uzunluk sorunu
İfadesi boylam problemi veya boylam problemi belirlemek edememek uzun çözülmemiş sorunu gösterir coğrafi boylamı örneğin açık denizde bir gemi.
Coğrafi enlem , denizcilik için yeterli doğrulukla yıldızlı gökyüzü kullanılarak nispeten kolay bir şekilde ölçülebilirken , boylamın nispeten kesin bir şekilde belirlenmesi çok daha zordur. Bunun nedeni, enlem dairelerinin dünyanın dönüşü nedeniyle fiziksel bir anlama sahip olması, boylam dairelerinin ise tamamen keyfi bir bölünmeyi temsil etmesidir. Herhangi bir yerin uzunluğunu belirlemek için, referans olarak uzunluğu bilinen bir yerdeki tam güneş zamanı gereklidir. Uzunluk farkı , geminin yerel saatiyle arasındaki farktan kaynaklanmaktadır . Yeterince doğru saatler teknik olarak mümkün olmadığı sürece, sorun bu kesin referans zamanını belirlemekte yatıyordu.
Coğrafi boylamı tam olarak belirleme imkanı olmadan, rota sapmaları tespit edilemediği için mümkün olan en kısa rotayı kullanarak uzak bir hedefe yönelmek riskliydi. Geniş yelken, güvenilir bir dolaylı navigasyon yöntemi olarak kullanıldı, ancak bu, mesafeyi ve dolayısıyla yolculuk süresini önemli ölçüde uzattı. Bu nedenle İspanya Kralı , o zamanlar başarısız olan 1600'de zaten bir çözüm için bir fiyat teklif etmişti.
Boy sorunu ancak 1750'den sonra Harrison'ın çok hassas gemi saatleri ile tatmin edici bir şekilde çözüldü.
Açık denizlerde zaman ölçümlerinden bağımsız olarak kesin uzunluğu belirlemek, 1960'larda uydu tabanlı konum ölçümünün ortaya çıkmasına kadar mümkün değildi.
Bir pan-Avrupa sorunu
1675'te II . Charles tarafından Greenwich'te Kraliyet Gözlemevi'nin kurulması , İngiltere'nin doğru bir uzunluk ölçüsü bulmadaki ilk adımıydı. Paris ( Paris gözlemevi ) ve St. Petersburg'da da gözlemevleri kuruldu .
1707'de Amiral Cloudesley Shovell komutasındaki bir donanma birliğinin Cebelitarık'tan Portsmouth'a giderken Scilly Adaları'nda karaya oturduğu ve 21 gemiden dördünü 1.450 denizciyle kaybettiği Scilly Adaları'ndaki nakliye felaketinden sonra , kesin kazandı Açık denizlerde konumlandırma daha acil hale geliyor. William Whiston ve Humphry Ditton'dan ( Isaac Newton ve Edmond Halley'in ifadeleriyle desteklenen) bir dilekçeye göre , 1714'te İngiliz Parlamentosu uzunluk sorununa pratik olarak uygulanabilir bir çözüm için yüksek bir para ödülü teklif etti: yarıdan fazla olmayan bir doğrulukla bir derece sapması 20.000 £ ve 20.000 £ bir dereceye kadar sapma 10.000 £'a kadar bir doğruluk. Bir derece uzunluk, ekvatorda 60 deniz miline (yaklaşık 111 km) karşılık gelir ve kutuplara doğru azalır. Bir derece boylam, İngiliz Kanalı'nın genişliği boyunca yaklaşık 40 deniz miline (yaklaşık 74 km) karşılık gelir. Bu doğruluğun denizcilik için hala çok düşük olmasını sağlamak için bir saat 4 dakikadan fazla hatalı göstermemelidir.
O zaman, ödül parası, bugünün çift haneli milyon miktarıyla karşılaştırılabilir etkileyici bir servet anlamına geliyordu. Orta büyüklükteki denize uygun bir gemi daha sonra 1.500 £ ila 2.500 £ arasında bir maliyete sahipti, basit bir işçi yılda 10 £ ile yaşıyordu. İngiltere'nin en önemli astronom ve matematikçilerinin ve aynı zamanda Royal Society'nin Başkanı olan Royal Society for the Advancement of Science'ın da üyesi olduğu Boylam Kurulu olan "Uzunluk Komisyonu", para ödülünü yönetmek ve sunulan teklifleri değerlendirmek .
