Η επιμονή του πεισματάρη ερασιτέχνη

41-45


    Προσδιορισμός του γεωγραφικού μήκους

Ενώ δεν είναι ιδιαίτερα δύσκολο να προσδιοριστεί αστρονομικά σε ποιο γεωγραφικό πλάτος βρισκόμαστε πάνω στην επιφάνεια της Γης, ο προσδιορισμός του γεωγραφικού μήκους δημιουργεί δυσκολίες. Μόλις οι ναυτικοί έχαναν την οπτική επαφή με τη στεριά, δεν είχαν δυνατότητα προσανατολισμού στον ωκεανό. Αν εξαιρέσουμε τη Σελήνη και τους ορατούς με το μάτι πλανήτες, ο νυχτερινός ουρανός φαίνεται ακριβώς ίδιος, είτε ταξιδεύει κάποιος κατά μήκος ενός παραλλήλου προς την Ανατολή, είτε μένει ακίνητος για κάποιες ώρες. Για να ξεπεραστεί αυτή η δυσκολία απαιτείται η κατοχή ενός ρολογιού ακριβείας κι ενός εξάντα.

Συγκεκριμένα, για κάθε μετακίνηση κατά 15ο κατά μήκος ενός παραλλήλου ανατολικά αυξάνεται η τοπική ώρα κατά 60′ (=1h) και αντίστροφα, μειώνεται κατά 60′ (=1h) η τοπική ώρα ανά 15ο κατά μήκος ενός παραλλήλου δυτικά. Έτσι, όταν γνωρίζουμε με ακρίβεια την τοπική ώρα δύο σημείων στην υδρόγειο, είμαστε σε θέση να υπολογίσουμε το γεωγραφικό μήκος ανάμεσά τους. Κι εφόσον το ένα από τα δύο αυτά σημεία είναι «αμετακίνητο» σημείο αναφοράς, όπως π.χ. αυτό που ορίζεται από τον μεσημβρινό του Greenwich, παίρνουμε το απόλυτο γεωγραφικό μήκος οποιουδήποτε σημείου πάνω στην υδρόγειο. Η ανάγκη για ακρίβεια του ρολογιού είναι προφανής, γιατί για κάθε λεπτό της ώρας που αποκλίνει ένα ρολόι, η απόκλιση στην επιφάνεια της Γης φτάνει τα 110 χιλιόμετρα.

Στο βιβλίο του «Το νησί της προηγούμενης ημέρας» αναπλάθει ο Ιταλός συγγραφέας Umberto Eco με μυθιστορηματικό τρόπο πραγματικά περιστατικά από τις προσπάθειες του 17ου αιώνα να επινοηθεί μια μέθοδος για το ακριβή προσδιορισμό του γεωγραφικού μήκους στην ανοικτή θάλασσα. Ένας ναυτικός βρίσκεται σε εγκαταλειμμένο πλοίο, του οποίου το πλήρωμα έχει πεθάνει λόγω κάποιας επιδημίας. Δεν υπάρχουν βάρκες να διαφύγει στην κοντινή στεριά και δεν ξέρει καν κολύμπι. Με περιπετειώδη τρόπο διαπιστώνει, από ευρήματα στο έρημο πλοίο, ότι μεταξύ του ακυβέρνητου πλοίου και του κοντινού νησιού «περνάει» ο μεσημβρινός που αλλάζει την ημερομηνία – το νησί βρίσκεται χρονικά στην «προηγούμενη ημέρα».

