Hosszúság probléma
A hosszúsági probléma vagy hosszúsági probléma kifejezés azt a régóta megoldatlan problémát jelöli , hogy például egy nyílt tengeren meg lehet határozni a hajó földrajzi hosszúságát .
Míg a földrajzi szélesség viszonylag könnyen mérhető a csillagos égbolt segítségével, a tengerészkedéshez kellő pontossággal , a hosszúság összehasonlíthatóan pontos meghatározása sokkal nehezebb. A szélességi köröknek ugyanis a föld forgása miatt fizikai jelentése van, míg a hosszúsági körök pusztán önkényes osztást jelentenek. Bármely hely hosszának meghatározásához referenciaként szükséges a pontos napidő egy ismert hosszúságú helyen. A hosszúságbeli különbség a hajó helyi idejének különbségéből adódik . A probléma ennek a pontos referenciaidőnek a meghatározásában rejlett, amíg a kellően pontos órák műszakilag nem voltak megvalósíthatók.
A pontos földrajzi hosszúság meghatározásának lehetősége nélkül kockázatos volt a lehető legrövidebb útvonalon távoli célállomás felé indulni, mivel a pálya eltéréseit nem lehetett észlelni. A széles vitorlázást megbízható közvetett navigációs módszerként használták , amely azonban jelentősen meghosszabbította a távolságot és ezáltal az utazás időtartamát. Éppen ezért a spanyol király már 1600 -ban - akkoriban sikertelennek - árajánlatot adott a megoldásért.
A hosszúság problémáját csak 1750 után sikerült kielégítően megoldani Harrison nagyon pontos hajóóráival .
Csak a műholdas alapú helyzetmérés 1960-as évekbeli bevezetésekor lehetett meghatározni a pontos tengeri hosszúságot, függetlenül az időméréstől.
Páneurópai probléma
A létesítmény a Royal Observatory Greenwich szerint Charles II 1675 volt Anglia első lépése megállapító pontos mértéke hosszát. Obszervatóriumokat alapítottak Párizsban ( Párizsi Obszervatórium ) és Szentpéterváron is.
Az 1707 -es Scilly -szigeteki hajózási katasztrófa után , amelyben egy Cloudesley Shovell admirális alatt álló haditengerészeti alakulat zátonyra futott a Scilly -szigeteken, miközben Gibraltárról Portsmouthba vitorlázott, és elveszítette a 21 hajó közül négyet 1450 tengerészével, a probléma pontos nyert Pozicionálás a nyílt tengeren egyre sürgetőbb. William Whiston és Humphry Ditton petíciója szerint (amelyet Isaac Newton és Edmond Halley nyilatkozatai is alátámasztanak ), 1714 -ben a brit parlament magas nyereménypénzt ajánlott fel a hosszprobléma gyakorlatilag életképes megoldásáért: legfeljebb fél pontossággal egy fok eltérés 20 000 font és 20 000 font, pontossága legfeljebb 10 000 font. Egy hosszúságfok 60 tengeri mérföldnek (kb. 111 km) felel meg az egyenlítőnél, és csökken a pólusok felé. A La Manche -csatorna szélességében egy hosszúsági fok körülbelül 40 tengeri mérföldnek (kb. 74 km) felel meg. Az óra nem mutathat 4 percnél többet hibásan, hogy lehetővé tegye ezt a pontosságot, amely még mindig túl alacsony a tengerészkedéshez.
Ekkor a nyereménypénz lenyűgöző vagyont jelentett, összehasonlítva a mai kétszámjegyű milliós összeggel. Egy közepes méretű tengeri hajó ekkor 1500–2500 fontba került, egy egyszerű munkás évente 10 fontból élt. A "Length Commission" -et, a Longitude Boardot , amelyhez Anglia legfontosabb csillagászai és matematikusai tartoztak, de a Royal Society , a Royal Society for the Advancement of Science elnökét is létrehozták a nyeremény átadására és értékeli a benyújtott javaslatokat .
Lehetséges megoldások
Minden lehetséges megoldás az időmérésen alapul. A helyi napidőt a hajón határozzák meg, ami viszonylag egyszerű a nap lefolyása alapján. Ezenkívül egy ismert földrajzi hosszúságú hely aktuális napidejét kell megadni referenciaidőként. Az időkülönbségből kiszámíthatja saját pozíciójának hosszát, mivel ez 24 órához kapcsolódik , mint például a hosszúságok különbsége 360 ° -ig.
Példa: Dél van a hajón, míg Greenwichben (0 ° hosszúság) 15:30 van. Az időkülönbség tehát 3,5 óra. Akkor a hosszúságon van, nevezetesen a nyugati hosszúságon, mivel később Greenwichben van, mint a saját helyzetében.
