Ллойд Браун - История географических карт

Первые механические часы делились на два класса: стационарные хронометры, приводимые в движение падающим грузом, и портативные хронометры, такие как настольные и грубые наручные часы, приводимые в движение цилиндрической пружиной. Гемма Фризий предлагал использовать последние в море, но с оговорками. Зная ненадежный нрав пружинных хронометров, он признавал, что для проверки и исправления ошибок пружинного механизма придется возить с собой еще и песочные и водяные часы. В Испании в период правления Филиппа II были сконструированы пружинные часы, которые проходили в сутки ровно двадцать четыре часа; было изобретено и множество других разновидностей. По словам Алонсо де Санта-Круса, существовали «часы с колесами, цепями и стальными грузами; часы с цепями из кетгута и стали; часы, которые использовали песок, подобно песочным часам; другие с водой вместо песка, изготавливались самых разных видов; еще другие с вазами или большими стеклянными сосудами, наполненными ртутью; и наконец, последние, самые оригинальные из всех, приводимые в движение силой ветра, который сдвигает груз и посредством его цепь часов, или которые движутся посредством пламени фитиля, пропитанного маслом; и все они отрегулированы так, чтобы отмерять точно двадцать четыре часа.

Роберт Гук заинтересовался конструированием портативного хронометра для использования в море примерно в то же время, когда Гюйгенс дорабатывал свои маятниковые часы. Гук, один из самых разносторонних ученых и изобретателей всех времен, был одним из тех редких гениев механики, которые столь же искусно работали пером. Изучив недостатки существующих хронометров и возможности создания более точных, он написал шутливый отчет о своих исследованиях, из которого можно было понять, что он полностью сбит с толку и обескуражен. «Все, что мне удалось получить, – писал он, – это каталог трудностей, во-первых, в том, чтобы сделать это, во-вторых, в том, чтобы ввести это в общее пользование, и, в-третьих, в том, чтобы получить с этого выгоду. Описываются проблемы, возникающие от изменений климата, воздуха, тепла и холода, температуры пружин, природы вибраций, износа материалов, движения судна и всевозможные иные». Даже если бы надежный хронометр был возможен, заключает Гук, «было бы трудно ввести его в пользование, ибо моряки и так знают свой путь в любой порт…». Что касается обещанного вознаграждения, «премии за долготу», то такой вещи никогда не существовало, презрительно парирует он. «Ни один король, ни одно государство не заплатит за него ни фартинга».

Несмотря на притворное отчаяние, Гук в 1664 г. читает лекции о применении пружин для балансировки часов с целью сделать их вибрации более однородными и на моделях демонстрирует двадцать различных способов сделать это. В то же время он признается, что имеет в запасе еще один-два метода, которые надеется публично изложить позже. Подобно многим другим ученым того времени, Гук выразил принцип действия своей балансировочной пружины латинской анаграммой примерно так: Ut tensio, sic vis – «Каково натяжение, такова и сила» или «Сила, развиваемая пружиной, прямо пропорциональна степени ее натяжения».

Первый хронометр, разработанный специально для использования в море, изготовил Христиан Гюйгенс в 1660 г. Регулятор хода в его часах приводился в действие маятником, а не пружинным балансом. Подобно многим другим часам, изобретенным и раньше, и позже, в море эти часы оказались бесполезны. Они способны были идти точно только в мертвый штиль. Скорость хода менялась непредсказуемо; когда судно раскачивалось при волнении, они то рывками уходили вперед, то вообще останавливались. Длина маятника менялась при изменениях температуры, скорость хода по каким-то таинственным, пока неизвестным причинам зависела от широты. Однако к 1715 г. часовым мастерам уже известны были все физические принципы и механические части необходимые для создания точного хронометра. Оставалось только сделать последний шаг и преодолеть грань между хорошими часами и часами почти совершенными. Ведь разницу между успехом и неудачей, между 20 000 фунтов стерлингов и просто еще одним хронометром определяли всего полградуса долготы – две минуты времени.

Одно из главных препятствий между изготовителями хронометров и призовыми деньгами составляла погода: температура и влажность. Некоторые добавляли к списку еще и атмосферное давление. Погодные изменения, вне всяких сомнений, сильно влияют на ход часов; выдвигалось множество предложений о том, как можно преодолеть это главное препятствие и решить проблему. Часовых дел мастера Стивен Планк и Уильям Палмер выдвинули идею всегда держать хронометры вблизи огня и таким образом устранить влияние на них внешней температуры. Планк предложил держать часы в латунном ящике над печкой, которая всегда должна быть горячей. Он утверждал, что знает тайный способ удерживать температуру над очагом постоянной. Джереми Такер, изобретатель и часовщик, опубликовал по вопросу долготы книгу, в которой достаточно язвительно отозвался об усилиях своих современников. Он предложил одному из своих коллег, который хотел уже испытывать свои часы в море, устроить сначала два июня двух разных лет так, чтобы температура каждый день в точности повторялась от часа к часу. Другого коллегу, некоего мистера Бр…е, он окрестил корректором движения Луны. Перейдя на более серьезный тон, Такер сделал несколько глубокомысленных замечаний о физических законах, с которыми мастера часовых дел вели тщетную борьбу. Он убедился на опыте, что цилиндрическая пружина при нагревании теряет силу, а при охлаждении, наоборот, набирает. Свои собственные часы он держал под своего рода стеклянным колоколом, соединенным с откачивающим насосом, так чтобы они могли идти в частичном вакууме. Он изобрел также вспомогательную пружину, которая поддерживала ход часов во время завода главной пружины. Обе пружины можно было завести снаружи колокола при помощи специальных стержней, пропущенных через сальники, чтобы не нарушать вакуума и не беспокоить часовой механизм. Несмотря на эти и другие устройства, часовщики продолжали действовать вслепую; проблема оставалась нерешенной до тех пор, пока Джон Гаррисон не заинтересовался стоящими за ними физическими законами. После этого проблема уже не казалась такой сложной.

Гаррисон родился в деревне Фоулби прихода Рэгби в Йоркшире в мае 1693 г. Он был сыном плотника и столяра на службе сэра Роланда Уинна из Ностелл-Прайори. Джон был старшим сыном в большой семье. В шесть лет он переболел оспой; выздоравливая, мальчик часами смотрел на работающий механизм и слушал тиканье часов, которые клали на его подушку. Когда ему было семь лет, семья переехала в Барроу в Линкольншире. Там он освоил ремесло отца и несколько лет работал вместе с ним. Иногда ему случалось подзаработать немного на стороне землемерными и геодезическими работами, но его гораздо больше интересовала механика. Вечерами юноша изучал изданные лекции Николаса Саундерсона по математике и физике. Он переписывал их от руки вместе со всеми диаграммами. Одновременно он изучал механизмы больших и малых часов, учился их ремонтировать и размышлял о том, как их можно улучшить. В 1715 г., в двадцать два года, он изготовил свои первые стоячие часы, или «регулятор». Единственной примечательной особенностью их механизма было то, что все шестеренки и колесики в нем, за исключением анкерного колеса, были дубовыми, причем каждый зубчик каждой шестеренки был выточен отдельно и посажен в паз на ободе.