Οι δεισιδαιμονίες του παρελθόντος, πολλές από τις οποίες επιβιώνουν σε περιβάλλον αμάθειας μέχρι τον 21ο αιώνα, οδηγούσαν «ερευνητές» σε σκληρά βασανιστήρια ζώων, ώστε το ακόνισμα ή το κάψιμο ενός μαχαιριού σε κάποια ευρωπαϊκή πόλη, ακριβώς τα μεσάνυκτα, να μεταδοθεί «πνευματικά» στο πλοίο, το οποίο ταξίδευε μακριά στον ωκεανό, και να κάνει το τραυματισμένο ζώο να ουρλιάζει λόγω του επερχόμενου πόνου! Όταν ούρλιαζε το ζώο από τον πόνο στις κακοφορμισμένες και συντηρούμενες πληγές του, πίστευε ο ναυτικός ότι ήταν μεσάνυκτα στην ευρωπαϊκή πόλη κι έτσι μπορούσε να υπολογίσει το στίγμα του στον ωκεανό. Αποτέλεσμα ήταν να σχεδιάζονται χάρτες με νησιά, βραχονησίδες και θαλάσσια ρεύματα σε απίθανα σημεία, τα οποία προφανώς δεν ήταν δυνατόν να εντοπιστούν πάλι, αφού δεν υπήρχε αντικειμενική μέθοδος προσδιορισμού των συντεταγμένων στην υδρόγειο. Πολλά πλοία χάθηκαν εκείνη την εποχή, πέφτοντας πάνω σε υφάλους ή καταλήγοντας σε αφιλόξενες ακτές, επειδή χάραζαν την πορεία τους με βάση αυτούς τους χάρτες.

41-40Είναι προφανές ότι μια «παγκόσμια δύναμη», όπως η Βρετανία εκείνη την εποχή, δεν ήταν δυνατόν να αφήσει αυτό το πρόβλημα ανεξερεύνητο. Αυτός είναι και ο λόγος που στις αρχές του 18ου αιώνα, συγκεκριμένα το έτος 1714, προκήρυξε η αγγλική Βουλή διαγωνισμό με έπαθλο, σε σημερινές τιμές, περί τα 10 εκατομμύρια ευρώ, για την κατασκευή ενός οργάνου ή μιας μεθόδου για τον ακριβή προσδιορισμό του εκάστοτε γεωγραφικού μήκους. Το ακριβές ύψος του ποσού θα προσδιοριζόταν από την ακρίβεια που θα εξασφάλιζε το όργανο ή η μέθοδος. Για τον έλεγχο των προτεινόμενων λύσεων σχηματίστηκε μια «επιτροπή γεωγραφικού μήκους» (Board of Longitude), η οποία στη μακρά πορεία του διαγωνισμού ανασυγκροτήθηκε αρκετές φορές και πάντα αποτελείτο από παλαίμαχους ναυτικούς, αστρονόμους και πανεπιστημιακούς καθηγητές.

Με τη λύση του προβλήματος ασχολήθηκαν όλοι οι σημαντικοί αστρονόμοι της εποχής, κατά κύριο λόγο αξιοποιώντας την εκάστοτε θέση της Σελήνης στον ουρανό. Ο John Harrison (Χάρισον, 1693-1776), ξυλουργός από επάγγελμα και αυτοδίδακτος ωρολογοποιός έθεσε ως στόχο την κατασκευή ενός ρολογιού ακριβείας που θα έδινε λύση στο πρόβλημα, όπως αυτή περιγράφηκε εισαγωγικά. Ο Χάρισον είχε επινοήσει ήδη μία τεχνική για να αντιμετωπίζει την επίδραση των θερμοκρασιακών μεταβολών στην ακρίβεια ενός εκκρεμούς που είχε κατασκευάσει: ένας συνδυασμός υλικών με διαφορετικό συντελεστή θερμικής διαστολής, συγκεκριμένα χάλυβας και ορείχαλκος, μείωνε σημαντικά την εξάρτηση του συνολικού μήκους του εκκρεμούς από τη θερμοκρασία. Επίσης με ειδικά λιπαντικά και με ευφυείς κατασκευαστικές επινοήσεις είχε καταφέρει να μειωθούν οι τριβές στα έδρανα κατά τη λειτουργία των ρολογιών του.


Όλοι σχεδόν οι συμμετέχοντες στο διαγωνισμό, με εξαίρεση τον Χάρισον, όσο έγινε τουλάχιστον γνωστό, στήριζαν τη λύση του προβλήματος σε χάρτες των δύο ουράνιων ημισφαιρίων, στη χρήση ενός εξάντα και στην υπολογιστική ικανότητα των ναυτικών. Εφόσον ο καιρός ήταν καλός, η λύση του προβλήματος θα δινόταν σε σύντομο χρόνο, μέχρι μερικές ώρες. Αυτή τη λύση υποστήριζε μάλιστα και ο Νεύτων και κάθε αντίθετη άποψη δεν ήταν εύκολο να τεθεί προς συζήτηση.

