Kohti pituusasteongelman ratkaisua

Lokakuun 22. päivänä 1707 Britannian merivoimien eskaaderi purjehti Atlantilla kohti Englannin kanaalia. Laivueen sijainti oli kuitenkin laskettu väärin, ja Scillysaarten tuntumassa Englannin lounaiskärjen edustalla neljä alusta haaksirikkoutui. Lähes kaksituhatta miestä menetti henkensä.

TUOLLOIN 1700-luvulla merenkulkijoiden oli helppo laskea, millä leveysasteilla liikuttiin eli kuinka kaukana pohjoisessa tai etelässä oltiin päiväntasaajalta. Mutta pituusasteen eli länsi–itä-suuntaisen aseman määrittämiseksi ei ollut mitään tarkkaa menetelmää. Vuosisadan alussa Atlantilla purjehti vuosittain jo satoja laivoja, ja haaksirikot olivat tavallisia. Vuoden 1707 turma oli kuitenkin käännekohta, joka sai englantilaiset kiinnittämään erityishuomiota niin sanottuun pituusasteongelmaan.

Vuonna 1714 parlamentti ilmoitti antavansa 20 000 puntaa sille, joka keksisi keinon määrittää pituusaste tarkasti avomerellä. Palkkion arvo olisi nykyrahassa miljoonia euroja.

Kiperä pulma

Pituusasteen selvittäminen oli äärimmäisen vaikeaa, koska se vaati täsmällistä ajanmittausta. Valaistaanpa asiaa. Kuvittele, että asut Lontoossa. Kahdentoista aikaan päivällä saat puhelinsoiton henkilöltä, joka asuu samalla leveyspiirillä kuin sinä, mutta hänen kellonsa näyttää aamukuutta eli kuusi tuntia vähemmän. Tiedät oman maantieteellisen asemasi, joten päättelet, että soitto tulee Pohjois-Amerikasta, missä aurinko on juuri nousemassa. Kuvittele nyt, että tietäisit sekunnin tarkkuudella sikäläisen paikallisen ajan, ei summittaisen aikavyöhykkeen mukaan vaan sen mukaan, missä soittaja on suhteessa aurinkoon. Silloin voisit laskea hänen sijaintinsa pituusasteen hyvin täsmällisesti.

Menneinä vuosisatoina merenkulkija saattoi missä päin maailman meriä tahansa selvittää pelkästään aurinkoa katsomalla, milloin oli keskipäivä. Jos hän lisäksi tiesi riittävän tarkasti, mitä kello oli kotona, hän pystyi määrittämään pituusasteen noin 50 kilometrin tarkkuudella. Tämä tarkkuus olisi riittänyt tuomaan parlamentin lupaaman palkinnon kuuden viikon merimatkalla.

Vaikeutena oli kuitenkin tietää täsmälleen, mitä kello oli kotona. Laivaan voitiin kyllä ottaa mukaan heilurikello, mutta merenkäynti sotki sen käynnin ja jousi- ja rataskäyttöiset kellot olivat tuolloin vielä melko alkeellisia ja epätarkkoja. Kelloihin vaikutti myös lämpötilan vaihtelu. Mutta olisiko mahdollista hyödyntää ympärillämme olevaa suurta kelloa – kuuta ja muita taivaankappaleita?

 ”Tähtitieteellinen” tehtävä

Tähtitieteilijät ehdottivat teoreettista menetelmää, joka perustui kuun etäisyyden laskemiseen. Siinä laadittiin taulukoita, joiden avulla voitiin määritellä pituusaste sen perusteella, mikä oli kuun asema tiettyihin tähtiin nähden.

Tähtitieteilijät, matemaatikot ja merenkulkijat painivat tämän ongelman kimpussa toistasataa vuotta, mutta edistystä ei juuri tapahtunut. Ongelmat olivat niin valtavia, että ilmaus ”pituusasteen selvittäminen” alkoi tarkoittaa mitä tahansa ongelmaa, joka vaikutti ylipääsemättömältä.

Puuseppä ottaa haasteen vastaan

Barrow Upon Humberissa sijaitsevan Lincolnshiren kylän puuseppä John Harrison päätti tarttua härkää sarvista. Ennen kuin hän ehti täyttää kahtakymmentä vuotta, hän rakensi vuonna 1713 heilurikellon miltei kokonaan puusta. Myöhemmin hän kehitteli mekanismeja kitkan vähentämiseksi ja lämpötilan vaihtelujen tasaamiseksi. Siihen aikaan maailman hienoimpien kellojen käyntipoikkeama oli noin minuutti vuorokaudessa, mutta Harrisonin kelloissa poikkeama oli vain sekunti kuukaudessa. *

Seuraavaksi Harrison keskitti tarmonsa siihen, miten aikaa voitaisiin seurata tarkasti merellä. Pohdittuaan asiaa neljä vuotta hän lähti Lontooseen jättämään ehdotelmansa pituusastelautakunnalle, jonka vallassa oli myöntää luvattu palkkio. Siellä hänet esiteltiin aikansa johtavalle kellosepälle George Grahamille, joka myönsi hänelle avokätisesti korottoman lainan kellon rakentamista varten. Vuonna 1735 Harrison esitteli maailman ensimmäisen tarkan laivakronometrin Britannian eturivin tiedemiehistä koostuvan Royal Societyn ilahtuneille jäsenille. Kiiltävä messinkikello painoi 34 kiloa.

