Jak wynalazek chronometru wpłynął na pomiar czasu

Pierwsze prototypy zegarów pojawiły się w Egipcie już około 2000 roku p.n.e. i były to tak zwane gnomony. Co kryje się pod tą nieoczywistą nazwą? Były to po prostu pionowe słupy wbijane w ziemię na równym, płaskim podłożu, które rzucały cień ułatwiający względne określenie pory dnia. W Egipcie rolę gnomonów pełniły w szczególności obeliski znajdujące się na publicznych placach miejskich.

Kolejnym etapem w rozwoju metod wyznaczania czasu były zegary słoneczne. Były ulepszonymi gnomonami - cień padający z prostopadle ułożonej wskazówki wyznaczał bowiem aktualną godzinę na płaskiej tarczy. Jednak zarówno gnomony, jak i późniejsze zegary słoneczne, opierały swoje działanie na obecności słońca, więc do prawidłowego działania wymagały określonych warunków pogodowych. Nic dziwnego, że ciągle szukano rozwiązania, które mogłoby zniwelować ten problem i wskazywać czas bez względu na porę dnia i pogodę.

By uniezależnić pomiar czasu od słońca zaczęły powstawać najprostsze zegary wodne, tworzone na bazie naczynia z otworem w dnie. Naczynie było napełniane wodą, która wypływała przez otwór, a po ilości pozostałej wody można było określić, jak wiele czasu upłynęło od napełnienia. Zegary wodne były stopniowo ulepszane i rozpoczęto wykorzystywanie w ich konstrukcji koła zębatego i zębatki, co umożliwiło dodanie ruchomej wskazówki przemieszczającej się po podziałce godzinowej. W ten sposób otrzymaliśmy nowe narzędzie umożliwiające pomiar czasu nie tylko w słoneczny dzień, lecz także w nocy oraz przy gorszych warunkach pogodowych.

Pierwszy zegar mechaniczny powstał we Francji w roku 1299 lub 1300. Jego pomysłodawcą i wykonawcą był złotnik Pierre Pipelard. Urządzenie było niewielkich rozmiarów, wykonane ze srebra. Niestety, pierwszym zegarom brakowało odporności na uszkodzenia oraz - co chyba jeszcze ważniejsze - precyzji w określaniu czasu. Nad ich ulepszeniem pracował m.in. Szwed mieszkający przez większość życia w Paryżu, Abraham-Louis Breguet. Udało mu się skutecznie poprawić wytrzymałość zegarków poprzez zastosowanie systemów przeciwwstrząsowych oraz zwiększyć dokładność chodu zegarów. Breguet był twórcą pierwszego zegarka na rękę.

Jednak punktem zwrotnym w ewolucji zegarów okazał się całkowicie nowy system, który opracował w 1928 roku Warren Morrison. Był to zegar kwarcowy, wykorzystujący w swojej konstrukcji kryształ kwarcu jako oscylator. Mechanizm ten okazał się dziesięciokrotnie bardziej precyzyjny niż jego poprzednik – sprężynowy zegar mechaniczny.

Wróćmy jednak do wieku XVIII. Kamieniem milowym w historii mierzenia czasu było wynalezienie chronometru.

Brytyjczyk John Harrison pochodził z rzemieślniczej rodziny i był samoukiem w dziedzinie zegarów. Mimo to okazał się osobą, która znalazła rozwiązanie dużego problemu związanego z nawigacją morską w ówczesnych czasach. Motywowany wysoką nagrodą pieniężną wyznaczoną przez Królową Annę podjął się stworzenia najdokładniejszego zegara na świecie.

ZOBACZ TEŻ: Sekstans – budowa i zastosowanie w astronawigacji

Wprawdzie pierwsze trzy prototypy stworzone przez Harrisona nie były wystarczające, lecz czwarty zapewnił mu sukces. Powstały w roku 1759 chronometr miał średnicę zaledwie 13 centymetrów i ważył półtora kilograma. Sukces zapewniło mu szereg usprawnień, które wprowadził w swoim chronometrze, jak wykorzystanie łożysk z kamieni szlachetnych. Urządzenie odbyło swój test morski na pokładzie okrętu HMS Deptford, który 18 listopada 1761 roku wyruszył w rejs z Portsmouth do Kingston na Jamajce.

Rejs z nowym chronometrem trwał 81 dni i 5 godzin, a nad bezpieczeństwem przyrządu czuwał syn wynalazcy. Chronometr był umieszczony na pokładzie w specjalny sposób, aby zminimalizować błędy pozycyjne: znajdował się w drewnianej skrzyni i zawieszony był pionowo w specjalnym mocowaniu. Odchył czasowy, który wystąpił w trakcie trwania całego rejsu, wyniósł zaledwie 3 minuty i 35,5 sekundy. Chronometr okrętowy Harrisona spełnił więc wymagania narzucone przez komisję konkursową aż zbyt dobrze, do tego stopnia, że nieufni jurorzy zarzucili udanemu eksperymentowi, że taka dokładność może być jedynie zbiegiem okoliczności.

Chronometr to najogólniej przenośny zegar, którego konstrukcja zapewnia bardzo wysoką dokładność w określaniu czasu. W klasycznej nawigacji był powszechnie wykorzystywany przy wyznaczaniu długości i szerokości geograficznej w trakcie rejsów morskich względem ciał niebieskich. Chronometr jest zdolny do określania czasu z dokładnością do 0,5 sekundy - dokładny czas jest niezbędny do wyznaczenia precyzyjnie pozycji na morzu.

Dziś chronometry to nie tylko urządzenia mechaniczne. Nazywane są tak również inne urządzenia mierzące dokładnie czas w oparciu o elektronikę, łączność radiową czy satelitarną.

Źródła: Britannica The Horological Journal: The Special Organ of the British Horological Institute Encyclopedia of Time