A probléma az volt, hogy tudtuk a pontos referenciaidőt, a fenti példában, hogy tudtuk, mennyi az idő Greenwichben. Ehhez hasznos módszerek vagy a csillagászati események megfigyelése, amelyek időpontját előre pontosan ki lehetett számítani, és táblázatba sorolható, vagy egy olyan óra, amely a referenciahely helyi idejét mutatja az egész utazás során - ez az eljárás Gemma R. Frisius már 1530 -ban végrehajtotta. A 18. század elején azonban technikailag még nem volt lehetséges olyan óra építése, amely kellő pontossággal mozogna a mozgó hajón a változó éghajlati viszonyok között, ezért kezdetben csillagászati megfigyeléseket alkalmaztak.
Jupiter holdjai
A Galilei (1564–1642) által felfedezett Jupiter -holdak olyan gyorsan keringnek a Jupiter körül, hogy évente körülbelül 1000 -szer jelenik meg vagy tűnik el egy hold, ami pontosan kiszámítható. Ezek az események gyakorlatilag egyidejűleg figyelhetők meg a Föld összes megfigyelési helyén, ezért globális "időbélyegként" alkalmazhatók. Ez a megoldás azonban álló távcsőre támaszkodott, ezért csak szárazföldön lehetett megbízhatóan használni.
Ennek ellenére a különböző nemzetek tudósai legalább a szárazföldön próbálkoztak azzal, hogy a Jupiter holdjait megfigyelve megállapították a pontos hosszúságot. Köztük volt Giovanni Domenico Cassini , Erasmus Bartholin , Ole Rømer és Jean-Philippe Baratier .
hold
A Föld holdja viszont könnyen megfigyelhető, bár mozgását csak pontos megfigyelések alapján bonyolult számításokkal lehetett megjósolni. A holdfogyatkozásokat azonban jóval korábban ki lehetett számítani.
Holdfogyatkozások
E jelenségek közül sok megfigyelhető a Föld felszínének csaknem feléről, és ha összehasonlítjuk a Föld árnyékának Holdra való belépésének és kilépésének idejét, akkor meg lehet határozni az egyes megfigyelők földrajzi hosszának különbségeit. Ezt az eljárást bizonyíthatóan Plinius (kb. 23–79) és Ptolemaiosz (kb. 100– kb. 175) alkalmazta.
A napfogyatkozás május 24-én 997 volt megfigyelhető Al-Biruni a khivai és Abu l-Wafa a Bagdad- különbségek meghatározására hosszúságú.
Kolumbusz Kristófnak rendelkezésre álltak a Regiomontanus előzetes számításai , de a Karib -térségben kétszer is megpróbálta földrajzi hosszúságát napfogyatkozások megfigyelésével meghatározni (1494, 1504).
Hold távolságok
A Hold egy teljes kört tesz meg a csillag háttér előtt, jó 27 napon belül, és olyan gyorsan mozog (körülbelül fél fok óránként), hogy a pályája közelében lévő fényes, rögzített csillaghoz viszonyított szögetávolságának pontos mérése jó időreferenciát ad .
Ezt a módszert először Johannes Werner említette „In hoc opere haec continentur Nova translatio primi libri geographiae Cl 'Ptolomaei ...” című művében (Nürnberg 1514), de csak akkor nyert figyelmet, amikor Peter Apian „Cosmographicus liber. . "(Landshut 1524) részletesebben tárgyalt. Sok obszervatóriumot, köztük a greenwichi csillagvizsgálót, kifejezetten azért hozták létre, hogy a Hold menetét olyan pontosan megmérjék, hogy a pontos Hold -távolságokat hónapokkal előre ki lehessen számítani.
Edmond Halley , aki 1698 -ban és 1700 -ban két utat tett meg a hosszproblémával kapcsolatban, kudarcot vallott a Thomas Street által 1661 -ben kiszámított holdasztalok elégtelensége miatt, és egyike volt azon kevés tudósoknak, akik hajójuk óráival támogatták John Harrison megközelítését. , de nem élte át az áttörést.
A holdtávolság módszerét Tobias Mayer (1723–1762) német térképész és matematikus fejlesztette ki, aki 28 éves korában Göttingenben kapott matematikai széket anélkül, hogy rendszeres tanulmányokat végzett volna. Miközben egy térképkiadónál dolgozott Nürnbergben , kifejlesztette az első hasznos holdtáblákat matematikai számítások alapján. Ezeket Sir Nevil Maskelyne (1732–1811) fordította és szerkesztette , és sokáig olcsó módszert kínáltak az idő meghatározására.