Harrison kelloineen lähetettiin koepurjehdukselle Lissaboniin – palkinnon saamiseksi olisi pitänyt mennä Länsi-Intiaan asti – ja laite toimi erinomaisesti. Hän olisi voinut vaatia koepurjehdusta Atlantin yli vaikka saman tien todistaakseen, että tarkkuuskello ansaitsi palkintonsa. Pituusastelautakunnan ensimmäisessä kokouksessa hän itse olikin ainoa, joka kritisoi kelloa! Perfektionistina hän uskoi voivansa parantaa laitetta, ja niinpä hän vain pyysi hieman rahaa ja lisää aikaa rakentaakseen vielä paremman ajannäyttäjän.

Kuusi vuotta myöhemmin Harrisonin toinen kronometri sai Royal Societyn täyden kannatuksen. Tuossa 39 kilon painoisessa kellossa oli useita parannuksia, mutta  48-vuotias keksijä ei ollut vieläkään tyytyväinen. Hän palasi työpajalleen ja ahersi seuraavat 19 vuotta hyvin erilaisen kolmannen mallin kimpussa.

Rakentaessaan tuota muhkeaa kolmatta kelloa Harrison oivalsi jotain koko lailla sattumalta. Eräs toinen kelloseppä oli rakentanut Harrisonin mallin pohjalta taskukellon. Siihen aikaan ajateltiin, että suuret kellot olivat taskukokoisia tarkempia, mutta nyt Harrison pani hämmästyneenä merkille tuon uuden kellon tarkkuuden. Kun sitten viimein vuonna 1761 koitti aika tehdä testi Atlantin ylityksellä, hän panikin täyden luottamuksensa kolmannen mallin sijasta neljänteen malliinsa, kilon painoiseen kronometriin, joka pohjautui tuohon taskukelloon. Hänen kerrotaan sanoneen: ”Kiitän sydämestäni Kaikkivaltiasta Jumalaa siitä, että olen elänyt näin pitkään ja saanut sen jossain määrin valmiiksi.”

Puolueellinen päätös

Tässä vaiheessa tähtitieteilijät olivat kuitenkin jo päässeet lähelle omaa ratkaisuaan pituusasteen määrittämisessä. Lisäksi palkintorahoista päättävän tuomariston hallitseva jäsen oli vaihtunut tähtitieteilijä Nevil Maskelyneksi. Kun Harrisonin kello testattiin 81 päivää kestävällä Atlantin ylityksellä, sen käyntivirhe oli vain viisi sekuntia! Tuomaristo päätti kuitenkin lykätä palkinnon luovuttamista sillä verukkeella, että joitakin sääntöjä oli rikottu ja kellon tarkkuus oli silkkaa hyvää onnea. Harrison sai ainoastaan osan rahoista. Vuonna 1766 Maskelyne julkaisi kuun asemaa koskevia taulukoita, joiden avulla merenkulkijoiden oli mahdollista laskea pituusaste vain puolessa tunnissa, ja Harrison pelkäsi, että Maskelyne itse veisi palkintorahat.

Sitten vuonna 1772 näyttämölle astui brittiläinen tutkimusmatkailija kapteeni James Cook. Hän käytti toisella historiallisella matkallaan Harrisonin kronometrin kaksoiskappaletta ja kertoi myöhemmin, että se oli ylittänyt kaikki odotukset. Harrison, joka oli nyt jo 79-vuotias, oli puolestaan niin turhautunut ja pettynyt pituusastelautakuntaan, että hän vetosi kuninkaaseen. Se tuotti tulosta, sillä loput palkintosummasta luovutettiin hänelle vuonna 1773, joskaan häntä ei koskaan julistettu voittajaksi virallisesti. Kolme vuotta myöhemmin hän kuoli 83. syntymäpäivänään.

Muutaman vuoden kuluttua tarkan laivakronometrin sai 65 punnalla. Mahdoton oli muuttunut mahdolliseksi suurelta osin lahjakkaan ja asialleen omistautuneen kyläpuusepän ansiosta.

[Alaviite]

[Kaavio/Kuva s. 21]

(Ks. painettu julkaisu)

Pituusasteen määrittäminen kellonajan perusteella

6.00 12.00

POHJOIS-AMERIKKA BRITANNIA

[Kuva s. 22]

Kelloseppä John Harrison

[Lähdemerkintä]

SSPL/Getty Images

[Kuva s. 22]

Harrisonin ensimmäinen kello, 34 kilon painoinen kronometri

[Lähdemerkintä]

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

[Kuva s. 22]

Harrisonin neljäs malli, kilon painoinen kronometri (eri mittakaavassa)

[Lähdemerkintä]

SSPL/Getty Images

[Kuvien lähdemerkinnät s. 20]

Merihädässä oleva laiva: © Tate, London/Art Resource, NY; kompassi: © 1996 Visual Language