2018-03 HistoRik over ... John Harrison
John Harrison (1693-1776)
John Harrison is bekend als de persoon die het grootste probleem van zijn tijd oploste: het bepalen op welke lengtegraad men zich bevindt.
Hij kon alleszins bewijzen dat zijn methode de meest nauwkeurige was. In vorige afleveringen van HistoRik maakten we kennis met ontdekkingsreizigers zoals Louis Godin, Charles-Marie de la Condamine en James Cook die altijd zo goed mogelijk hun positie wilden bepalen en ook met de astronoom Tobias Mayer die zijn maantabellen gebruikte voor een juiste positiebepaling.
Een beetje geschiedenis
Hoe legde men dat vroeger aan boord om bij het varen een idee te hebben op welke lengtegraad men zich bevond?
De Feniciërs bevoeren 3000 jaar geleden al de Middellandse Zee en rond het jaar 600 voor Christus maakten zij een kaart van Afrika. Zij maakten daartoe een reis van 25.000 km rond Afrika, maar bleven wel steeds in het zicht van de kust.
Vuurtorens werden essentieel om te zorgen voor een betrouwbare situering. Zo kwam in 300 v.c. de vuurtoren van Alexandrië tot stand, met zijn 122 m was het toentertijd het hoogste bestaande gebouw. In die periode maakte Ptolemaeus een landkaart die nog gebruikt werd tot in het jaar 1486 en bepaalde Eratosthenes de vorm en grootte van de Aarde op 40.200 km.
De grootste prestatie kwam van de Polynesiërs, want zij bevoeren de Zuidzee en hielden rekening met sterren, trekvogels, windrichtingen, zeestromingen om hun positie te bepalen. Zij hadden ook al elementaire zeekaarten met posities van vele eilanden. Daarom ook dat James Cook een Polynesiër aan boord nam om te zoeken naar Zuidland. Het waren trouwens de Polynesiërs die hem overtuigden dat er geen Zuidland bestond.
Met een kompas kan men altijd zien waar het noorden ligt, maar dat bereikte ons pas in de 11e eeuw vanuit China. De moderne sextant kwam er ook pas in 18e eeuw, maar voordien kon men hoeken meten met een elementaire kwadrant. De breedtegraad bepalen was dus redelijk eenvoudig door de hoogte van de Poolster of de hoogte van de Zon om 12 uur zonnetijd te meten. Een zonnewijzer gaf alvast een vlugge aanduiding van dat uur.
Maar een fout van 1 graad geeft toch al gauw een verschil van meer dan 100 km afstand op de evenaar. Het bepalen van de lengtegraad was dus de grote uitdaging. Daarom voeren de ontdekkingsreizigers op hoge zee westwaarts en bleven op dezelfde breedtegraad. Maar qua lengtegraad zat Columbus in 1492 er al duizenden kilometers naast. Een eenvoudige klus was de lengtegraadbepaling dus geenszins.
Grote scheepsramp zorgt voor een kentering
In de 18e eeuw zou er een einde komen aan die problematiek.
In het jaar 1707 vergingen 4 schepen van de Royal Navy met 1500 manschappen aan boord op de woeste kusten van de Scilly-eilanden wegens een foutieve inschatting van hun posities. Die ramp zette een hele machinerie in gang en in 1714 werd de “Wet van lengtegraden” uitgevaardigd op aanvraag van de Commissie voor het bepalen van de lengtegraad. Daarbij werd een premie van £ 20.000 uitgeloofd (in euro zou dat een bedrag van 1,2 miljoen voorstellen) voor het kunnen vastleggen van de lengtegraad tot een halve graad nauwkeurig.
Volgens de astronomen kon de lengtegraad bepaald worden met behulp van de posities van een aantal heldere hemellichamen. Galilei en Cassini hadden dat al geprobeerd, en vervolgens stelden Huygens, Newton en Halley de mogelijkheid van het juist bepalen van de lokale lengtegraad voor op basis van de tijdstippen vanaf wanneer maansverduisteringen te zien ware of de vier grote manen van Jupiter.
Probleem: met een goede telescoop en de nodige meetapparaat kon zoiets wel lukken aan land, maar niet op zee. Al in 1533 verklaarde de Nederlands-Vlaamse astronoom Gemma Frisius (1508-1555) dat de enige mogelijkheid om op zee de lengtegraad te bepalen met behulp van een klok moest gebeuren. Met dat idee was hij zijn tijd ver vooruit, want het maken van een dergelijke klok gebeurde toen nog veel te onnauwkeurig. Terloops, een krater op de Maan eert deze weinig gekende astronoom.
Timmerman-klokkenmaker
John Harrison werd in 1693 geboren in een dorpje in het Engelse Yorkshire als oudste van vijf kinderen. Zijn vader was schrijnwerker en John volgde zijn vader op als timmerman. Als kind hield hij zich in zijn vrije tijd al bezig met het maken en herstellen van klokken, en zijn eerste goed werkende klokje maakte hij in 1713. Het was een houten klokje en was nauwkeurig tot op één seconde per maand. Tot dan haalde men slechts een nauwkeurigheid van één minuut per maand. In 1722 kreeg hij de opdracht om in het plaatsje Brocklesby een torenklok te bouwen. Harrison opteerde voor een houten klok en die klok bestaat nog steeds. Waarom een houten klok? Als timmerman was John Harrison vertrouwd met verschillende houtsoorten en hun eigenschappen, en voor die klok koos hij de meest geschikte houtsoort die minder onderhevig was aan temperatuur en die ook geen smering nodig had.
