Longitudine (53’)

(Longitude)

Regia: Peter Jones

Fotografia: Brian McDiarmant

Produzione: Green Umbrella for WGBH and BBC, Inghilterra, 1998

John Harrison (1693-1776) da ragazzo aveva appreso il mestiere di falegname, poi imparò la musica facendo il campanaro. Non si sa come apprese il funzionamento degli orologi, ma a 17 anni costruì, forse senza modelli, il suo primo orologio, realizzato quasi tutto in legno. Privo di educazione formale, più tardi affermò di lavorare solo sulla base dell’esperienza. Che, secondo lui, è il modo migliore di creare oggetti utili. Il lavoro di un orologiaio di campagna sembrerebbe molto lontano dai problemi dei marinai dell’inizio del 700, ma vedremo che non è così. Su una nave a vela si sono ricostruite le tecniche utilizzate dai naviganti di tre secoli fa. Per conoscere la posizione della nave occorreva sapere quanto percorso era stato fatto e questo portava a controllare continuamente la velocità con uno strumento molto semplice, facendo scorrere una corda, legata ad una tavoletta gettata in mare, e contando i nodi intervallati, che passavano tra le mani, durante 28 secondi , il tempo segnato da una clessidra a sabbia. Ma le correnti e i venti potevano gettare la nave fuori rotta. I cartografi utilizzavano da molto tempo la rete dei meridiani e paralleli per localizzare i punti sulla superficie della terra. Trecento anni fa solo la latitudine era misurabile e anche questo con mota difficoltà. L’altezza del sole sull’orizzonte varia con la latitudine che poteva essere determinata misurando questo angolo, con tutte le difficoltà dovute alle oscillazioni della nave. La longitudine rimaneva molto incerta. Questa incertezza fu fatale per molte navi, ma un tragico evento scosse l’opinione pubblica britannica e portò al Longitude act dell’8 luglio 1714. Il 22 ottobre 1707, a poche miglia dalle coste inglesi una flotta di navi da guerra, ritornando in patria, finì per errore nella determinazione della longitudine , contro le scogliere delle isole Scilly.

Quattro navi e 2.000 uomini finirono sott’acqua. Il Parlamento offrì ricompense a chiunque avesse trovato come un metodo per calcolare la longitudine: 20.000 sterline (equivalenti a 6 milioni di sterline d’oggi) se la precisione fosse non superiore a mezzo grado; 15.000 sterline per uno scarto non superiore a 2/3 di grado e 10.000 per l0’approssimazione di un grado. Harrison seppe del premio e capì che se sulla nave fosse disponibile un orologio esattissimo con l’ora del porto di partenza, una differenza di un ora con il tempo locale significa la differenza di 15 gradi nella longitudine. Sulla determinazione della longitudine in mare venivano presentate le proposte più azzardate.

Una tra tutte, quella di William Whiston e Humphrey Ditton: una linea retta formata da 20 o 30 navi da guerra permanentemente ancorate attraverso l’Atlantico che a mezzanotte, ogni notte, facessero esplodere grossi fuochi d’artificio che potevano essere visti a centinaia di miglia di distanza, in maniera che i naviganti venissero a conoscere l’ora di Greenwich e confrontarla con l’ora a bordo della nave. Harrison capiva che occorreva conoscere l’ora del porto di partenza con incredibile precisione: uno scarto di 2 o 3 secondi al mese. L’errore di un solo minuto, cioè di un quarto di grado, porterebbe la nave fuori rotta di 15 miglia (la distanza massima è di 17 miglia all’equatore, che vanno diminuendo man mano che ci si avvicina ai poli).

Nel 1722 Harrison costruì un orologio con ingranaggi di legno per Sir Charles Pelham, che ancora oggi è sistemato nella torre sopra le scuderie della sua dimora a Brocklesby Park, che ancora oggi funziona perfettamente. Uno dei legni usati, di origine tropicale (Caraibi, America meridionale), il Lignum vitae, trasuda sostanze grasse e Harrison se ne servì per le parti che altrimenti dovevano essere lubrificate, e per questo l’orologio non ha bisogno di nessuna manutenzione. Così vinse il problema dell’attrito. Per gli ingranaggi utilizzò legno di quercia di vari tipi.(14,06) Vi introdusse meccanismi estremamente innovativi, (12,54 - 13). Gli altri problemi importanti sono la grande escursione termica durante la navigazione e ovviamente il continuo scuotimento.

