哈里森是如何发明航海钟的?他都遇到了哪些困难?
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1707年10月22日,一支英国舰队在返航途中迷失方向,误入了礁石密布的锡利群岛,导致四艘英国皇家军舰触礁沉没,一千多名官兵全部溺亡。英国政府损失惨重,将此次事件定为国难,并痛定思痛,决定着手解决困扰人类航海的技术难题—经度测量,为此开出两万英磅的高额奖金,附带的条件是:从英国出发,一路向西航行到西印度群岛,保持经度测算偏差在半度以内、时间约两分钟。
消息放出后,因悬赏而专门设立的评审委员会里,科学家、天文学家、数学家大腕云集,但对难题都束手无策。这时,还有一个人“盯”上了这笔奖金,即后来的英国著名钟表匠约翰·哈里森。
哈里森原本是个木匠,但非常喜欢摆弄钟表,经常把表拆了研究组件。听说奖金的事后,20岁的他也想挑战一下,便独辟蹊径,想用钟表解决这个难题,即将科学问题转化为时间问题:360度的地球,每24小时转动一周,把地球从东到西分为24个区域,每个相邻区域的时差都是一小时。如果船只带上一个钟在正午12点从伦敦出发,只要知道航行时间就能算出所在位置的经度,加上当时已能准确测量纬度,只要钟表靠谱,航船基本上可以较准确地在海上定位。
哈里森的构思一提出来,并没有得到回应。各路大咖都深信:经度测量这样高大上的问题,理应由天文学来解决,绝不是一块表能搞定的。但哈里森坚信自己的思路正确,只是在当时,造一块精准的表并非易事,更何况是航海钟。
怎样才能让误差变小?没有可以拿来借鉴的范本,哈里森必须考虑到方方面面。他观测夜空的恒星,每天记录恒星升落的固定时间差来比对钟表的误差;考虑到引起机械钟误差的一大因素是摩擦,哈里森抛弃钟摆、使用发条,以减少摩擦情况。他对于金属知识不太在行,便跑遍伦敦的五金铺,虚心向铁匠、铜匠请教,请他们帮助调校钟表零件。
经过多年的准备,1736年,哈里森向评审委员会提交了自己的作品—H1,并带着它进行了一次试航—往返里斯本。H1表现不错,不仅成功纠正了航向,避免误入锡利群岛,而且每天只存在5至10秒的误差。这样的精确度在当时已经很不错了,如果带着H1跑一趟西印度群岛,说不定哈里森就能拿回奖金,然而奖金并不好拿:评审委员会对H1不认可,哈里森对它也不太满意,认为能制造出精确度更高的航海钟。
就这样,哈里森又陷入研发之中,接连造出H2、H3,但他仍然不太满意。直到1760年,哈里森拿出了自己满意的作品—H4,这是一个制作精良的怀表,几乎不受摩擦、温度、湿度和晃动的干扰。H4的首秀是跨过大西洋到牙买加,81天的航行,它经受了不调时、巨大温差等各种考验,只慢了5.9秒。相对于大奖的条件,H4已经超额完成任务。完美的准确性,还让H4收获了两个重量级粉丝:英国国王乔治三世和著名的库克船长。库克船长评价H4:“它是永远不会背叛我们的朋友。”
但评审委员会怎么也不愿相信,一个自学制表的小木匠竟然搞定许多科学家都没解决的难题,以各种理由拖延发放奖金。不过,由于乔治三世的亲自过问,1773年,哈里森终于拿到了全额奖金,此时,他已经80岁,研究制造航海钟40年。哈里森用毕生精力制造的钟表解决了经度难题,引领了大航海时代的技术革命,将自己的名字写进了航海史。
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