Een klok voor op zee
De klokken die hij tot dan gemaakt had waren grote slingerklokken en niet zeewaardig. Maar vanaf dan legde hij zich toe op het maken van een klok die geschikt was voor op zee. De veerkracht moest genivelleerd worden zodat er altijd een constante druk op het mechanisme werd uitgevoerd. Er mocht ook geen olie of vet bij komen kijken want dat doet het mechanisme vertragen bij koudere temperaturen. En de klok moest gemaakt zijn uit materialen die aanzienlijke temperatuurverschillen aankunnen.
In 1735 was de eerste klok klaar, H1 genoemd, met een gewicht van 35 kg. Op een testreis van Lissabon naar Engeland deed hij 100 km beter dan met de toenmalige scheepvaartmetingen. Voor die prestatie ontving hij een bedrag van £ 250 (€ 15.000). In 1741 bracht hij een verbeterde versie uit, zijn H2-klok, die woog toch nog 45 kg.
In 1749 kreeg hij voor zijn wetenschappelijk onderzoek de Copley-medaille, de hoogste onderscheiding van de Royal Society, die o.a. ook gegeven werd aan Cook en later aan Einstein.
In 1757 kwam klok H3 klaar, waar hij bijna twintig jaar aan gewerkt had, maar dat exemplaar woog toch nog steeds 30 kg.
Hoewel intussen toch zo goed als bewezen was dat een goede klok de beste oplossing was voor het bepalen van de lengtegraad op zee, waren de astronomen niet overtuigd en bleven halsstarrig werken met hun maantabellen. Edmund Halley was vanaf het begin een grote fan van de aanpak van Harrison, maar Halley stierf in 1742 en werd als Astronomer Royal opgevolgd door de conservatieve Bradley, een grote tegenstander van Harrison.
De winnaar krijgt... slechts een klein deel van de beloofde premie
In 1759 bracht John Harrison zijn beroemde klok H4 uit. Die is als een groot zakhorloge van 13 cm diameter en een gewicht van slechts 3 pond. Voor een eerste test met de H4 voer men in 1762 naar Jamaica en de klok liep maar 5 seconden achter in 81 dagen. Harrison ontving er £ 1500 voor (€ 90.000). Bij een tweede test in 1764 naar Barbados bereikte men een nauwkeurigheid van minder dan 10 mijl. Uiteindelijk kreeg hij in 1765 maar een deel van de beloofde premie: £ 10.000 (€ 600.000).
In 1765 werd Nevil Maskelyne de nieuwe Astronomer Royal, maar ook die stond zeer vijandig tegenover Harrison. Door zijn toedoen bleven de zeevaarders en astronomen verder werken met de maantabellen die wel verfijnder en uitgebreider werden. Maskelyne gebruikte alle mogelijke middelen om het succes van Harrison te dwarsbomen, maar stilaan ging hij toch zijn invloed verliezen.
James Cook als zeevaarder op de wereldzeeën was een absolute voorstander van de tijdsmeting en op zijn tweede reis in 1772 nam hij een kopie van de H4-klok mee. Het resultaat van Cooks reizen werd in een vorige HistoRik al besproken.
Door het enthousiasme van Cook werd uiteindelijk ook het laatste deel van de premie, een bedrag van £ 8750 in 1773 aan Harrison uitgekeerd.
Drie jaar later, in 1776, stierf Harrison in Londen op 83-jarige leeftijd.
Op weg naar een nog betere positiebepaling
Door het gebruik van goede tijdmeters kwam Engeland in een zeer gunstige positie op het vlak van de scheepvaart, daaruit volgde de slogan “Brittannia rules the waves” en konden vele kaarten in lengteligging aangepast worden.
Nevil Maskelyne en andere astronomen bleven nog altijd de maantabellen gebruiken en de Commissie van Lengtegraad werd pas in 1828 ontbonden.
Door een grotere productie werden de dure klokken van Harrison een heel stuk goedkoper, en zo had bijvoorbeeld Charles Darwin op de Beagle al 22 tijdmeters ter beschikking.
In 1860 hadden al 200 schepen een totaal van 800 tijdmeters aan boord.
Vergeet niet dat men nog altijd een zonnetje moest schieten om de plaatselijke zonnetijd te bepalen en die te vergelijken met de tijd op de klok en rekening houden met de tijdsverheffing. Een precieze sextant was daarvoor het enige middel. Die werden ook alsmaar nauwkeuriger en gesofisticeerder. Op deze manier heeft men toch twee eeuwen moeten varen.
De nulmeridiaan werd al in de 18e eeuw toegewezen aan Greenwich en daarmee de verbonden tijdlijn GMT en de latere UT.
In 1884 kwamen een groot aantal landen overeen om de nulmeridiaan van Greenwich officieel aan te nemen. Frankrijk zou dat pas in 1911 doen.
Door de opkomst van de satellieten en vooral de navigatiesatellieten staat de positiebepaling nu in een heel nieuwe dimensie. Maar ook hiervoor moeten de kaarten op het toestel zelf nauwkeurig zijn en dat werk werd dan wel gedaan door de ontdekkingsreizigers en cartografen van voordien.
Tekst: Rik Blondeel, juni 2018