Pikkuskraadi probleem, ehk kuidas see lõpuks õige tiksujaga lahendati

 (18)
Pikkuskraadi probleem, ehk kuidas see lõpuks õige tiksujaga lahendati
Sinclair Hardingu koopia Harrisoni esimesest merekronomeetrist. Foto: magazine.anexclusiveworld.net

Tänavu kuulutati välja 2014. aasta Pikkuskraadi preemia (Longitude Prize), 10 miljonit naelsterlingit innovaatorile, kes suudab murda organismi resistentsust antibiootikumidele. Algselt, täpselt 300 aastat tagasi oli kaelamurdev väljakutse hoopis teistsugune - kuidas mõõta pikkuskraade.

Iga viieteist pikkuskraadiga, mida me liigume (lendame lennukiga, sõidame laevaga või liigume ükspuha millise muu vahendiga) itta, liigub kohalik kellaaaeg tund aega edasi, vastupidi liikudes aga tund aega tagasi. Seega, kui me teame kohalikku aega ja selle erinevust oma ajavööndist, saaks me ka välja arvutada nende vahelise kauguse pikkuskraadides ehk siis meridiaanides, kirjutab Greenwichi muuseum.

22. oktoobril 1707 seilas Briti sõjalaevade eskadron Inglise kanali (La Manche väina) suunas, kuid nad olid arvutanud oma koha valesti, tulemuseks nelja laeva purunemine Scilly saarte kaljudel. 2000 meest leidis märja haua. Ja nii pani Briti parlament 1714. aastal välja tollal 20 000 naelase preemia ükspuha kellele, kes suudab lahendada pikkuskraadi probleemi.

Seotud lood:

Sel ajal oli nimelt üsna lihtne veel mõõta oma asukohta merel laiuskraadides, vaja oli vaid leida päeval päikese ja öösel Põhjanaela asukoht taevas. Kuid ajal, mil ida-lääne suunaline liiklus meredel oli juba kaugelt olulisem põhja-lõuna suunalisest, ei olnud ikka veel toimivat reeglit pikkuskraadide kontrollimiseks. Just selle probleemi lahenduste otsimiseks oli 1675. aastal saanud nurgakivi ka Greenwichi observatoorium Londonis, kust ka tänapäeval nullmeridiaan läbi jookseb, aga see joon pandi lõplikult kaardile alles 1851. aastal.

Probleem oli nimelt selles, et nii Ateenas, Lissabonis, New Yorgis kui ka San Franciscos tõusevad ja loojuvad tähed taevas enamvähem samas kohas, erines vaid kellaaaeg kohaliku sadama suhtes. New Yorgis nähti sama taevapilti vaid kellaajas viis tundi hiljem kui Lissabonis, sest nagu nüüd teame, paiknevad nad üksteisest 25 pikkuskraadi ehk 5000 km kaugusel.

Juba enne 1714. aastat oli levinud meetodiks, et laeval oli vähemalt üks kell, mis näitas kellaaega laeva kodusadamast, olgugi, et laev oli kasvõi teisel pool maakera. Sellega kohalikku aega võrreldes oli võimalik oletada ka pikkuskraade, kuigi korrosioon ja laeva kõikumine põhjustas seda, et pendlitega kellad näitasid tihti valet aega.

Sinnamaani arvati, et kui koostada adekvaatsed tähistaeva kaardid, siis Kuu liikumine taevas võiks kätte anda ka pikkuskraadi merel. See oli nn Kuu kauguse meetod. Veel 1714. aastal oli käegakatsutav lahendus seotud ka magnetkompasside andmete võrdlemisega, mille eestvedajaks oli astronoom Edmund Halley. Paraku ka nn magnetlahendus ei andnud soovitud tulemusi.

Yorkshire'i kellassepp John Harrison oli lõpuks see mees, kes probleemi lahendas ja Pikkuskraadi preemia koju viis. Ometi ka veel 19. sajandil kasutas enamik meremehi siiski pigem astronoomilisi tahvleid kui Harrisoni ülikalleid kronomeetreid.

John Harrison (1693-1776) oli oma esimese kella meisterdanud 1713. aastal, kolm tema esimest meistritööd on ka tänaseni säilinud. Koos venna Jamesiga tuli ta välja revolutsioonilise lahendusega Brocklesby Parkis tornikella valmistamisel, mis ei vajanud enam õlitamist. Korrosiooni probleem kahanes.

Tollaste kellade pendlid kippusid aga paisuma ja kahanema vastavalt temperatuurikõikumistele ja seega ei püsinud kellad ka täpsed. Harrisonid lahendasid selle nii, et valmistati kaks pendlit, üks terasest, teine messingist, ja saavutasid kella eksimuse vaid üks sekund kuu aja jooksul.

Harrisoni esimene merekronomeeter valmis millalgi 1728-1735, ja kujutas endast kantavat versiooni nende täpsetest kelladest. Pendlite asemel tiksus kell vedru jõul, kuid erinevalt maapealsetest kelladest vajas üles keeramist iga päev, mitte kaheksa päeva tagant. Aga raskusjõud ja laeva kõikumine seda kella ei mõjutanud. 1736. aastal võttis Harrison selle kellaga ette ka merereisi Lissaboni ja tagasi, ja tema ajamõõtja näitas üsna täpselt pikkuskraadi erinevust.

Siis asus ta aga valmistama juba teist kronomeetrit, kuni 1740. aastal sai ise aru, et selle disainis on fundamentaalne viga. Kolmandat kella ehitas ta aga koguni 19 aastat, 1740-1759, tulemuseks aga kell, mis ei täitnud Pikkuskraadi preemia tingimusi.

H4, ehk siis Harrisoni neljas kronomeeter valmis 1755-1759, seekord kutsuti appi ka Londoni kellameister John Jefferys. See kell oli hoopis mõeldud Harrisonile isiklikuks tasku-uuriks, aga sel ajal keegi ei mõelnudki, et tasku-uur võiks õiget aega näidata. Kuna ta sai oma tööks raha ka Pikkuskraadipreemia komisjonilt, oli ta taotluses küll ka vihjanud, et töö käib ka neljanda kella kallal.

H4 oli läbimõõduga vaid 13 sentimeetrit, kaalus küll 1,45 kg, ja oli tõesti väga suur taskuuur. Harrisoni poeg William võttis selle kaasa oma reisile Lääne-India saarestikku, 1761. aastal laeva Deptford pardal. Jamaikale jõudes oli kell kahe kuuga vaid 5,1 sekundit maha jäänud, teisel reisil 1764. aastal Barbadoselt Madeirale eksis kell 47 päevaga 39,2 sekundit.

Augustis 1765 saabus Pikkuskraadi preemia komisjoni kuus eksperti Harrisoni juurde koju, uurisid kella lähemalt ja otsustasid, et Harrison on pikkuskraadi probleemi lahendanud. Preemia esimese poole sai ta kätte küll alles siis kui oli oma tasku-uurist koopia lasknud teha, teine pool anti talle aga parlamendi otsusel alles juunis 1773, kahe järgmise kella eest.

Kapten James Cook sooritas oma ümbermaailmareisid juba varustatuna koopiaga Harrisoni H4-kronomeetrist, K1, mille oli valmistanud Londoni kellameister Larcum Kendall. Cook iseloomustas ajamõõtjat kui ustavat teejuhti läbi kõikide kliimade ja tingimuste. Cook tõestas lõplikult, et pikkuskraadi on võimalik mõõta kellaga.