9 d’octubre de 2010

El problema de la Longitud (II)

Marine timekeeper by John Harrison, H4,1759. © National Maritime Museum, Greenwich, London
Dèiem al darrer apunt que el problema de la Longitud era equivalent a determinar la diferència horària entre dos punts de la Terra, es a dir, un problema de mesura precisa del temps. I avançàvem que es va intentar resoldre aquest problema amb dos mètodes diferents: el rellotge mecànic i el rellotge celeste.

El rellotge celeste
El primer a proposar un mètode basat en el moviment dels astres va ser Galileu Galilei, que cap el 1610 va descobrir els quatre satèl·lits de Júpiter i va observar que s'eclipsaven unes mil vegades per any amb absoluta regularitat. Aquest descobriment, i gràcies a les efemèrides publicades per Giovanni Cassini el 1668, va ser de gran ajuda als cartògrafs, que podien esperar les millors condicions de observació, però no per els navegants, que necessitaven saber cada dia la posició del vaixell. Cal tenir en compte, a més a més, que durant una part de l'any Júpiter no és visible. Val la pena recordar la anècdota del Lluís XIV, el Rei Sol, que pel que sembla no estava desproveït del sentit de l'humor, quan, a la vista dels mapes revisats per mesures de longitud acurades, es va queixar: "els meus astrònoms em fan perdre més territoris que els meus enemics".

El segon i més obvi candidat era la nostre Lluna en el seu moviment respecte del fons de estrelles fixes (de nit) o respecte del Sol (de dia). Malauradament el moviment de la Lluna va resultar ser menys regular i previsible del que sembla a primera vista doncs, degut a que el seu moviment no és circular sinó el·líptic, la distància i la posició respecte de la Terra varia contínuament. De tal manera que calien observacions de com a mínim 18 anys per poder fer prediccions sobre la seva posició. En síntesi, les condicions per poder utilitzar el mètode de la distancia lunar per determinar la longitud a alta mar es poden resumir en aquestes quatre:
  • El mapa o catàleg de les estrelles.
  • La predicció del moviment de la lluna.
  • Un aparell fiable per mesurar les distancies dels astres entre sí i respecte de l'horitzó.
  • Taules o efemèrides lunars.
Harrison no va ser l'únic que va dedicar tota la seva vida a resoldre el problema de la longitud; John Flamsteed, primer astrònom reial, que el 1676 va inaugurar l'observatori de Greenwich, va invertir 40 anys en catalogar les estrelles de l'hemisferi Nord. El catàleg es va publicar després de la seva mort, el 1725. Per la seva banda Edmond Halley des de la illa de Santa Helena el 1676, i Louis de Lacaille des de el cap de Bona Esperança el 1750, el varen completar amb les estrelles de l'hemisferi Sud.

L'estudi del complex moviment de la lluna va anar a càrrec sobre tot de Halley, que va succeir a Flamsteed com a astrònom reial, entre els anys 1720 i 1742. Les lleis enunciades pel seu amic Isaac Newton havien ajudat a comprendre una mica millor aquest moviment.

El tercer pilar de l'edifici -un bon instrument per mesurar les distancies i les alçades dels astres- el van aportar el 1731 (la polèmica sobre qui en va ser l'inventor no està resolta) el britànic John Bradley i l'americà Thomas Godfrey: el quadrant, que posteriorment es va anar perfeccionant fins l'actual sextant.

Finalment qui va aportar un joc de taules lunars que permetia localitzar la Lluna a intervals de 24 hores va ser l'alemany Tobias Mayer, que es va valdre de les equacions que el gran matemàtic suís Leonhard Euler va formular sistematitzant els moviments relatius del Sol, la Terra i la Lluna.

Amb aquests instruments i aquests coneixements un bon mariner podia determinar, si el temps no ho impedia, la longitud del vaixell dedicant als càlculs... 4 hores! Posteriorment taules precalculades varen reduir aquest temps a mitja hora.

El rellotge mecànic: antecedents.
La primera proposta de utilitzar un rellotge mecànic per mesurar la longitud la va formular l'astrònom Gemma Frisius el 1530, però no va passar de ser una idea perquè no hi havia cap rellotge que pogués mantindre una precisió ni remotament suficient. La idea la varen reprendre William Cunningham el 1559 i el navegant Thomas Blundeville el 1622, però el problema tècnic seguia essent el mateix.

