var med. Resultatet blev en ström av stolliga förslag. Att bestämma longituden hade i allmänhetens ögon blivit en uppgift för tokstollar.

För den 20-årige John Harrisson var urmakeriet en passion. Han var besatt av tanken på exakthet. Omkring 1720 blev Harrisson intresserad av problemet att fastställa longituden. Han förde detaljerade anteckningar och en del har bevarats. Hans ord avslöjar hur snabbt han insett hur problemet borde angripas. Han tänkte att skillnaden i longitud mellan ett fartyg och dess hemmahamn kan beräknas lika noggrant som dess latitud, om fartyget har en apparat eller ett ur som exakt visar tiden hemma. Men alla hävdar att fartygets rörelser har medfört att sådana apparater som prövats inte varit till någon nytta alls. I teorin var ett ur lösningen. Jorden vrider sig 360 grader på ett dygn. Det blir femton grader per timme. För att veta longituden måste man veta vad klockan är på två platser. Om navigatören visste att klockan var tolv i Greenwich och klockan samtidigt var elva på fartyget visste han att fartyget var 15 grader väster om Greenwich. Problemet var att veta vad klockan var hemma när man var ute till havs. 

Harrison förstod att en ytterst noggrann tidmätare var lösningen. Men få ur hade tillräcklig precision ens på land. Harrison konstruerade ett ur med mycket hög precision. Problemet var att lufttrycket ändrades när man befann sig på havet. Även tyngdkraften varierade med latituden och det var oerhörda temperaturskillnader.
 

Allt detta påverkar materialet som tidmätaren är gjord av. T.ex. kan träet expandera när luftfuktigheten ökar. Det gjorde det omöjligt för ett ur att fungera till havs, trodde man. Men man måste hitta ett sätt att mäta tiden till havs. 

1610 upptäckte Galilei fyra månar som kretsade kring Jupiter. Han antecknade deras banor och tillverkade en tabell, som visade deras positioner kl. 19:00. Nu hade man en tidsangivelse som stämde på några minuter när, varje kväll. I slutet av 1600-talet hade metoden förfinats.  Nyheten nådde Det kungliga observatoriet, som snart leddes av den största italienske astronomen sedan Galilei, nämligen Giovanni Cassini. Longitudbestämningen var ett problem även inom kartografin. Användningen av Jupiters månar kunde revolutionera kartframställningen. Ludvig XIV satte sin nye italienske astronom i arbete.

1671 påbörjades mätningar av den franska kustens position. Cassini observerade eklipserna på meridianlinjen och astronomerna gjorde samma observationer längs frankrikes kust. Astronomernas mätningar medförde en stor förändring av synen på kustlinjen och Frankrikes område minskade med ca 20 %. När Ludvig XIV fick den nya kartan lär han ha utropat att hans astronomer tagit ifrån honom mer land än alla hans fiender.

Cassinis teleskop var precisa men kunde inte användas på samma sätt till havs, p.g.a. fartygets rörelser. För att kunna göra en precis observation måste teleskopet vila stabilt, vilket det inte gör på ett fartyg. Man måste finna ett nytt astronomiskt ur eller bygga ett mekaniskt, Newton och longditudkommisionen var skeptiska till mekaniska tidmätare. Newton sa: "Longdituden kommer inte att fastställas av urmakare, utan av de bästa astronomerna.  Jag befattar mig bara med rätt metod." Newton påverkade kommissionen genom att bestämt hävda att longituden aldrig skulle kunna bestämmas med hjälp av ett ur. Harrison nåddes aldrig av Newtons tvivel och arbetade vidare med att förbättra sina ur. Nu behövde han kontrollera avvikelser på några sekunder per dygn.

Det fanns inga "standardtider", men det gick att läsa av stjärnorna. Eftersom jorden roterar blir fixstjärnorna synliga vid en viss tidpunkt. Men de kommer 3 minuter och 54 sekunder tidigare för varje dygn. Harrison ställde sina ur efter fixstjärnornas skenbara rörelser med hjälp av ett stort "instrument" med ungefär 25 meters radie. Med hjälp av detta instrument kunde han iaktta exakt när stjärnorna kom upp och försvann. Det största problemet var att redan en lätt temperaturförändring råverkade urverkets hastighet. Pendeln måste hela tiden hålla samma längd. Det finns ingen metall som inte ständigt förändrar längden allteftersom temperaturen förändras. Harrison fann att värme utvidgade mässing och järn olika mycket. Han skapade en kompensationspendel utifrån observationer med stavar av de båda metallerna. Det eliminerade temperaturberoendet. Harrison jämförde klockor i olika rum med olika temperatur i. Han var 150 år före sin tid. År 1730 ansåg Harrison att han kunde tillverka en skeppskronometer som var så exakt att han skulle vinna longditudpriset. Han reste till London och lade fram sitt förslag för astronomen Edmund Halley. Halley är bl.a känd för att ha förutsagt ankomsten av den komet som bär hans namn.

