• Kövess minket!

Tech/Tudomány

Maritime Greenwich és a földrajzi hosszúság - I. rész

Maritime Greenwich és a földrajzi hosszúság - I. rész

A földrajzi hosszúság pontos megállapítása a tengeri navigációban évszázadokon át komoly problémát okozott, sőt mi több, súlyos tragédiákhoz vezetett.

Sokszor és sokan próbálták megoldani ezt a megoldhatatlannak látszó problémát, végül a XVIII. században Angliában sikerült megoldást találni, s ezután a nyílt tengeri navigáció rohamos fejlődésnek indult. Ebben az időben kezdett kialakulni London külvárosában, Greenwichben az a negyed, mely a tengeri navigáció központja lett, s ma Maritime Greenwich néven közismert.

Mielőtt elmerülnénk a történetben, nézzük meg, mi a probléma gyökere. Közismert, hogy a gömb alakúnak tekintett Föld felszíni pontjainak helyét poláris koordináta-rendszerben adjuk meg. Ez azt jelenti, hogy a Föld forgástengelyének a földfelszíni döféspontjai, a geometrikus pólusok alkotják a rendszer alappontjait. A pólusoktól egyenlő távolságra lévő, a forgástengelyre merőleges főkör az Egyenlítő. Az Egyenlítővel párhuzamos és koncentrikus körök a szélességi körök, amelyek síkja szintén merőleges a forgástengelyre. Az Egyenlítő síkjára merőleges és a pólusokon áthaladó főkörök a hosszúsági körök (délkörök, vagy meridiánok), melyek egymás síkját a forgástengelyben, azaz a pólusokon metszik.

A földrajzi szélesség – nem probléma
A földrajzi szélesség megállapítása már az ókorban lehetséges volt. A kínaiak sokat tudtak a navigációról, valószínű, hogy miután a közel-kelettel kapcsolatba kerültek, kínai közvetítés hatására arabok is használhattak kezdetleges magasságmérő eszközt (arabul Ka-Mal), amellyel a Sarkcsillag horizont feletti magasságát egy ismert ponthoz tartozó magasságához hasonlítva azt állapíthatták meg, hogy északabbra vagy délebbre vannak az ismert pont (pl. a hazai kikötő) szélességénél. 

A földrajzi szélesség meghatározásának elve
Az európai tudományos csillagászat megteremtőjének Hipparkhosz (Kr. e. II. század) görög csillagászt tartják. Hipparkhosz találta fel, és tökéletesítette az asztrolábiumnak nevezett csillagászati mérőműszert. A tengerészeti asztrolábiumot ebből fejlesztették tovább, mellyel meghatározhatóvá vált az égitestek magassága. A vikingek a X. században tett észak-atlanti utazásaik során a Sarkcsillag magassága alapján határozták meg helyzetüket. Nappal a Nap magasságát mérték a napárnyék kerékkel, mellyel a földrajzi szélességet és az irányokat tudták közelítő pontossággal meghatározni. A XV. században a portugálok Afrika nyugati partjának felkutatása során már használtak kezdetleges magasságmérő eszközt, mely gyakorlatilag azonos volt az arabok által Európában elterjesztett asztrolábiummal. Az asztrolábium a XVII. század közepéig maradt használatban, miközben a Jákob pálcája is széles körben elterjedt. A Jákob bot szintén az égitestek delelési magasságának mérésére használták, amelyből az észlelő földrajzi szélessége megállapítható volt. 

Asztrolábium és a Jákob pálcája
Továbbfejlesztett változata a kvadráns volt, ebből alakult ki a XVII. század elejétől az oktáns, majd a szextáns. A fejlesztésben többek között részt vett Edmond Halley (neve egyébként a róla elnevezett üstökös pályájának megfigyelése és számítása révén lett közismert), és Newton is.

