Kuidas lahendati pikkuskraadide probleem

Oli 1707. aasta 22. oktoober. Briti sõjalaevad seilasid La Manche’i väina poole. Kuid nad olid oma asukoha valesti määranud ja nii sõitis neli laeva Atlandi ookeanis Land’s Endist (Inglismaa) edelas paiknevate Scilly saarte juures karidele. Hukkus ligi 2000 meest.

TOLLE aja meresõitjad oskasid ilma vaevata määrata laiuskraade ehk kaugust ekvaatorist põhja või lõuna suunas. Kuid määrata täpselt pikkuskraade, see tähendab kaugust ida ja lääne suunas, ei osatud. 18. sajandi alguses kündsid Atlandi ookeani laineid igal aastal sajad laevad ning laevahukud polnud üldsegi mitte harukordne nähtus. Ent alles 1707. aasta õnnetus oli see, mis sundis inglasi pikkuskraadide probleemi kallale asuma.

1714. aastal pani Briti parlament välja 20 000 naela suuruse auhinna sellele, kes suudab leida pikkuskraadide määramiseks merel täpse mooduse. Tänapäeval võrduks see summa mitme miljoni euroga.

Ahvatlev-keerukas ülesanne

Pikkuskraadide kindlakstegemine oli äärmiselt keeruline, kuna see nõudis täpset ajaarvestust. Et mõista probleemi olemust, kujutle, et elad Londonis. Keskpäeval helistab sulle inimene, kes elab sinuga samal laiuskraadil, kuid tema kell näitab 6.00. See tähendab, et tema aeg on sinu omast kuus tundi tagapool. Tundes geograafiat, teed sa õige järelduse, et see inimene elab Põhja-Ameerikas, kus päike on kohe-kohe tõusmas. Nüüd kujuta ette, et sa tead sekundi pealt, mis on tema kohalik aeg mitte laiaskaalalise vööndiaja järgi, vaid tema tegeliku asukoha järgi päikese suhtes. Nii võid sa väga täpselt välja arvestada, millisel pikkuskraadil ta asub.

Sajandeid tagasi võis meresõitja ükskõik kus maakera punktis teada lihtsalt päikese asukoha järgi, millal on keskpäev. Kui ta oleks ka piisavalt täpselt teadnud, millal on keskpäev tema kodukohas, oleks ta saanud välja arvestada oma pikkuskraadi 50 kilomeetri täpsusega. Just niisugust täpsust nõutigi kuue nädala pikkuse meresõidu lõpuks, et võita varemmainitud auhind.

Probleem aga seisnes selles, kuidas teada täpset aega kodukohas. Meresõitja võis võtta laeva peale kaasa pendelkella, kuid see ei töötanud, kui lained ulgumerel laeva loopisid, ning vedrude ja hammasratastega kellad olid veel algelised ja ebatäpsed. Samuti mõjusid kelladele temperatuurikõikumised. Ent kas abiks võiks olla meie „suur kell” – taevakehade, sealhulgas kuu liikumine?

 Astronoomiline ülesanne

Astronoomid pakkusid välja oma mõõteteooria, mida nimetatakse kuu kauguste meetodiks. See tähendas tabelite koostamist, mis aitaks meresõitjatel arvestada välja pikkuskraade kuu asukoha järgi teatud tähtede suhtes.

Astronoomid, matemaatikud ja meresõitjad nägid probleemi kallal vaeva enam kui sada aastat, kuid asja keerukus tõkestas edasiminekut. „Pikkuskraadi määramine” sai inglastel isegi kõnekäänuks igasuguste ületamatute takistuste kohta.

Asja juurde asub puusepp

Lincolnshire’is Barrow Upon Humberi külas elav puusepp nimega John Harrison otsustas haarata härjal sarvist. Aastal 1713 valmistas nooruke Harrison, kes polnud veel kahekümnenegi, pendelkella, mis oli enamalt jaolt puust. Hiljem leiutas ta ka mehhanismid hõõrdumise vähendamiseks ja temperatuuri kõikumise kompenseerimiseks. Tol ajal tegid maailma parimad kellad päevas minutise käiguvea, Harrisoni kellad eksisid aga sekundiga ühes kuus. *

Nüüdsest peale keskendus Harrison sellele, kuidas ajamõõtur ka mere peal täpseks jääks. Pärast seda, kui Harrison oli neli aastat probleemi üle pead vaevanud, seadis ta sammud Londoni poole, esitamaks oma ettepanekut pikkuskraadide nõukogule, kelle ülesandeks oli auhinna määramine. Seal tutvustati Harrisoni juhtivale kellassepale George Grahamile, kes andis mehele heldekäeliselt intressivaba laenu, et ta saaks oma ajamõõturi valmis teha. 1735. aastal tutvustas Harrison maailma esimest täpset kronomeetrit rahuloleva Kuningliku Ühingu ees, kuhu kuulusid kõige mainekamad briti teadlased. Kronomeeter oli messingist ning kaalus 34 kilogrammi.