Olası çözümler
Tüm olası çözümler zaman ölçümlerine dayanmaktadır. Yerel güneş saati, güneşin seyrine göre nispeten kolay olan gemide belirlenir. Ayrıca, coğrafi boylamı bilinen bir yerin mevcut güneş saati referans zaman olarak gereklidir. Saat farkından kendi konumunuzun uzunluğunu hesaplayabilirsiniz, çünkü uzunlukların farkı 360 ° gibi 24 saatle ilgilidir .
Örnek: Greenwich'te (0° boylam) saat 15:30 iken gemide öğlen vakti. Bu nedenle zamandaki fark 3.5 saattir. O zaman boylamdasınız, yani batı boylamındasınız, çünkü Greenwich'te kendi konumunuzdan daha geç.
Sorun, yukarıdaki örnekte tam referans saatini bilmek, Greenwich'te saatin kaç olduğunu bilmekti. Bunun için yararlı yöntemler, ya süreleri önceden tam olarak hesaplanabilen ve bir tabloda listelenebilen astronomik olayları gözlemlemek ya da tüm yolculuk boyunca referans konumunun yerel saatini gösteren bir uzunluk saati taşımaktır . Gemma R. Frisius'un zaten 1530'da gerçekleştirilmesi önerildi. Ancak 18. yüzyılın başlarında, değişen iklim koşullarında hareket halindeki bir gemide yeterli doğrulukta hareket edecek bir saatin yapılması teknik olarak mümkün değildi, bu nedenle başlangıçta astronomik gözlemler kullanıldı.
Jüpiter uyduları
Galileo (1564-1642) tarafından keşfedilen Jüpiter'in uyduları, Jüpiter'in yörüngesinde o kadar hızlı döner ki, önceden tam olarak hesaplanabilecek şekilde, yılda yaklaşık 1000 kez bir ay görünür veya kaybolur. Bu olaylar, dünyadaki tüm gözlem yerleri için pratik olarak aynı anda gözlemlenebilir ve bu nedenle küresel "zaman damgaları" olarak uygundur. Ancak bu çözüm, sabit bir teleskopa bağlıydı ve bu nedenle yalnızca karada güvenilir bir şekilde kullanılabilirdi.
Bununla birlikte, farklı milletlerden bilim adamları, kesin boylamı belirlemek için en azından anakarada Jüpiter'in uydularını gözlemleyerek denediler. Aralarında Giovanni Domenico Cassini , Erasmus Bartholin , Ole Rømer ve Jean-Philippe Baratier vardı .
ay
Öte yandan, Dünya'nın uydusunu gözlemlemek kolaydır, ancak hareketi yalnızca kesin gözlemlere dayanan karmaşık hesaplamalarla tahmin edilebilir. Ancak, ay tutulmaları çok daha önceden hesaplanabilirdi.
Ay tutulmaları
Bu fenomenlerin çoğu, dünya yüzeyinin neredeyse yarısından gözlemlenebilir ve dünyanın gölgesinin aya giriş ve çıkış zamanları karşılaştırılarak, bireysel gözlemcilerin coğrafi uzunluklarındaki farklılıklar belirlenebilir. Bu prosedür açıkça Pliny (yaklaşık 23–79) ve Ptolemy (yaklaşık 100– yaklaşık 175) tarafından kullanılmıştır.
24 Mayıs 997 tarihinde tutulma tarafından gözlenmiştir El-Biruni içinde Hiva ve Ebü l-Wafa içinde Bağdat uzunluğu farklılıkları belirlemek.
Kristof Kolomb , Regiomontanus'tan önceden hesaplamalara sahipti , ancak Karayipler'de iki kez tutulmaları gözlemleyerek coğrafi boylamını belirlemeye çalıştı (1494, 1504).
Ay mesafeleri
Ay, yıldız arka planının önünde tam bir daireyi 27 gün içinde tamamlar ve o kadar hızlı hareket eder (saatte yaklaşık yarım derece), yörüngesinin yakınındaki parlak bir sabit yıldıza olan açısal mesafesinin tam bir ölçümü, iyi bir zaman referansı verir. .