A földrajzi hosszúság – hatalmas probléma
Ezekkel a műszerekkel és táblázatok segítségével a hajók földrajzi szélessége (azaz az Egyenlítőtől való szögtávolsága) meglehetős pontossággal meghatározható volt, azonban a hosszúságot csak becsülni tudták: a hajó mért sebessége és úriránya alapján az előreszámítás módszerével. A mérési és számítási pontatlanságok miatt az idő előrehaladtával az eredmény egyre pontatlanabbá vált. Vagyis a „hosszúsági probléma” abban állt, hogy nem volt olyan módszer, amellyel a navigátorok a nyílt tengeren kellő pontossággal meg tudták volna határozni földrajzi helyzetük kelet-nyugati komponensét, a földrajzi hosszúságot. Azt az ókor óta tudták a navigátorok, hogy a Nap járása és az idő múlása között összefüggés van. Hipparkhosz Kr. e. II. században már felvetette azt a megoldást, hogy a hajó kelet-nyugati helyzetének meghatározásához a helyi idő és egy abszolút idő összehasonlítása lenne szükséges. Ehhez azonban szükség lett volna az egyetemes abszolút idő meghatározására, és a helyi idő ismeretére. Johannes Werner 1514-ben Nürnbergben első ízben feszegette azt a kérdést, hogy a Hold helyzetének megfigyelését miként lehet az egyetemes idő meghatározására használni. Valószínűleg innen eredhet a holdtávolság mérésének gondolata, amely a XVIII. században megoldási irányzattá vált. Galileo Galilei természettudós lévén, szintén ismerte a hosszúság évszázadok óta gyötrő problémáját. Miután a holland Hans Lippershey távcsövét tökéletesítve padovai erkélyén állva többek között megfigyelte a Jupiter négy legfényesebb holdját, 1612-ben felvetette, hogy ez utóbbiak óraműszerű precíz mozgásának megfigyelésével meghatározható lenne az idő, abból pedig a hosszúság. Galilei feltárta tervét III. Fülöp spanyol királynak, aki már akkor komoly életjáradékot kínált a hosszúság-probléma megoldójának, de megbukott vele, ugyanis a csak éjjel és csak távcsővel látható apró holdak obszervációjára a tengeren mozgó hajón nem volt lehetőség.

Galileo Galilei
XIV. Lajos francia király szintén elkötelezett híve lévén a hosszúsági probléma megoldásának, 1666-ban hozzájárult a francia királyi tudományos akadémia, valamint a párizsi csillagászati obszervatórium megalapításához. Az Akadémia alapító tagjai között ott volt Christiaan Huygens (ejtsd: Kristián Hö[j]hnsz) holland matematikus és csillagász is, a brit Royal Society tagja, aki csillagász létére behatóan foglalkozott a hosszúság problémáját megoldani hivatott pontos óramű készítésével is. 1658-ban bemutatta a két évvel korábbi szabadalmát, az ingaórát, melyet gátlómű szabályozott. Az 1672-re megépült párizsi obszervatórium vezetője a bolognai egyetem asztronómiaprofesszora, Giovanni Domenico Cassini lett, aki folytatta Galilei méréseit, és pontos táblázatokat dolgozott ki a Jupiter-holdak segítségével történő helymeghatározás elősegítésére.

Eközben a Csatorna túlpartján, a világ legnagyobb tengeri flottáját bíró Anglia uralkodójának, II. Károlynak is a Napkirályhoz hasonlóan szorított a cipő, már ami a hosszúság kérdését illeti. Miután Párizsban a Jupiter-láz tombolt, 1674-ben egy francia beszámolt neki a Holddal kapcsolatos megfigyeléseiről és arról, hogy a Hold és egy csillag segítségével szerinte meghatározható lenne a földrajzi hosszúság – ahogy ezt százhatvan évvel korábban már Werner is kigondolta. A király a reményteli ötleten felbuzdulva különbizottságot nevezett ki. A teória megvitatásába a király bevonta John Flamsteed angol csillagászt is, aki az elvet elméletileg helyesnek, de a Hold mozgásának és a csillagok égbolton elfoglalt helyzetének pontos ismerete hiányában gyakorlatilag kivihetetlennek ítélte. Ezért azt javasolta, hogy hozzanak létre egy csillagvizsgálót, amely a holdpálya leírást és csillagtérképet lenne hivatott megalkotni. A javaslata meghallgatásra talált a királynál, így 1675-ben a Greenwich Park dombján letették a királyi obszervatórium, a Royal Observatory alapkövét, amelynek aztán Flamsteed lett az első vezető királyi csillagásza. Ezután Flamsteed mást sem csinált, mint a csillagos eget böngészte abban a reményben, hogy az univerzum választ ad a hosszúság problémára. E törekvése életben tartásához Newton gravitációs elmélete nagyban hozzájárult.