Harrison saadeti kronomeetri katsetamiseks merereisile Lissaboni (kuigi auhinna võitmine eeldas seilamist Lääne-India saartele) ning selgus, et riistapuu töötab suurepäraselt. Harrison oleks võinud nõuda kohest üle Atlandi sõitmise katset, tõestamaks, et tema kronomeeter on auhinda väärt. Tuleb aga mainida, et pikkuskraadide nõukogu esimesel istungil oli ainsaks kella kritiseerijaks Harrison ise. Perfektsionist, nagu Harrison oli, arvas ta, et kronomeetrit saaks täiustada. Niisiis palus ta vaid veidi raha ja lisaaega, et teha veelgi parem ajanäitaja.

Kuus aastat hiljem sai Harrisoni teine kronomeeter, mis kaalus 39 kilogrammi ja mille juures oli tehtud mitu parandust, Kuningliku Ühingu täieliku heakskiidu. Ent 48-aastane Harrison polnud ikka veel rahul. Ta läks  tagasi oma töökotta ja veetis järgmised 19 aastat kolmandat ja üsna teistsuguse ehitusega kronomeetrit valmistades.

Töötades oma kolmanda koguka mudeli kallal, avastas Harrison üsna juhuslikult midagi huvitavat. Üks tema kolleeg valmistas taskukella, mis põhines Harrisoni kronomeetri ehitusel. Alati oli arvatud, et suured kellad on taskukelladest täpsemad. Ent Harrison oli selle uue seadme täpsusest hämmingus. Niisiis, kui Atlandi ületamise katse 1761. aastal lõpuks ette võeti, ei pannud Harrison lootusi mitte oma kolmanda leiutise, vaid neljanda, kilogrammise kronomeetri peale, mis meenutas taskukella. Harrison olevat öelnud: „Tänan kogu südamest Kõikvõimsat Jumalat, et ta on andnud mulle nii palju elupäevi, et olen oma tööga kuskile välja jõudnud.”

Karjuv ülekohus

Selleks ajaks olid ka astronoomid jõudnud oma meetodiga üsna lähedale pikkuskraadide probleemi lahendamisele. Lisaks oli nüüd auhinna määramise õiguse saanud kohtunike seas juhtpositsioonile tõusnud Nevil Maskelyne, kes oli ise samuti astronoom. Harrisoni ajanäitaja pandi proovile 81 päeva pikkuse Atlandi ületamisega. Kui täpseks tema riistapuu osutus? See eksis vaid viie sekundiga! Ometi viivitasid kohtunikud Harrisonile auhinna üleandmisega, väites, et rikutud on mõningaid reegleid ja et ajanäitaja täpsus oli vaid õnneasi. Ja nii sai ta vaid osa ettenähtud summast. 1766. aastal avaldas Maskelyne tabelid prognoositavate kuu asukohtade kohta, mis võimaldasid meresõitjatel arvestada välja pikkuskraade kõigest poole tunniga. Harrison pelgas, et Maskelyne võib auhinna hoopis endale saada.

Siis aga, 1772. aastal, astus mängu briti maadeavastaja kapten James Cook. Oma teise ajaloolise merereisi ajal kasutas Cook Harrisoni kronomeetri duplikaati ning andis hiljem teada, et see ületas kõik ootused. Vahepeal muutus aga 79-aastane Harrison pikkuskraadide nõukogu suhtes nii rahulolematuks, et pöördus Inglismaa kuninga enda poole. Tänu sellele sai Harrison 1773. aastal kätte ülejäänud auhinnaraha, kuigi ametlikult ei kuulutatud teda võitjaks kunagi. John Harrison suri kolm aastat hiljem oma 83. sünnipäeval.

Juba mõne aasta pärast võis täpseid kronomeetreid osta kõigest 65 naela eest. Niisiis oli võimatu saanud võimalikuks ja seda suuresti tänu ühe külapuusepa silmapaistvale nutikusele ja pühendumusele.

[Allmärkus]

[Joonis/pilt lk 21]

(Kujundatud teksti vaata trükitud väljaandest.)

Aja abil pikkuskraadi määramine

6.00 12.00

PÕHJA-AMEERIKA SUURBRITANNIA

[Pilt lk 22]

Kellassepp John Harrison

[Allikaviide]

SSPL/Getty Images

[Pilt lk 22]

Harrisoni esimene, 34-kilogrammine kronomeeter

[Allikaviide]

National Maritime Museum, Greenwich, London, Ministry of Defence Art Collection

[Pilt lk 22]

Harrisoni neljas, kilogrammine kronomeeter (mitte õiges mõõtkavas)

[Allikaviide]

SSPL/Getty Images

[Piltide allikaviited lk 20]

Merehädas laev: © Tate, London/Art Resource, NY; kompass: © 1996 Visual Language