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决定经度问题的回顾

Longitude lines on the globe

经度是描述在地球东西侧相对于本初子午线的位置。以角度为计量，由本初子午线为零度，往东至180度，往西至-180度。当船只航行接近陆地时，确定此时的航行的方向位置是必要的。当船只在海上长时间航行后，判断船只位置的误差会变大，进而导致触礁船沉及水手丧命。在那个航海贸易逐渐蓬勃发展的时代，避免船难便是哈里森那时重要的课题。

很多如何决定船只所在的经度的想法在那时代被提出。根据当时对地球自转的知识知道，地球自转每小时旋转15度，当船只由一地的正午时出发，当它向东航行一小时后，相对原处15度的经线上太阳又位于其正午时分的位置。早先的想法是根据Gemma Frisius提出的一个简单的理论，即是比较船只所在位置与已知时间的另一处(如格林威治或巴黎)的时间差便可推断其经度位置。判断当地时间通常依赖于天文观测，即观测此时不同天体运行的位置，而问题的困难处是在于当时很难准确的量测两地的时间差。

哈里森直觉解决这问题的方法是制作一架可以准确计时的时钟。他必须制作一个在长时间航行下其准时性不受温度，压力，湿度等因素变化而影响的钟，它必须不受海水绣蚀也要能承受船只的剧烈摇晃。许多科学家，像是牛顿跟海更斯，怀疑制作出这种计时器的可能性而较顷向用其他方法来量定经度，例如利用月亮与相对星星距离的方式(Method of Lunar Distance)。海更斯曾试过用摆锤钟摆与弹簧式钟摆来量定经度，但两种方法的结果都不可靠。

航海钟

Harrison's first sea clock (H1)

公元1720年后，英国时钟制造者 Henery Sully 研发的一只可以来决定经度的航海钟:这钟是由一大平衡飞轮垂直连结到一由 Debaufre式擒纵轮驱动的摩擦转轮上，因为他的平衡飞轮的设计在摇晃的环境下并不稳定，他的钟只能在平静的海上行驶时使用。尽管如此，这钟是第一座尝试来量定经度的计时器。

公元1730年，哈里森设计了一座航海钟来挑战量定经度竞赛，他前往伦敦寻求经济赞助。他将它的想法呈献给皇家天文院是哈雷，哈雷进而介绍当时杰出的钟表制造商格林汉George Graham与他认识。格林汉对哈里森的想法印象深刻而资助他制作它的航海钟模型。为了让他的钟像他制作过的摆钟一样准确，他使用了木齿轮，小滚轮，蚱蜢擒纵轮与一对钟形弹簧摆轮 (因为单摆摆轮不适用于摇晃的环境)。

哈里森花了五年的时间完成第一个航海钟 H1。他向代表经度委员会的皇家协会展示H1。这是第一个委员会认为值得一试的航海钟。1736年，哈里森跟随着HMS Centurion 号航行到里斯本，随后搭乘HMS Orford返航。出航时航海钟没能准确计时，但返航时却表现极佳，船上的船长与导航员对它的设计赞赏有佳。依据导航员的计算，船只的位置与哈里森H1所预测的只偏东差60英哩。

这误差不符合经度委员会对行跨大西洋设定的标准，但委员会印象深刻还是颁给哈里森500英镑以资助他继续研发。1741年，经过三年的研发与测试，更精巧坚固的H2诞生了。当时英国正与西班牙作战而延宕了H2，期间哈里森发现了设计中的几个错误使他决定放弃H2而研发使用环型摆轮。等待战争结束的同时，委员会又颁给它５００英镑，他继续研发Ｈ３。

哈里森花了１７年制作第三个航海钟Ｈ３，尽管尽了全力，Ｈ３还是表现不如预期。问题出在于他不了解控制飞轮的弹簧其后的物理，以至于飞轮的等时性不佳，进而影响计时的精确度。约１７５０年，哈里森决定放弃用大型弹簧轮摆作的航海钟，他领悟到小型的表或许较容易设计掌控。

＝＝经度表＝＝

Harrison's "Sea Watch" No.1 (H4), with winding crank

经过三十年不断的实验研发，哈里森于１７５８年搬往伦敦。他惊讶的发现好友格林汉的继承者 Thomas Mudge制作的怀表的准时性与他的大航海钟不相上下。Mudge的表之所以准确要归功于１７４０年代　Benjamin Huntsman所制作的新钢铁材料，史的可以制作更坚固的小滚轮与抛光良好的擒纵轴。哈里森领悟到精确的表是航海计时器的最佳答案。

航海钟与经度手表

公元1720年后，英国时钟制造者 Henery Sully 研发的一只可以来决定经度的航海钟:

Harrison's first sea clock (H1)