Bu yöntem ilk olarak Johannes Werner tarafından "In hoc opere haec continentur Nova translatio primi librigeographiae Cl 'Ptolomaei ..." (Nürnberg 1514) adlı çalışmasında belirtilmiş, ancak Peter Apian'ın "Cosmographicus liber .. ." (Landshut 1524) daha ayrıntılı olarak tartışıldı. Greenwich'teki dahil olmak üzere birçok gözlemevi, özellikle ayın gidişatını o kadar hassas bir şekilde ölçmek amacıyla kuruldu ki, aylar öncesinden kesin mesafeler hesaplanabildi.
1698 ve 1700 yıllarında boy problemi ile ilgili olarak iki sefere çıkan Edmond Halley , Thomas Street tarafından 1661 yılında hesaplanan ay tablolarının yetersizliği nedeniyle başarısız olmuş ve John Harrison'ın yaklaşımını gemisinin saatleri ile destekleyen az sayıdaki bilim adamından biriydi. , ama onun atılımını görecek kadar yaşamadı .
Ay mesafesi yöntemi, 28 yaşında, düzenli çalışmalarını tamamlamadan Göttingen'de matematik kürsüsü alan Alman haritacı ve matematikçi Tobias Mayer (1723-1762) tarafından desteklendi . Nürnberg'de bir harita yayıncısı için çalışırken , matematiksel hesaplamalara dayalı ilk faydalı ay tablolarını geliştirdi. Bunlar Sir Nevil Maskelyne (1732-1811) tarafından çevrildi ve düzenlendi ve uzun bir süre için ucuz bir zaman belirleme yöntemi sundu.
James Cook , Maskelyne'nin Mayer'in tablolarını Güney Denizlerine yaptığı ilk yolculuğunda (1768-1771) düzenlemesini sağladı. 1767'de, daha sonra yıllık olarak ortaya çıkan Denizcilik almanak ve astronomik efemeris , ilk kez , ayın her tam saatte yedi sabit yıldıza olan açısal mesafelerini listeleyen ay tablolarının basıldığı yayınlandı . Cook'un bu yolculukta bir astronomu da vardı.
Maskelyne, karmaşık hesaplama yönteminin açıklamalarını yayınladı. Takip eden yıllarda, çok sayıda daha basit yaklaşım yöntemi ortaya çıktı. Özellikle, Nathaniel Bowditch (1773-1838) tarafından önerilen yöntem, ünlü (halen yayınlanmış) navigasyon kılavuzu American Practical Navigator aracılığıyla yaygın bir kullanım bulmuştur . "Bowditch", en azından 1914'e kadar ilgili yardımcı tabloları tuttu, ancak Deniz Almanak'ı artık yıllar önce ay mesafelerini içermiyordu.
Ay uzaklığı yönteminin avantajı, uygulamanın ucuz olmasıydı: sekstantlar zaten enlemleri ölçmek için gerekli olduklarından gemilerde zaten mevcuttu. Bu nedenle, yalnızca önceden hesaplanmış mesafe tablolarının kopyalanması ve dağıtılması gerekiyordu. Dezavantajı, bir ay mesafesinin belirlenmesinin, ancak görünür bir ayın olduğu yeterince açık bir gecede mümkün olmasıydı; etrafında yeni ay yöntemi pratikte uygulanamaz oldu.
gemi saati
Eğitimli marangoz John Harrison , tamamen farklı ve sonuçta başarılı bir yol izledi : Gemide özellikle hassas bir saat, yolculukta herhangi bir referans zamanı "almayı" ve herhangi bir zamanda okumayı mümkün kılacaktır.
Bu yöntem, tüm zaman alıcı gözlemleri, projeksiyonları ve tabloları gereksiz hale getirdi. Sorun saatin doğruluğunda yatıyordu: 1700'lere kadar, günde sadece bir dakikalık sapmaya sahip saatlerin son derece hassas ve teknik olarak pek uygulanabilir olmadığı düşünülüyordu - bu, sabit zeminde duran saatler için geçerliydi. Her hareket, mekanik bir saatin daha az hassas çalışmasına neden olur ve on dakikalık bir zaman sapması, ekvatorda 2.5 derece boylam veya yaklaşık 280 km'ye karşılık gelir. Bir gemide saat sürekli hareket halindedir ve aynı zamanda doğruluğunu etkileyen değişen iklimlere ve sıcaklıklara maruz kalır. Aylarca süren bir yolculuğun gerçek koşullarında yalnızca birkaç dakika sapan bir saatin yapımı imkansız görünüyordu.