James Cook első déli tengeri útján (1768–1771) Maskelyne szerkesztette Mayer tábláit. 1767 -ben először tették közzé az utána évente megjelenő Tengeri almanachot és csillagászati efemerist , amelyekben a holdtáblákat kinyomtatták, amelyek felsorolták a Hold szöges távolságát hét rögzített csillagig minden teljes óránként. Cooknak ezen a hajón egy csillagász is volt a fedélzetén.
A Maskelyne magyarázatokat tett közzé komplex számítási módszeréről. Az ezt követő évtizedekben számos egyszerűbb közelítési módszer jelent meg. Különösen a Nathaniel Bowditch (1773–1838) által javasolt módszer széles körben elterjedt a híres (még publikált) navigációs kézikönyve, az American Practical Navigator révén . A "Bowditch" legalább 1914 -ig megőrizte a megfelelő segédasztalokat, bár a Tengeri Almanach évekkel korábban már nem tartalmazott holdtávolságokat.
A holdtávolság módszerének előnye az volt, hogy olcsón kivitelezhető: a hajókon már rendelkezésre álltak szelektánsok, mert a szélesség mérésére mindenképpen szükség volt. Így csak az előre kiszámított távolság táblákat kellett másolni és terjeszteni. Hátránya az volt, hogy a hold távolságának meghatározása csak kellően tiszta éjszakán volt lehetséges, látható holddal; az újhold körül a módszer gyakorlatilag nem volt alkalmazható.
Hajó óra
A képzett asztalos John Harrison teljesen más és végül sikeres utat választott : a fedélzeten lévő különösen pontos óra lehetővé tenné az utazás bármely referencia idejének "felvételét" és bármikor történő elolvasását.
Ez a módszer feleslegessé tette az összes időigényes megfigyelést, előrejelzést és táblázatot. A probléma az óra pontosságában rejlett: 1700 -ig a napi mindössze egy perces eltérésű órákat rendkívül pontosnak és műszakilag alig kivitelezhetőnek tartották - ez igaz a szilárd talajon álló órákra. Minden mozdulat miatt a mechanikus óra kevésbé pontosan fut, és a tíz perces időeltérés 2,5 hosszúsági foknak vagy 280 km -nek felel meg az Egyenlítőn. A hajón az óra folyamatosan mozgásban van, és ki van téve a változó éghajlatnak és hőmérsékletnek is, ami befolyásolja annak pontosságát. Lehetetlennek tűnt egy olyan óra felépítése, amely csak néhány perccel tér el egy hónapos utazás valós körülményei között.
Ennek a problémának a megoldására Harrison különféle órajel-koncepciókat dolgozott ki ellentétesen forgó mechanizmusokkal, amelyek árfolyam-hibái kompenzálták egymást, amikor a mozgás ingadozott, és bemutatott egy első koncepciót a Longitude Commissionnak 1728-ban, és egy első működő órát 1735-ben. De a bizottság évtizedekig késleltette munkája értékelését és elismerését, részben politikai és stratégiai okokból, de azért is, mert a vezető tudósok nem akarták komolyan venni az egyszerű mesterember javaslatát. Newton alapvetően kételkedett a kellően pontos óra műszaki megvalósíthatóságában, bár Harrison már 1725 -ben nagyon alacsony arányú hibákkal gyártott mechanikus nagyapai órákat. A csillagász Sir Nevil Maskelyne , aki maga is terjesztette a hold távolság módszerét, a pályázat értelmezését Harrison hátrányára változtatta, különösen azután, hogy 1765 -ben királyi csillagász lett. Harrisont saját leleményessége és perfekcionizmusa is hátráltatta: minden órája nagyban különbözött a korábbiaktól, ezért folyamatosan új koncepciókkal állt elő, ami rontotta hitelességét. Például arra kérték, hogy adja át terveit más óragyártóknak, és készítsék el a modelleket, hogy kizárják a csalást.
Egy új típusú meghajtású zsebóra, amelyet Harrison 1753 -ban készített magának, végül egy teljesen új negyedik koncepcióra irányította, amelyen 1759 -ig dolgozott. Ez hozta meg az áttörést több mint három évtized után: a Jamaicába tartó tengeri út több hónapig tartó tesztje során az óra, később "H4" néven ismert árfolyamhibája kevesebb mint két percet tett ki.
Egyéb javaslatok
A magas nyeremény miatt a hosszprobléma megoldására alkalmatlan és abszurd ötletek is előkerültek és részben nyilvánosan megvitatásra kerültek. Egy nagyon abszurd javaslat már megjelent 1687 -ben a Curious Inquiries füzetben :
- Először is, egy kutya késsel megsebesül az utazás megkezdése előtt. A kutya útnak indul, a kés a hazai kikötőben marad. Aztán a hazai kikötőben minden nap ebédidőben fegyverkenőcsöt kennek erre a késre, ami a fegyver és a seb közötti természetfeletti kapcsolat miatt a hajón tartózkodó kutyát felviszi fájdalmában, és így tájékoztatja a hajó legénységét, hogy délben a hazai portban van. ( Umberto Eco ezt a gyakorlatot vette át az előző napi Sziget című regényében .)
