Μια μικρή ιστορία ενός μεγάλου μήκους (Γεωγραφικό Μήκος)

 Εισαγωγή

Η ναυσιπλοΐα στην αρχαιότητα ήταν υπόθεση ουσιαστικά ακτοπλοΐας, καθώς οι ναυτικοί δεν είχαν τρόπο να προσδιορίσουν τη θέση τους στη θάλασσα, αν δεν είχαν αναγνωρίσιμα σημεία στην ξηρά.

Ακόμα και πολύ αργότερα όταν πλέον υπήρχε η πυξίδα, ο προσδιορισμός της θέσης ενός πλοίου στην ανοικτή θάλασσα ήταν μια διαδικασία πολύ στο «περίπου», καθώς έπρεπε να συνεκτιμηθούν η ταχύτητα πλεύσης, ο άνεμος και  τα θαλάσσια ρεύματα, κάτι που ήταν ουσιαστικά αδύνατον.

Όμως επίσης από την αρχαιότητα, γνώριζαν ότι εάν εφαρμόζονταν επάνω στη Γη (όση ήταν τότε γνωστή) ένα σύστημα συντεταγμένων όπως τις ξέρουμε σήμερα, θα μπορούσε να προσδιοριστεί η θέση στη θάλασσα (και οπουδήποτε αλλού φυσικά) με μεγάλη ακρίβεια.

Γεωγραφικό Πλάτος

Ο προσδιορισμός του γεωγραφικού πλάτους ήταν γνωστός από την αρχαιότητα, μάλιστα ο Πυθέας ο Μασσιαλιώτης, προσδιόρισε με μεγάλη ακρίβεια το γεωγραφικό πλάτος της πόλης του τον 2^ο πΧ αιώνα.

Η αρχή σύμφωνα με την οποία προσδιορίζεται το γεωγραφικό πλάτος.

1. Το ύψος του ήλιου το μεσημέρι (δηλαδή όταν το ύψος από τον ορίζοντα γίνεται  μέγιστο), είναι το ίδιο για όλους του τόπους στο ίδιο γεωγραφικό πλάτος και την ίδια εποχή, όταν φυσικά στον καθένα απ' αυτούς είναι μεσημέρι.

Το ύψος αυτό όμως αλλάζει μέρα με τη μέρα, καθώς η φαινόμενη θέση του ήλιου μετακινείται συνεχώς, ψηλότερα το καλοκαίρι και και χαμηλότερα τον χειμώνα (εικόνα επάνω).

.

2. Με τον εξάντα (εικόνα επάνω) που πρέπει να υπάρχει σε κάθε πλοίο, βρίσκουμε το ύψος του ήλιου, ουσιαστικά δηλαδή τη γωνία του σε σχέση με τον ορίζοντα.

Η αρχή είναι απλή, αλλά οι εξάντες έχουν σχετικά σύνθετη κατασκευή για να εξασφαλίσουν την ακρίβεια της παρατήρησης (και την προστασία της όρασης από τις ακτίνες του ήλιου).

Η μέτρηση γίνεται όταν το κάτω μέρος του δίσκου του ήλιου "μεταφερθεί" οπτικά ώστε να αγγίξει τον ορίζοντα, ενώ μια ποικιλία φίλτρων προστατεύει το μάτι από το φως του ήλιου, ανάλογα με τις συνθήκες.

Ένας σύγχρονος εξάντας. Μάλιστα ο συγκεκριμένος είναι όμοιος με αυτόν που είχαν μαζί τους οι αστροναύτες του Απόλλων 11 (της πρώτης προσελήνωσης), σαν εφεδρικό μέσο προσδιορισμού της θέσης τους, σε περίπτωση βλάβης του υπολογιστή ναυσιπλοΐας του διαστημοπλοίου. Ένα όργανο που άρχισε να χρησιμοποιείται τον 17ο αιώνα!