El 1637 Galileu Galilei ideà el rellotge de pèndol, però no l'arribar a portar a la pràctica. Sí ho va fer el 1652 l'astrònom Christiaan Huygens, que va construir 2 rellotges i el 1664 els va posar a prova en un viatge a a les illes de Cap Verd. La prova va ser un èxit, però només gràcies a que el viatge va ser excepcionalment plàcid; en posteriors proves amb la mar més moguda, com era fàcil preveure, el pèndol no va ser capaç de mantenir l'hora correctament.
 
El següent pas, com el quadrant, també te dos pares: el 1664 Huygens va patentar el rellotge amb volant-espiral, però Robert Hooke, conegut per la llei que porta el seu nom sobre la deformació dels cosos elàstics, el va acusar de robar-li la idea.

El fet de que ni el rellotge de Hooke ni el de Huygens funcionessin correctament en un vaixell en alta mar va fer que és perdés l'interès en els rellotges com a solució del problema de la Longitud i es centrés l'atenció en el mètode lunar.

El 1714, quan la comissió del Decret va demanar un informe a Newton, que a les hores tenia 72 anys i era ja venerat com el més gran científic de tots els temps. Aquest va dir que un bon rellotge capaç de mantenir l'hora a alta mar fora la solució ideal, però que "un tal rellotge encara no ha estat fabricat". Posteriorment, en una carta adreçada al ministre de Marina el 1721, va fer una observació molt pertinent: un bon rellotge de robins podia servir per mantindre l'hora a alta mar, però, si és perdia, no és podia recuperar amb cap tipus de rellotge. El corol·lari que se'n desprèn és que, o bé calia portar més d'un rellotge o bé calia resincronitzar-el amb el mètode lunar.

Harrison, el rellotger.
El nostre home -un artesà rellotger del comtat de Yorkshire que d'ençà que havia sentit parlar del premi no havia deixat de donar-hi voltes a la idea- entra en escena el 1730 quan un bon dia decideix viatjar a Londres i, no sabent on trobar el Consell de la Longitud, es presenta a l'observatori de Greenwich i demana per Halley, a qui explica el seu projecte. Halley, amb bon criteri, doncs sap que els del Consell se'l torejaran, l'adreça a George Graham, el rellotger de més prestigi de Londres (George l'honrat, diu Sobel que li va quedar d'aquesta feta) que, entusiasmat per el projecte de Harrison, l'encoratge i li fa un prestec generós sense interès per tal de que desenvolupi la idea.

El 1737 Harrison te apunt el seu primer prototipus, el Harrison nº 1 o H-1 (veieu la figura de l'anterior apunt) i el presenta al Consell. Però -l'home era un perfeccionista- en lloc de sotmetre'l a prova demana un avançament de 500 lliures i dos anys per acabar de polir alguns defectes. Finalment, el 1740, rellotge i Harrison s'embarquen en el HMS Centurion en un viatge que havia de arribar a les Indies (una de les clàusules del premi) però que no passà de Lisboa, on inesperadament morí el capità. No sé si el pobre Harrison ho va lamentar o se'n va sentir alleujat, perquè es va passar tot el viatge descanviant la pesseta.

Varen passar més de vint anys de assaigs i proves amb prototipus (H-2, H-3) fins que finalment, el 1759, Harrison va enllestir el rellotge que l'havia de permetre guanyar el premi i passar a la història: el H-4, que il·lustra l'inici d'aquest apunt. Aquest prototipus va significar un canvi total respecte dels anteriors, i hi va jugar un paper important un altre rellotger: John Jefferys. Jefferys, havia fet treballs per a Harrison, i per encàrrec d'aquest li va construir un rellotge de butxaca que Harrison duia sempre a sobre. Ningú creia a les hores que un rellotge de butxaca pogués tindre la precisió d'un cronòmetre marí (marine timekeeper), però Harrison de cop i volta va canviar el xip, que diríem ara, i es va adonar que si feia algunes millores i ajustos, un rellotge similar podria assolir els requeriments del cronòmetre. Per que us feu una idea del gir copernicà que la idea va representar només cal comparar el volum d'un i altre: el H-4 pesava 1,3Kg i tenia 13cm d'alçada, els anteriors H-1, 2 i 3 pesaven més de 30 Kg i tenien mides al voltant de 50 cm.