L’orologio più preciso è sempre stato quello fornito dal movimento dei pianeti. Galileo aveva scoperto quattro satelliti di Giove, ne aveva studiato i movimenti e aveva preparato tabelle che mostravano la posizione esatta e i tempi in cui apparivano e sparivano dietro il grande pianeta. Era un preciso orologio celeste. Utilizzando le eclissi dei satelliti di Giove Galileo pensò di aver trovato la soluzione per la determinazione della latitudine. Ma la sua proposta non venne accolta dal Re di Spagna (Filippo III) e neppure, anni dopo, dagli Stati Generali di Olanda. Questa idea fu portata avanti dall’astronomo di Luigi XIV, Giovanni Domenico Cassini che con altri astronomi, con il metodo delle longitudini iniziarono a redigere le carte delle coste francesi e si accorsero che le distanze fino allora considerate erano erronee e dovevano essere diminuite fino al 20%..

In mare era impossibile osservare con buona precisione le eclissi dei satelliti di Giove per il movimento della nave. La via astronomica sembrava impossibile a molti ma non ai membri del comitato delle Longitudini, guidate da sir Isaac Newton, che non credette mai che un orologio marino potesse essere realizzato con la precisione necessaria. Harrison decise di valutare la precisione dei suoi orologi, utilizzando come standard il tempo dato dal moto apparente del cielo. Harrison sapeva che le stelle fisse sorgono ogni giorno 3 minuti 56 secondi prima del giorno precedente. Utilizzando la parte orientale dello stipite della finestra e quella occidentale del comignolo di una casa vicina egli potette, contando i secondi misurati dal suo orologio, determinare il tempo esatto in cui la stella scompariva.

Prese poi a studiare le variazione della lunghezza del pendolo dovuta alla dilatazione termica. Cominciò con il misurare di quanto variava la lunghezza di ogni metallo con la temperatura. Così combinando la lunghezza di vari metalli riuscì a costruire un pendolo a graticola che era estremamente stabile col variare della temperatura. (21.10) Poi decise a confrontare due suoi orologi in stanze diverse, una molto fredda l’altra tenuta molto calda. Si metteva tra le due stanze e ascoltando il ticchettio dei due orologi e sentiva la loro marcia sincrona, potendo distinguere differenze minori di un ventesimo di secondo.

Arrivò ad avere con i suoi orologi uno scarto di solo un secondo al mese. Acquistata sicurezza Harrison decise di andare a Londra: avvicinò Edmond Halley (si, quello della cometa) uno dei componenti della Commissione per la Longitudine. Halley rimase colpito dai disegni dell’orologio e lo indirizzò al più famoso costruttore di orologi di Londra, George Graham., che divenne subito un suo grande estimatore, dandogli persino un prestito importante. Probabilmente la stima venne perché Graham aveva cercato di costruire un pendolo a compensazione, senza esserci mai riuscito. Harrison tornò a Barow, deciso a costruire l’orologio marino: la sua costruzione durò 5 anni. Nel 1736 il suo primo orologio, che venne poi chiamato H 1. La Commissione decise di fare una prova e mandò Harrison e il suo orologio a bordo del Centurion, un veliero diretto a Lisbona. Al ritorno il viaggio fu tempestoso e durò un mese, contro la settimana dell’andata. Arrivati in patria, avvistando la costa, sorse una controversia sulla posizione con il comandante Roger Wills, e l’indicazione di Harrison, che indicava un punto 60 miglia più a ovest, si rivelò esatta. Tuttavia l'orologio, secondo lo stesso suo costruttore, non era sufficientemente preciso.(28,30)

