Problem długości geograficznej
Przez stulecia żeglarze mieli poważny problem z dokładnym ustalaniem położenia statku na oceanie. Szerokość geograficzną można było wyznaczać na podstawie obserwacji nieba, natomiast określenie długości geograficznej, czyli położenia w kierunku wschód–zachód, sprawiało znacznie więcej trudności. Błąd w obliczeniach mógł mieć poważne konsekwencje dla przebiegu całej podróży.
Jedno z rozwiązań polegało na porównywaniu czasu w miejscu o znanej długości geograficznej z czasem miejscowym ustalonym na podstawie obserwacji astronomicznych. Zależność była prosta: różnica czterech minut odpowiadała jednemu stopniowi długości geograficznej.
Potrzebny był jednak zegar, który przez wiele tygodni na morzu zachowywałby dostateczną dokładność.
Zwykłe mechanizmy nie radziły sobie w takich warunkach najlepiej. Kołysanie statku, zmiany temperatury oraz inne czynniki wpływały na ich pracę, a nawet niewielkie odchylenia mogły z czasem prowadzić do dużych błędów w nawigacji.
W 1714 roku brytyjski parlament ustanowił więc nagrody za rozwiązanie tego problemu, z najwyższą wynoszącą aż 20 tysięcy funtów.
John Harrison i jego zegary
Jednym z ludzi, którzy postanowili zmierzyć się z tym wyzwaniem, był John Harrison. Z zawodu cieśla, samodzielnie zdobywał wiedzę i umiejętności związane z budową zegarów. Z czasem opracował kilka konstrukcji przeznaczonych do odmierzania czasu na statkach.
Pierwsze trzy urządzenia, znane dziś jako H1, H2 i H3, były dużymi zegarami morskimi. Samo udoskonalanie trzeciego modelu zajęło Harrisonowi 19 lat, co pokazuje, jak trudne było osiągnięcie oczekiwanej precyzji.
Ostatecznie konstruktor postanowił poszukać innego rozwiązania.
Zamiast budować kolejny duży zegar, skonstruował urządzenie przypominające powiększony zegarek kieszonkowy. Model otrzymał oznaczenie H4 i miał około 13 centymetrów średnicy. Był znacznie mniejszy od wcześniejszych konstrukcji Harrisona, a jednocześnie miał zapewniać dokładność potrzebną podczas podróży oceanicznych.
W jego mechanizmie zastosowano rozwiązania pozwalające utrzymać wyjątkowo równomierny chód. Zegarek pracował w szybkim rytmie, wykonując pięć tyknięć na sekundę.
Tak przygotowany instrument mógł wreszcie zostać poddany próbie na otwartym morzu.
Podróż na Jamajkę w 1761 roku
W listopadzie 1761 roku H4 wyruszył w podróż przez Atlantyk. Opiekę nad urządzeniem powierzono Williamowi Harrisonowi, synowi wynalazcy, który uczestniczył również w staraniach o oficjalne uznanie osiągnięcia ojca. Sam John był już starszym człowiekiem.
Podczas rejsu William posługiwał się wskazaniami zegarka, by sprawdzać położenie statku. W pewnym momencie przewidział, że jednostka dotrze w okolice Madery wcześniej, niż spodziewała się załoga. Obliczenia opierał właśnie na działaniu H4, którego przydatność zamierzano udowodnić.
Wyniki podróży wskazywały, że zegarek mógł spełniać warunki przewidziane dla nagrody. Problem polegał jednak na sposobie obliczania uzyskanej dokładności, ponieważ uwzględniano przy tym znane tempo odchyleń mechanizmu. Stało się to jednym z powodów sporu pomiędzy Harrisonem a Komisją Długości Geograficznej.
Członkowie komisji uznali, że konieczne są kolejne sprawdziany. Konstruktor i jego zwolennicy twierdzili natomiast, że dotychczasowe rezultaty wystarczają do przyznania obiecanych pieniędzy. Mimo udanej próby Harrison musiał więc nadal przekonywać urzędników do swojego wynalazku.
Kolejna próba zegarka H4
W 1764 roku William Harrison ponownie wyruszył za Atlantyk, tym razem na Barbados. Przed podróżą określono poprawkę uwzględniającą tempo chodu zegarka, a ocenę wyników powierzono kilku matematykom. Równolegle porównywano dokładność uzyskaną za pomocą metod astronomicznych.
Druga próba potwierdziła, że H4 mieścił się w wymaganym zakresie dokładności. Nie zakończyło to jednak całej sprawy, ponieważ komisja nadal uzależniała wypłatę pieniędzy od spełnienia dodatkowych warunków. Harrison uważał, że po udanych podróżach powinien otrzymać należną nagrodę.
W 1765 roku przewidziano wypłacenie mu 10 tysięcy funtów w zamian za ujawnienie szczegółów konstrukcji zegarka. Pozostałą kwotę uzależniono od wykazania, że inni rzemieślnicy również potrafią zbudować podobne urządzenia. Komisji zależało bowiem na rozwiązaniu, które można byłoby powtarzać w kolejnych warsztatach.
Dla Harrisona oznaczało to dalsze oczekiwanie na pieniądze. Był przekonany, że po wykonaniu wymaganych prób postawiono przed nim nowe żądania. Spór nie dotyczył już wyłącznie dokładności zegarka, ale także warunków przyznania nagrody.
Spór o nagrodę
Wynalazca nie zamierzał rezygnować i ostatecznie sprawa trafiła do Jerzego III. Królewska interwencja pomogła doprowadzić do kolejnego rozstrzygnięcia, choć Harrison nadal musiał czekać na wypłatę. W 1773 roku parlament przyznał mu dodatkowe 8750 funtów.
John Harrison miał wtedy 80 lat i niemal całe dorosłe życie poświęcił udoskonalaniu mechanizmów zegarowych.
Zasady działania jego konstrukcji zostały już wcześniej opublikowane, lecz na szerokie wykorzystanie dokładnych zegarów morskich trzeba było jeszcze poczekać. Urządzenia pozostawały kosztowne, a ich produkcja wymagała wyjątkowych umiejętności.
Dopiero kolejni zegarmistrzowie stopniowo upraszczali mechanizmy i obniżali koszty ich wytwarzania. Dzięki temu rozwiązania oparte na dokładnym odmierzaniu czasu mogły coraz szerzej służyć nawigacji morskiej. Harrison udowodnił jednak znacznie wcześniej, że niewielki zegarek może pomóc żeglarzom ustalać położenie statku podczas podróży przez ocean.