3. Αφού έχουμε προσδιορίσει το ύψος του ήλιου με τον εξάντα, ανατρέχουμε στο «Ναυτικό Αλμανάκ» με το οποίο είναι επίσης εφοδιασμένο κάθε πλοίο και περιέχει πίνακες με τα ύψη του ήλιου αλλά και άλλων χαρακτηριστικών ουράνιων σωμάτων, καθώς και τις αντίστοιχες ημερομηνίες και ώρες παρατήρησης*.

Από το ύψος του ήλιου λοιπόν στο μεσημέρι ενός τόπου και την ημερομηνία παρατήρησης, μπορούμε να βρούμε από τους πίνακες το Γεωγραφικό Πλάτος του τόπου αυτού.

*Αυτό επιτρέπει, ώστε η παρατήρηση να μην περιορίζεται μόνο στον ήλιο και κατά το μεσημέρι.

Γεωγραφικό Μήκος

Έχοντας λοιπόν λυθεί ικανοποιητικά το πρόβλημα προσδιορισμού του Γεωγραφικού Πλάτους, έμενε ο προσδιορισμός του Γεωγραφικού Μήκους.

Ήδη πάλι από την αρχαιότητα, ο Ίππαρχος είχε καταλάβει ότι το πρόβλημα αυτό θα μπορούσε να λυθεί με μέτρηση χρόνου, αλλά έπρεπε να περάσει πολύς καιρός και να μεσολαβήσει ένας κρατικός διαγωνισμός για βρεθεί πρακτική λύση.

Μέχρι τότε, όσοι ναυτικοί δεν ήθελαν να διακινδυνεύσουν πολύ στην ανοιχτή θάλασσα, είχαν μια απλή αλλά με πολλούς περιορισμούς μέθοδο.

Έπλεαν κατ' αρχήν στον κοντινότερό τους τόπο που είχε το ίδιο γεωγραφικό πλάτος με αυτό του προορισμού τους, και μετά χάραζαν πορεία είτε ακριβώς δυτικά, είτε ακριβώς ανατολικά, ελέγχοντας περιοδικά ότι μένουν στο ίδιο γεωγραφικό πλάτος.

Φυσικά η μέθοδος αυτή πέρα από την παρατεταμένη παραμονή στη θάλασσα με όλους τους κινδύνους της, είχε και την προφανή απαίτηση της θαλάσσιας επικοινωνίας σε ευθεία γραμμή των δύο τόπων.

Το 1714 λοιπόν και μετά από πολλά ναυτικά ατυχήματα, η βρετανική κυβέρνηση πρόσφερε ένα μεγάλο ποσό σαν έπαθλο σε όποιον ή όποιους έβρισκαν έναν τρόπο, ή συνεισέφεραν σημαντικά, στον ακριβή προσδιορισμού του Γεωγραφικού Μήκους.

Η λύση στη θεωρία ήταν απλή, αλλά η υλοποίησή της πολύ δύσκολη για την τεχνολογία της εποχής.

Αν διαιρέσουμε τις 360 μοίρες του συνόλου των μεσημβρινών της Γης με τις 24 ώρες που διαρκεί μια περιστροφή της, θα δούμε ότι δύο τόποι που απέχουν 15 μοίρες Γεωγραφικού Μήκους, έχουν μεσημέρι με διαφορά μιας ώρας ακριβώς.

Άρα το πρόβλημα ήταν να μπορέσει να κατασκευαστεί ένα ρολόι αρκετά ακριβές και ανθεκτικό σε συνθήκες πλοίου, που να μπορεί να διατηρεί την ακρίβειά του για αρκετά μεγάλο χρονικό διάστημα.

Έτσι λοιπόν για παράδειγμα, αν το ρολόι είχε ρυθμιστεί να δείχνει 12.00 πμ όταν ο ήλιος ήταν στο μέγιστό του στο Γκρήνουιτς (όπως καθιερώθηκε αργότερα), ενώ στο σημείο που βρίσκονταν το πλοίο το μέγιστο του ήλιου (ελεγμένο με τον εξάντα) συνέβαινε όταν το ρολόι έδειχνε 11.00 πμ, θα σήμαινε ότι το πλοίο βρίσκονταν επάνω στον μεσημβρινό που περνάει 15 μοίρες ανατολικά από το Γκρήνουιτς.