Harrison träffade också Londons mest kända urmakare, George Graham. Efter flera veckor i London for han hem igen. Han berättar sedan i sin dagbok om sina äventyr i London, och att han inte var speciellt imponerad av Grahams konstruktioner. Grahams stöd medförde däremot pengar till Harrisson. Han kunde nu bygga sin första skeppskronometer, idag kallad H-1. Han anpassade uret så att det skulle fungera till havs. Han gjorde ramen av mässing men använde fortfarande kugghjul av ek. För att neutralisera fartygsrörelser bytte han ut sin långa pendel mot två balansarmar med fjädrar som framkallade svängningen. 1736 gjorde han en provresa till Lissabon med skeppskronometern. De stormiga fem veckorna ombord skulle bli hans enda sjöresa. På hemresan blev det storm och man tappade bort sin position.

Harrisson höll reda på den så gott han kunde med hjälp av kronometern. När Englands sydkust siktades, kom man i dispyt om vilken det var. De visste att det inte var från där de fyra engelska skeppen förlist. När de närmade sig land insåg de att Harrisson hade rätt. Kaptenen sa att svårigheten att mäta tiden till havs bekymrade honom och han hade givit sig in på någonting som var omöjligt. Senare skrev han i sin rapport: ”Mr Harrisson var sjösjuk hela tiden, men sjögången hindrade inte hans kronometer från att visa rätt tid.” Man vet inte hur exakt H-1 gick, men man tror att precisionen låg inom 5-10 sekunder per dygn. Det räckte inte till longitudpriset men det var mycket bättre än väntat. Detta gav Harrisson goda skäl att tro att han var på rätt spår.

Harrisson lade H-1 åt sidan och började konstruera en förbättrad modell, H-2. Vid arbetet med H-2 fick andra bara göra en liten del vardera så att ingen skulle kunna göra anspråk på någon del av prissumman. Harrisson hyste en paranoid rädsla för att andra skulle stjäla hans idéer. Efter två års arbete upptäckte Harrison ett konstruktionsfel; balansarmarnas stabilitet kunde påverkas. Han började direkt med H-3, H-2 gick inte att förbättra. Sökandet efter lösningen ledde in i många återvändsgränder. Harrison var besatt av att mäta tid, man hans egen tid betydde ingenting.

Astronomerna försökte vinna longitudpriset genom att fastställa tiden med hjälp av månen. Månens läge mot stjärnorna är unikt under varje minut på dygnet. Man får ett astronomiskt ur om man i förväg kan beräkna deras positioner. En förkämpe för den metoden var astronomen Newil Maskelyne. Han var raka motsatsen till Harrisson.

- Sammanfattning -
Sjömännen saknade en exakt navigationsmetod. P.g.a. detta förliste mängder av fartyg. Med hjälp av Jupiters månar försökte man skapa en astronomisk klocka som kunde användas på havet. Och man försökte hålla reda på tiden med hjälp av månens position i förhållande till de omgivande stjärnorna. Med skeppskronometern, konstruerad av en självlärd engelsk urmakare kunde man navigera med stor säkerhet. För några hundra år sedan visste de stora segelfartygen bara på ett ungefär var de var. Det vill säga att man kände till sin latitud, var man var i förhållande till ekvatorn. Men med den öst-västliga positionen longitud, var det sämre ställt. För att räkna ut den, jämför man med vad klockan är i t.ex. hemmahamnen. Tidsskillnaden berättar hur långt man seglat. Att kunna beräkna detta var en vetenskaplig utmaning på 1700- talet. Man var lika fascinerad av det som att skapa en evighetsmaskin. Den som löste problemet var en självlärd urmakare, John Harrison. Han hade det akademiska etablissemanget mot sig, inklusive Newton.