Ο Χάρισον στήριξε τη λύση του σε ένα ρολόι μεγάλης (για την εποχή) ακρίβειας και πίστευε ότι θα έλυνε το πρόβλημα του προσανατολισμού πλοίων στο ανοικτό πέλαγος, ανεξάρτητα από τις καιρικές συνθήκες. Το έτος 1728 παρουσίασε ο ερασιτέχνης ωρολογοποιός το σχέδιό του και το 1735 το πρώτο μοντέλο του ρολογιού του. Σ’ αυτή την κατασκευή αντιστάθμιζε τις θερμοκρασιακές επιδράσεις με διμεταλλικά στοιχεία. Οι κινήσεις του πλοίου εξουδετερώνονταν μέσω της σύμπλεξης δύο εκκρεμών με ελατήρια.

idealized41-43aΈνα δοκιμαστικό ταξίδι μέχρι τη Λισσαβόνα με το πρώτο μοντέλο του Χάρισον, το οποίο ονομάστηκε αρχικά χρονογράφος και αργότερα χρονόμετρο και πήρε το κωδικό όνομα Harrison 1, H1, έδειξε ότι η ακρίβεια προσδιορισμού του γεωγραφικού μήκους ήταν ήδη τότε μεγαλύτερη από την απαιτούμενη στην προκήρυξη. Επειδή όμως η διάρκεια του ταξιδιού ήταν σχετικά μικρή, δεν θεωρήθηκε ακόμα επιτυχής η προσπάθεια. Κυριότερο πρόβλημα ήταν όμως ότι ο Χάρισον αντιμετώπιζε ως επιστημονικά αμύητος μία επιτροπή καταξιωμένων επιστημόνων της εποχής, των οποίων η ορολογία δεν γινόταν εύκολα κατανοητή από τους απλούς ανθρώπους. Ένα μέλος της επιτροπής, ο Sir Nevil Maskelyne, από το 1765 βασιλικός αστρονόμος, είχε προδικάσει ως σωστή λύση αυτή των αστρονομικών υπολογισμών και, μάλιστα, άλλαξε τους όρους του διαγωνισμού σε βάρος του Χάρισον.

Ο Χάρισον έλαβε από τα διαθέσιμα κονδύλια ένα ποσόν για να χρηματοδοτήσει μια νεότερη κατασκευή του ρολογιού του, η οποία ονομάστηκε Harrison 2, H2, και αργότερα για μια ακόμα νεότερη, Harrison 3, H3, στην οποία χρησιμοποιούνταν ρουλεμάν. Αλλά, λόγω του πολέμου με την Ισπανία, δεν δοκιμάστηκαν τα δύο αυτά ρολόγια, για να μην υπάρξει κίνδυνος να πέσουν στα χέρια των αντιπάλων επιστημόνων.

41-43bΤο έτος 1753 ενημερώθηκε ο Χάρισον για νέες τεχνολογικές βελτιώσεις, υλικών και μηχανισμών στην ωρολογοποιία και ανέτρεψε όλες τις μέχρι τότε μελέτες του. Από το έτος 1759 άρχισε να αναπτύσσει το μοντέλο Harrison 4, H4, το οποίο είχε διάμετρο 13 cm και ζύγιζε 1,45 kg, πολύ μικρότερο και ελαφρύτερο από όλα τα προηγούμενα μοντέλα του. Κύριο στοιχείο για την πολύ μεγάλη ακρίβεια αυτού του ρολογιού ήταν ο μηχανισμός κουρδίσματος (remontoir), ο οποίος χρησιμοποιείται ως αρχή μέχρι σήμερα στα χρονόμετρα.