Annak ellenére, hogy később Newton maga is próbálkozott a „hosszúsági-probléma” megoldásán, s ellenszenvvel viseltetett a probléma órák segítségével történő megoldásával, Flamsteed pedig mélyen lenézte az ezen dolgozó órásmestereket, az óra megszállottjai már régóta sejtették, hogy a megoldás kulcsa az ő kezükben lehet. Az ötlet nem volt új keletű, időről-időre újra felmerült, azonban a kor órái napi tizenöt perces késését figyelembe véve szó sem lehetett arról, hogy a gyakorlati megoldás napvilágot lásson. Még maga Galilei is gondolt erre a lehetőségre, amikor az ingamozgás tanulmányozása során felmerült benne egy ingaórára vonatkozó elképzelés. Az ingaórával tett kísérletei reménykeltőek voltak, azonban a hőmérsékletváltozás, de főleg az inga mozgását befolyásoló, a hajó mozgásából eredő gyorsulások problémáján nem tudott úrrá lenni. Huygens az acélból készített spirális hajszálrugóban vélte felfedezni a megoldást.

A „hosszúsági-probléma” tehát komoly gondot jelentett, s számos hajótörés közvetlen okaként tartják számon. A helyzet világszerte egyre tragikusabb lett, így a probléma orvoslása már égetően sürgetővé vált. Történt ugyanis, hogy 1707-ben Sir Cloudesley Shovell brit admirális négy hajóból álló flottával Gibraltárból hazafelé tartott, mikor egy ködös októberi estén a helymeghatározás hiányosságai folytán a Scilly-szigeteknél zátonyra futott, majd mind a négy hajójával és majd’ kétezer emberével együtt odaveszett. 

Scilly-szigetek

A katasztrófa ezúttal már oda vezetett, hogy Angliában fellángoltak az indulatok. Nagy visszhangot váltottak ki W. Whiston és H. Ditton angol matematikusok sületlen megoldás tervezetei, melyek arról szóltak, hogy az óceánon egyenlő távolságra lehorgonyzott hajókról eldördülő ágyúlövések megfigyelésével az arra haladó hajók meghatározhatják hosszúsági helyzetüket… A kérdésben uralkodó zűrzavar ellenére a Whiston-Ditton párosnak sikerült a tengerészeti érdekkörökkel összefogva a brit parlamentben egy petíciót benyújtani, amely azt szorgalmazta, hogy fejlesszék a tengeri navigációt, mert túl sok hajótörés történik a pontatlan helymeghatározás miatt. Arra hívták fel a figyelmet, hogy a kormány ne csak egyszerűen nagyobb figyelmet fordítson a hosszúsági problémára, hanem a probléma súlyához mérhető jutalom kilátásba helyezésével segítse elő a megoldás mielőbbi világra jöttét. Annál is inkább, mert nem Anglia volt az első és egyetlen, amely ennek a problémának megoldására törekedett. II. Fülöp spanyol király már 1567-ben díjat ajánlott a hosszúsági probléma megoldására, amit III. Fülöp 1598-ban megfejelt (erre pályázott Galilei a Jupiter-holdas metódusával). A hollandok is hasonlóan cselekedtek 1636-ban. XIV. Lajos Tudományos Akadémiája a navigáció problémájának ajánlott fel díjat. A nemzetközi szintű erőfeszítés természetesen nem volt önzetlen. Minden tengeri hatalom arra számított, hogy elsőként lebbentve fel a fátylat a titokról, a pontos navigáció révén előnyre tehetnek szert ellenfeleikkel szemben. (Így is lett, a kronométer végül hozzájárult Nagy-Britannia tengeri nagyhatalommá válásához.) A londoni parlament elé 1714 májusában (éppen 300 évvel ezelőtt) benyújtott petíció eredményeképpen a brit kormány egy hónapon belül létrehozta a Hosszúság bizottságot (Board of Longitude), pontosabban a Hosszúság tengeren való meghatározására hivatott bizottságát. A parlament az 1714. július 8-án kiadott Hosszúsági törvényben (Longitude Act) hatalmas díjat, nevezetesen 20 000 font sterlinget (ez mai értéken kb. 3,5 millió euró) tűzött ki annak, aki „alkalmazható és hasznos”, valamint maximum fél fok hibahatáron belüli eredményt produkáló módszert dolgoz ki a hosszúság meghatározására. Ha a kérdéses megoldás csak 40 szögperc pontosnak bizonyulna, úgy a díj 15 000 fontra, ha csak 1 fok pontosságú lenne, 10 000 fontra mérséklődik.