O John Harrison, ξυλουργός στο επάγγελμα αλλά ερασιτέχνης ωρολογοποιός, ασχολήθηκε με την κατασκευή ενός κατάλληλου για την εγκατάσταση σε πλοίο χρονόμετρου, ώστε να διεκδικήσει το έπαθλο.

Κατασκεύασε προοδευτικά 4 μοντέλα χρονόμετρων, από το Η1 το 1736, μέχρι το Η4 το 1760, το τελευταίο με τη βοήθεια ενός επαγγελματία Λονδρέζου ωρολογοποιού.

Αν και όλα τα χρονόμετρά του ήταν μια σημαντική βελτίωση σε σχέση με τα ρολόγια της εποχής, μόνο το Η4 είχε την ακρίβεια που επέτρεψε τελικά στον Harrison να κερδίσει το βραβείο.

Επιπλέον, το Η4 ήταν μια πολύ πιο συμπαγής και εύχρηστη συσκευή από τα προηγούμενα τρία μοντέλα, μοιάζοντας περισσότερο σαν ένα μεγάλο ρολόι τσέπης.

Το Η1, το πρώτο μοντέλο του Harrison

Το Η4, το μοντέλο που κέρδισε το βραβείο. Μεγάλη εξέλιξη από το Η1, μέσα σε λιγότερο από 30 χρόνια.

Ο μηχανισμός "διαφυγής" που βρίσκεται στην "καρδιά" ενός μηχανικού ρολογιού ακριβείας (ο συγκεκριμένος είναι από εκκρεμές), εφευρέθηκε στα μέσα του 18ου αι. και έκανε δυνατή τη σμίκρυνση των διαστάσεων και τη μαζική παραγωγή των χρονομέτρων.

Επίλογος

Στις αρχές του 20ου αι. μία νέα τεχνολογία ήρθε βελτιώσει σημαντικά την ακρίβεια της ναυσιπλοΐας, τόσο στη θάλασσα όσο και στον αέρα. Ήταν η εφεύρεση της γυροσκοπικής πυξίδας (σύστημα αδρανειακής πλοήγησης - INS) που δεν υπόκειται στα σφάλματα των μαγνητικών πυξίδων και λειτουργεί σε οποιαδήποτε θέση στον χώρο, με μόνη απαίτηση την τροφοδότηση με ηλεκτρικό ρεύμα και περιοδική αρχική ρύθμιση. (Περισσότερα για το φαινόμενο του γυροσκοπίου, βλ. το θέμα 109 από το ίδιο blog: https://geometax12.blogspot.com/2018/07/blog-post_9.html).

Σήμερα βέβαια όλα αυτά έχουν περισσότερο ιστορική αξία, καθώς με τα δορυφορικά συστήματα (GPS, για περισσότερα βλ θέμα 36 στο ίδιο blog: https://geometax12.blogspot.com/2018/07/blog-post_9.html) οι συντεταγμένες ενός πλοίου καθορίζονται σε πραγματικό χρόνο και με ακρίβεια μερικών μέτρων, ενώ με τους υπολογιστές μπορούν να απεικονιστούν πληροφορίες που οι ναυτικοί δεν θα μπορούσαν ούτε να φανταστούν πριν λίγες δεκάδες χρόνια.

Παρόλα αυτά, η γνώση της «κλασικής» μεθόδου εύρεσης στίγματος δίνει δύο πλεονεκτήματα.

1. Καλύτερη κατανόηση των κινήσεων της Γης σε σχέση με τον Ήλιο, και ένα εξαιρετικό παράδειγμα επίλυσης σημαντικών προβλημάτων με περιορισμένα και απλά μέσα.
2. Σε μια σημαντική καταστροφή που θα απενεργοποιήσει τα ηλεκτρονικά κυκλώματα (πχ ηλιακή καταιγίδα), το Αλμανάκ, ο χάρτης, ο εξάντας και το μηχανικό χρονόμετρο, πάντα θα μπορούν να προσφέρουν τις υπηρεσίες τους.

                                                                                                                                Γ. Μεταξάς