Το μοντέλο H4 του Χάρισον έδειχνε κατά το ταξίδι 81 ημερών από την Αγγλία στην Τζαμάικα και πίσω μια απόκλιση μόνο 5 δευτερολέπτων! Τα μέλη της επιτροπής κρίσης που ήταν προκατειλημμένα σε βάρος του Χάρισον, αποφάνθηκαν ότι το αποτέλεσμα αυτό ήταν συμπτωματικό και δεν ενέκριναν την εκταμίευση του επάθλου! Ο Χάρισον έπρεπε να διαλύσει το χρονόμετρό του μπροστά στην επιτροπή, να δείξει τα σχέδια και να εξηγήσει λεπτομερώς τον τρόπο λειτουργίας του μηχανισμού. Επίσης έπρεπε να παραδώσει στην επιτροπή δύο ακόμα χρονόμετρα, τα οποία θα κατασκεύαζε υπό την επίβλεψή του ένας επαγγελματίας ωρολογοποιός.

41-42Ο επίμονος αυτός εφευρέτης απευθύνθηκε τότε τη Βουλή και κατήγγειλε τη συμπεριφορά των μελών της επιτροπής, οπότε εγκρίθηκε το έτος 1765 η εκταμίευση του ποσού των 10.000 λιρών. Εντωμεταξύ, τα χρόνια είχαν περάσει και ο Χάρισον ήταν ήδη 72 ετών. Παρ’ όλα αυτά, κατασκεύασε με τη βοήθεια του γιου του William ένα νέο μοντέλο ναυτικού χρονομέτρου, το H5, το οποίο έδωσε για έλεγχο στο βασιλιά George III. Ο βασιλιάς με τους συμβούλους του αποφάνθηκαν ότι το χρονόμετρο ήταν καλύτερο από αυτό που ζητούσε η επιτροπή στις αρχικές και στις τροποποιημένες προδιαγραφές της. Και πάλι όμως η επιτροπή δεν δεχόταν να ανακηρύξει τον Χάρισον νικητή.

Τελικά, μετά από σειρά διαμαρτυριών, εγκρίθηκαν ακόμα 8.750 λίρες, τρία χρόνια πριν από το θάνατο του εφευρέτη. Όταν το έτος 1775 επέστρεψε από ένα ταξίδι του ο θαλασσοπόρος James Cook και επιβεβαίωσε ότι το χρονόμετρο ήταν ακριβέστατο και ανταποκρινόταν στις απαιτήσεις της ναυσιπλοΐας, έγινε γενικά αποδεκτό ότι είχε λυθεί το πρόβλημα του προσδιορισμού του γεωγραφικού μήκους στην ανοικτή θάλασσα. Ένα χρόνο μετά πέθανε ο Χάρισον σε ηλικία 83 ετών.

Το ναυτικό χρονόμετρο του Χάρισον αποτελεί ένα ακόμα παράδειγμα, πώς ένας επίμονος ερευνητής, ακόμα κι αν δεν ανήκει στο στενό κύκλο των μυημένων, μπορεί να ξεπεράσει τα προβλήματα και τις αντιδράσεις και να επινοήσει λύσεις σε σημαντικά επιστημονικά και/ή τεχνολογικά προβλήματα. Ταυτόχρονα δείχνει το περιστατικό ότι λύσεις σημαντικών προβλημάτων που αναζητούνταν επί αιώνες σε δεισιδαιμονίες και σε αστρολογικά απόκρυφα, διατυπώνονται και επικρατούν τελικά μόνο με τις αρχές του ορθολογισμού και τις μεθόδους της επιστήμης και της τεχνολογίας

Στ. Φραγκόπουλος

(Από την “Ιστορία της Τεχνολογίας”)

  Πηγή: sfrang.blogspot.gr

Αντικλείδι , http://antikleidi.com

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Συναφές: 

Τα σημαντικότερα επιστημονικά επιτεύγματα του 2013

Γιατί δεν πέφτουν τα πουλιά όταν κοιμούνται στα κλαδιά;

8 πράγματα που μάθαμε από τον Stephen Hawking

Γιατί σήμερα ζούμε 40 χρόνια περισσότερο σε σύγκριση με το 1880;

Τα 15 μεγάλα ερωτήματα της επιστήμης