Bu sorunu çözmek için Harrison, hareket dalgalandığında hız hataları birbirini telafi eden ters dönen mekanizmalara sahip çeşitli saat konseptleri tasarladı ve 1728'de Boylam Komisyonuna ilk konsepti ve 1735'te ilk işleyen saati sundu. Ancak komite, kısmen siyasi ve stratejik nedenlerle ve aynı zamanda önde gelen bilim adamlarının basit bir zanaatkarın önerisini ciddiye almak istemedikleri için çalışmalarının değerlendirilmesini ve tanınmasını on yıllar boyunca erteledi. Harrison, 1725 gibi erken bir tarihte çok düşük oran hatalarıyla mekanik büyük saatler yapmış olmasına rağmen, Newton, yeterince doğru bir saatin teknik fizibilitesinden temelde şüphe ediyordu. Ay uzaklığı yöntemini kendisi yayan astronom Sir Nevil Maskelyne , özellikle 1765'te kraliyet astronomu olduktan sonra, ihalenin yorumunu Harrison'ın aleyhine değiştirdi. Harrison ayrıca kendi yaratıcılığı ve mükemmeliyetçiliği tarafından da engelleniyordu: Saatlerinin her biri öncekilerden çok farklıydı, bu yüzden güvenilirliğini zedeleyen yeni konseptler bulmaya devam etti. Örneğin, hile yapmamak için planlarını diğer saatçilere devretmesi ve modellerini onlar tarafından yaptırması istendi.
Harrison'ın 1753'te kendisi için yaptığı yeni tip bir sürücüye sahip bir cep saati, sonunda onu 1759'a kadar üzerinde çalıştığı tamamen yeni bir dördüncü konsepte taşıdı. Bu, otuz yılı aşkın bir süre sonra atılımı getirdi: Jamaika'ya yapılan ve birkaç ay süren bir deniz yolculuğunda yapılan bir test sırasında, daha sonra "H4" olarak bilinen saatin hız hatası, iki dakikadan daha az bir süreye ulaştı.
Diğer öneriler
Para ödülünün yüksek olması nedeniyle uzunluk sorununun çözümüne yönelik uygun olmayan ve absürt fikirler de gündeme getirilmiş ve kısmen kamuoyunda tartışılmıştır. Çok saçma bir öneri 1687'de Curious Inquiries broşüründe yayınlanmıştı :
- Her şeyden önce, yolculuk başlamadan önce bir köpek bıçakla yaralanır. Köpek yolculuğa çıkar, bıçak ana limanda kalır. Daha sonra ana limanda, her gün öğle yemeğinde bu bıçağa silah merhemi sürülür , bu da silah ve yara arasındaki doğaüstü bir bağlantı nedeniyle, gemideki köpeğin acı içinde ulumasına neden olur ve böylece gemi mürettebatına öğlen vakti olduğunu bildirir. ana limandadır. ( Umberto Eco , önceki günün Adası adlı romanında bu yöntemi ele almıştır .)
Matematikçiler William Whiston ve Humphry Ditton , gemilerin düzenli aralıklarla denize demirlenmesini önerdiler, bu da günde birkaç kez ateşli silahlarla konumlarını belirlemeye yardımcı olmalı: Savaş gemisine olan mesafe, şimşek ve patlama arasındaki zaman farkından hesaplanabilir. . Newton'un öğrencisi olan Whiston, okyanuslar için maksimum 600 m derinlik varsaymıştı. Bu yöntemin denizde uygulanamaz olduğu görüldü, ancak karada uygulamaları oldu.
Edmond Halley , William Whiston ve Christoph Semler'in ele aldığı dünyanın manyetik alanındaki düzensizliklerin değerlendirilmesi ciddi bir şekilde ele alındı. Ancak, bu önerilerin kısa sürede pratik olmadığı ortaya çıktı.