Oggi si crede che quell’orologio doveva perdere da 5 a 10 secondi al giorno. Harrison allora propose nel 1737 alla Commissione di finanziare la costruzione di un orologio migliore, l’H 2, e difatti iniziò la sua costruzione che durò due anni. Sottoposto alle dure prove richieste dalla Commissione, Harrison dovette costatare che anche l'H 2 presentava difetti. Il perfezionismo e la tenacia del costruttore furono le spinte per iniziare la costruzione di H 3, una nuova versione dell’orologio. Intanto i suoi concorrenti astronomi cercavano di vincere il premio utilizzando le osservazioni della posizione della luna. La luna cambia il suo percorso ogni minuto di ogni giorno. Chi divenne per decine di anni il più tenace assertore di un programma basato sulle effemeridi lunari fu il reverendo Nevil Maskelyne (1732-1811), arrogante discendente di una famiglia importante, un esponente della società inglese. Che fosse un ecclesiastico non ci deve meravigliare perché tutti coloro che volevano progredire nel campo della scienza dovevano prendere i voti. A Greenwich Maskelyne osservò il movimento della luna rispetto. Tra il 1755 e l1760 effettuò 1.200 osservazioni elaborando anche i calcoli necessari. Voleva costruire tabelle che riportassero la posizione della luna rispetto alle stelle ogni minuto di ogni giorno: i naviganti dovevano solo misurare l’angolo tra la luna e una determinata stella e poi attraverso le previsioni delle tabelle avrebbero conosciuto la longitudine. Era però difficile misurare l’angolo dal ponte di una nave in moto e poi ci volevano almeno 4 ore di calcoli dopo una sola osservazione per determinare la longitudine e intanto la nave si spostava! Con un orologio bastava invece solo leggere l’ora. Il Comitato delle longitudini non credeva però (32.36) un orologio un potesse mai avere la precisione richiesta e che quindi fosse la soluzione del problema, cominciò a limitare i fondi che periodicamente versava a Harrison per la costruzione di H 3. (34.34)

Harrison non si arrese e continuò la costruzione di H 3, introducendo nuove tecnologie: sostituì i bilancieri tradizionali con ruote e inventò i cuscinetti a sfere per ridurre l’attrito. Ma il suo nuovo orologio continuava a dargli problemi. Fu allora che fece la scoperta che gli mancava.

Un artigiano londinese, John Jefferys, a cui ricorreva per le parti in ottone dei suoi orologi, gli costruì nel 1753 un orologio da tasca per suo uso personale, seguendo le sue istruzioni, per esempio vi appare la lamina bimetallica che compensa gli effetti delle variazioni di temperatura e aveva il meccanismo per continuare a funzionare durante le operazioni di carica. Questo orologio era un vero cronometro, e Harrison si rese conto che doveva concentrarsi su orologi più piccoli, abbandonando quanto aveva raggiunto in venticinque anni di lavoro. Un orologio "da tasca" poteva non essere influenzato dal movimento della nave. Il risultato fu l’H 4, un orologio di soli 12 centimetri di diametro e dal peso di 1,3 kg, che Harrison terminò nel 1759. Il Comitato ordinò di collaudare l’orologio portandolo fino alle Barbados. Se ne occupò William il figlio di John Harrison. L’orologio fu regolato al porto di partenza, Portsmouth, utilizzando la lettura dl sole a mezzogiorno. Durante il viaggio si ebbero escursioni termiche di 30 gradi. Dopo un mese e mezzo di navigazione la nave arrivò alle Barbados.

Secondo la longitudine che allora era nota, l’orologio aveva tardato solo quattro secondi. Ma questa determinazione della longitudine non fu ritenuta sufficientemente esatta della Commissione. Occorreva conoscere esattamente la longitudine del porto . ripetere le misurazioni con l’orologio.

Si decise di inviare nuovamente l’orologio alle Barbados e di usare il metodo delle distanze lunari per la determinazione della longitudine e a farlo era stato inviato proprio il suo nemico: Nevil Maskelyne, che doveva giudicare il risultato. Costui al suo arrivo in Giamaica aveva disprezzato pubblicamente l’orologio di Harrison. William lo venne a sapere e dichiarò di non volere che Maskelyne compisse alcuna osservazione. Maskelyne se la prese a morte. Quando il sole fu a mezzogiorno, William Harrison aprì la scatola che per 46 giorni aveva racchiuso l’orologio, e lesse l’ora: segnava le 3,55 del pomeriggio. Con 15 gradi ogni ora, l’orologio collocava Barbados a 58 gradi e 3/4 a Ovest di Portsmouth, soltanto a un sesto di grado della longitudine che oggi conosciamo: davvero un risultato straordinario: uno scarto di 9.8 miglia nautiche. Il premio toccava agli Harrison.

La Commissione non credeva alla affidabilità dell’orologio: David Maskelyne, che era divenuto astronomo reale, fece portare via l’orologio per ulteriori prove.

Nel 1772 William Harrison scrisse una lettera a Giorgio III, chiedendo che l’orologio fosse portato all’osservatorio di Richmond, l’osservatorio privato del re. Il re riconobbe l torto fatto ad essi e promise che avrebbe fatto valere i loro diritti. Il Parlamento assegnò su richiesta del re il resto del premio di 20.000 sterline che gli era dovuto.

Adesso i satelliti forniscono ai naviganti longitudine e latitudine con la precisione di pochi centimetri.