Csillagászati megoldás
A díj elnyerése érdekében tett erőfeszítések közül eleinte a holdtávolság módszere tűnt kecsegtetőbbnek. Így vélekedett maga Newton is, valamint Tobias Mayer német csillagász és Leonhard Euler svájci matematikus. Utóbbiak 3 000 – 3 000 font díjat kaptak a Hosszúság bizottságtól. 

Nevil Maskelyne, a Royal Society tagja, a későbbi királyi csillagász (s így a Hosszúság bizottság tagja) elkötelezett híve volt a holdtávolság módszernek. Ez az elmélet az óraműszerű pontossággal működő univerzumban kereste a megoldást, s ez a holdtávolság mérésének elméletében bontakozott ki. Eszerint a Hold és egy csillag (vagy a Nap) közötti szögtávolságból kiszámítható egy pontos referencia idő, melyet a hajóidővel összehasonlítva a földrajzi hosszúságot adja. Ehhez azonban ismerni kellett az égitestek látszólagos mozgását. Maskelyne ezért 50 éven keresztül végzett csillagászati méréseket, melyek eredményeit 1767-ben csillagászati almanachban (The Nautical Almanac) adott ki. (Az almanachot később is a Királyi Obszervatórium szerkesztette, s a táblázatok csillagászati adatai a greenwichi hosszúságra vonatkoztak, ez a tény is hozzájárult ahhoz, hogy 1884-től nemzetközi egyezmény alapján a londoni Greenwich csillagvizsgálója legyen a nemzetközi kezdő meridián.) A Hold szabálytalan látszólagos égi mozgása azonban alaposan megnehezítette a hosszúság meghatározását. A hatalmas mennyiségű adatból szerkesztett csillagászati almanach és a mind fejlettebb szögmérő műszerek segítségével végül is lehetővé vált a hosszúság meghatározása, azonban a sok mérés és hosszas számítások komoly munkát jelentettek a navigátorok számára. Ennek ellenére a módszer a XX. század elejéig használatban maradt.

Folytatjuk!!!

Az előadás-sorozatról
Előadássorozat a tengeri hajózás fortélyairól minden hónap első keddjén (a nyári hónapok kivételével)

A célom az, hogy a hajózás különböző területeiről válogatott témákat mutassak be a hallgatóságomnak érdekesen, színesen.

Az első előadás 2014. március 4-én: "GPS és társai" címmel a műholdas navigációról szól, hiszen közkedvelt navigációs eljárásról van szó, azonban az amerikai GPS-en kívül a többi globális és lokális rendszer vajmi kevéssé ismert.

A második előadás 2014. április 1-jén: "Az árapályhajózás fortélyai" címmel az árapályos tengeren való hajózásról szól. Az Adrián hajózók nem szoktak hozzá az árapály jelenségéhez, így keveset tudnak erről a kérdésről.

A harmadik előadás 2014. május 6-án: "Maritime Greenwich és a földrajzi hosszúság" címmel kerek évfordulóhoz kötődik. A brit parlament által alkotott „Hosszúsági Törvény” 300. évfordulójának alkalmából beszélek a hajózás évszázados nagy problémaköréről, a földrajzi hosszúság, és az idő pontos meghatározásának a XVIII. századig megoldhatatlan feladatáról. A téma kapcsán szó lesz a történet helyszínéről, Greenwichről is.

Talán még június elején tartok egy előadást, majd a nyári szünet után, várhatóan októberben folytatjuk a sorozatot újabb érdekes témákkal.

Az előadások helyszíne: 
Kláris Ökohajó Panorámaterme, 1137 Budapest, Carl Lutz rakpart 29. (Újpesti alsó rkpt.)

Előadás a brit parlament által alkotott „Hosszúsági Törvény” 300. évfordulójának alkalmából. A Jachtnavigátor nautikai enciklopédia előkészületben lévő II. kötete Csillagászati navigáció rész „Nyílt tengeri navigáció története” című és más fejezeteinek és ábráinak, valamint a  National Maritime Museum, Greenwich, London ábráinak felhasználásával készült.

Horváth Csaba,
a Jachtnavigátor nautikai enciklopédia szerzője S.A.L.T. Hungary