El novembre de 1761 el fill de Harrison, William, es va embarcar amb el H-4 en el HMS Deptford cap a Port Royal. Després de 81 dies de navegació el cronòmetre només havia perdut 5 segons, i en un segon viatge encara va mantenir una precisió tres vegades millor a la especificada pel Decret. Tot i així el Consell no es va mostrar satisfet i va fer noves demandes a Harrison. (Demandes que passem per alt perquè foren tedioses d'explicar). 

La cursa.
Per estrany que pugui semblar, després de segles d'estar buscant la solució al problema de la Longitud, les dues solucions van arribar gaire bé al mateix temps. Tan és així que, si som una mica malpensats, potser conclourem que els astrònoms reials que van succeir a Halley -Bradley, Bliss i Maskeline- no van jugar del tot net i varen posar tantes pegues com van poder a Harrison. Així ho devia entendre, si més no, el rei George III quan li va dir a Harrison: "Llamp de Déu, Harrison! Se us ha de fer justícia". Sembla que, sota la pressió del rei, el Consell va desencallar les gestions i finalment Harrison, el 1765, va veure recompensats els seus esforços.

Quedava encara una qüestió. El rellotge s'havia demostrat com el mètode més ràpid i pràctic, però les taules lunars eren assequibles per tothom per unes quantes lliures, mentre que el rellotge de Harrison era una obra de artesania cara i difícil de obtenir. Aquest últim escull es va superar en el quedava de segle XVIII de la mà de diversos fabricants que varen aplicar les idees de Harrison a la producció en serie. En particular Harnold i Earnshaw, que també van rebre sengles premis de tres mil lliures del Consell de la Longitud, produïen a finals de segle rellotges en serie, fiables, per unes 70 lliures.

Podríem dir que, si Harrison va fer un Rolls-Royce, Harnold i Earnshaw van fer el Ford T. Durant la primera meitat del segle XIX fins i tot els capitans més conservadors es van anar passant al cronòmetre, i cap el 1850 les taules lunars ja s'havien pràcticament deixat de utilitzar.
 

7 comentaris:

  1. Tot aquest món dels engranatges i els rellotges sempre m'ha semblat encisador per la seua misteriosa lògica. La mateixa que duu a que el temps que sembla fluir continu cap a on no sé, se'ns presenta en cicles precisos com les rodes d'una bici. Molt interessant el que ens has contat.

    ResponElimina
  2. Un excel·lent conte per adults que creuen poc en fades.

    ResponElimina
  3. Molt bo, es molt interessant. Per això el descobriment accidental d'Amèrica, 1492, es increïble. Colom no comptava amb cap rellotge com el de Harrison. Polinessos (van arribar a l'illa de Pasqua)i vikings (sembla que també van arribar a America)eren uns agosarats.

    ResponElimina
  4. Vicicle,
    No sé si el temps gira en cicles, però en tot cas deu ser en forma d'espiral, perquè no passa mai pel mateix lloc.

    Allau,
    Sí, de vegades la història es pot explicar com un conte i els contes com si fossin història. Ahir hi pensava al sentir la noticia del premi que han donat a Javier Cercas.

    Aristofeles,
    Colom, que era un expert navegant, va fer el primer viatge de la manera més sensata que és podia fer en aquella època: va anar fins a la illa de La Gomera (que ja es coneixia bé) i des de allà va navegar en línia més o menys recte sobre el paral·lel fins que va ensopegar amb les Bahames.Sabia com mantindre la latitud, però no tenia ni idea de la longitud.

    ResponElimina
  5. Molt interessant aquesta història, Brian.

    ResponElimina
  6. la veritat es que ho has explicat d'una manera molt didàctica que fa llleugera i digerible la lectura.
    Com deia el Perich, la distància més curta entre dos punts és la línia recta, si no vas borratxo.

    ResponElimina
  7. Evo,
    Gràcies. Per descomptat que la història és interessant, el que no sé és si he aconseguit transmetre aquest interès.

    Puigcarbó,
    Curiosament, sobre la superfície d'una esfera, com és la Terra, la distància més curta entre dos punts és la geodèsica, que és defineix com la línia més curta que uneix dos punts d'una superfície i està continguda en aquesta superfície.

    ResponElimina