Çözüm
Kadar değildi James Cook, dünyada onun ikinci geziden eve döndükten sonra, şevkle övdü kullanışlılığını anda kaleci , Larcum Kendall inşa ettiği en gökbilimciler olarak gördüğünü, 1759 den saatin tam bir kopyası olarak Harrison'ın emriyle Çözülmesi gereken uzunluk sorunu. Kayıt defterinde , başlangıçta şüpheci olan Cook Kendall'ın çalışması, "hiç başarısız olmayan rehberi" olarak adlandırıldı: bir saat, "yolculuk sırasında hareket limanının zamanını aldı". Cook'un da test etmesi gereken diğer üç saat, yolculuğun stresine uygun değildi.
Uzun bir mücadeleden sonra, John Harrison, ölümünden kısa bir süre önce kendisine verilen ödül parasının son kısmını aldı. Ölümünden sonra Tobias Mayer de 3000 sterlin ve dul eşine verildi.
1780'de John Arnold , Harrison'ın saatini daha da geliştirmek için kronometre terimini kullandı . Maskelyne'in ay masaları, her gemi başlangıçta çok pahalı olan kronometrelerden biriyle donatılana kadar kullanılmaya devam etti. Önce İngiliz Doğu Hindistan Şirketi gemilerini kronometrelerle donattı , Kraliyet Donanmasının dönüşümü 1840'a kadar sürdü. Daha küçük ticari gemilerin kaptanları, daha ucuz kronometreler piyasaya çıkana kadar birkaç on yıl boyunca ay mesafeleriyle çalıştı.
Sorun çözüldükten sonra Boylam Kurulu 1828'de feshedildi ve yerini Deniz Kuvvetleri için Bilimsel Tavsiye Yerleşik Komitesi aldı .
Edebiyat
- Dava Sobel ve William JH Andrewes: Boylam - The Illustrated Edition . Zamanının en büyük bilimsel problemini çözen yalnız bir dehanın gerçek hikayesi. Berlin-Verlag, Berlin 2010, ISBN 3-8270-0970-7 (İngilizce: Boylam . Çeviren Matthias Fienbork ve Dirk Muelder).
- Johann Matthias Hassencamp: Denizin uzunluğunu icat etme çabalarının kısa tarihi . 1769
- Johann Samuel Traugott Gehler'in fiziksel sözlüğü . Cilt 6 Abth. 1, 1834
- Peter Boy Andresen: Ay mesafelerinin tarihi . Marbach 1986 (Hamburg 1924 baskısının yeni baskısı)
- William JH Andrewes (ed.): Boylam Arayışı . Cambridge, Mas. 1996
- Erwin Roth: Tobias Mayer, 1723-1762. Denizin, yerin ve gökyüzünün sörveyörü. Esslingen 1985
- Umberto Eco : Önceki günün adası .
- Joan Dash (Amerika'dan Tamara Willmann'ın çevirisi): Boylam avı . C. Bertelsmann tarafından yayınlanan gençlik kitabı, ISBN 3-570-12717-6
- Felix Lühning: Boylam. Çok satanın eleştirel değerlendirmesi . İçinde: Astronomi tarihine katkılar, Cilt 10. Frankfurt a. M. 2010, s. 104-186 (Dava Sobel'e: boylam )
- Köberer, Wolfgang: Instrument unde Declinatie der Sünnen, 1578'den Jacob Alday tarafından yazılan en eski Aşağı Almanca navigasyon kılavuzu . Faks, transkripsiyon ve yorum hacmi , Baskı Stiedenrod, Wiefelstede 2009.
hareketli resimler
John Harrison'ın boylam sorunu ve çözümü, başrollerinde Jonathan Coy , Christopher Hodsol ve Jeremy Irons'ın yer aldığı "The Longitude" adlı uzun metrajlı filme de konu oluyor . Film, Dava Sobel'in Längengrad adlı kitabından uyarlanmıştır .
İnternet linkleri
Bireysel kanıt
- ↑ Mike Dash : De Ondergang Van De Batavia . Singel Cepleri, Amsterdam 2005, ISBN 978-90-413-3124-3 .