William Whiston és Humphry Ditton matematikusok azt javasolták, hogy a hajókat rendszeres időközönként horgonyozzák le a tengerben, ami segíthet naponta többször meghatározni pozíciójukat lövések leadásával : a lövészhajó távolsága kiszámítható a villám és a durranás közötti időkülönbségből . Whiston, Newton diákja, az óceánok maximális mélységét 600 m -re tette. Ez a módszer nem volt alkalmazható a tengeren, de voltak alkalmazások szárazföldön.
Komolyan fontolóra vették a föld mágneses mezőjében fellépő szabálytalanságok értékelését, amelyekkel Edmond Halley , William Whiston és Christoph Semler foglalkozott. Ezek a javaslatok azonban hamar kivitelezhetetlennek bizonyultak.
A megoldás
A legtöbb csillagász úgy vélte, hogy James Cook, miután második világkörüli útjáról hazatért, lelkesen dicsérte az időmérő hasznosságát , amelyet Larcum Kendall épített Harrison parancsára, mint az 1759 -es óra pontos másolatát. a hossz megoldandó problémája. A hajónaplóban a kezdetben szkeptikus Cook Kendall műve „soha el nem mulasztó kalauzának” nevezte: egy óra „magával vitte az indulási kikötő idejét az út során”. Három másik óra, amelyeket Cooknak is le kellett tesztelnie, nem volt képes az utazás feszültségeire.
Hosszas küzdelem után John Harrison nem sokkal halála előtt megkapta a nyeremény utolsó részét. Posztumusz is Tobias Mayer elnyerte 3000 £ és adott özvegye.
1780 -ban John Arnold megalkotta a kronométer kifejezést Harrison órájának továbbfejlesztésére . Maskelyne holdasztalát addig használták, amíg minden hajót fel nem szereltek az eredetileg nagyon drága kronométerekkel. Először a brit Kelet -indiai Társaság szerelte fel hajóikat kronométerekkel, a királyi haditengerészet átalakítása 1840 -ig tartott. A kisebb kereskedelmi hajók kapitányai néhány évtizeden át holdtávolsággal dolgoztak, amíg olcsóbb kronométerek kerültek a piacra.
A probléma megoldása után 1828 -ban feloszlatták a Longitude Testületet, és helyére az Admiralitás Tudományos Tanácsadói Rezidens Bizottsága lépett .
irodalom
- Dava Sobel és William JH Andrewes: Longitude - The Illustrated Edition . Egy magányos zseni igaz története, aki korának legnagyobb tudományos problémáját megoldotta. Berlin-Verlag, Berlin 2010, ISBN 3-8270-0970-7 (angolul: Longitude . Fordította Matthias Fienbork és Dirk Muelder).
- Johann Matthias Hassencamp: A tenger hosszának feltalálására tett erőfeszítések rövid története . Rinteln 1769
- Johann Samuel Traugott Gehler fizikai szótára . 6. kötet Abth. 1, 1834
- Peter Boy Andresen: A holdtávolságok története . Marbach 1986 (a hamburgi 1924 -es kiadás újranyomása)
- William JH Andrewes (szerk.): The Quest for Longitude . Cambridge, Mass. 1996
- Erwin Roth: Tobias Mayer, 1723–1762. A tenger, a föld és az ég felmérője. Esslingen 1985
- Umberto Eco : Az előző nap szigete .
- Joan Dash (Tamara Willmann amerikai fordítása): A hosszúság vadászata . C. Bertelsmann által kiadott ifjúsági könyv, ISBN 3-570-12717-6
- Felix Lühning: Hosszúság. A bestseller kritikai megfontolása . In: Hozzájárulások a csillagászat történetéhez, 10. kötet. Frankfurt a. M. 2010, 104–186. O. (Dava Sobelnek: hosszúság )
- Köberer, Wolfgang: Instrument und Declinatie der Sünnen, Jacob Alday legrégibb alsónémet navigációs kézikönyve 1578 -ból.
mozgóképek
A hosszúsági probléma és annak megoldása John Harrison részéről egy "The Longitude" című játékfilm is, Jonathan Coy , Christopher Hodsol és Jeremy Irons főszerepben. A film Dava Sobel Längengrad című könyve alapján készült .
web Linkek
Egyéni bizonyíték
- ↑ Mike Dash : De Ondergang Van De Batavia . Singel Pockets, Amszterdam 2005, ISBN 978-90-413-3124-3 .