Ci credereste mai che una delle svolte più importanti per l’orologeria e per la navigazione in mare non sia attribuita a un orologiaio ma a un falegname? Oggi continueremo il nostro viaggio alla scoperta dell’avvetura dell’orologeria scoprendo la fantastica storia di John Harrison e degli orologi da navigazione.
Ma perché è così importante un orologio in navigazione?
Mentre per determinare una posizione sulla superficie terrestre è sufficiente conoscere la latitudine, la longitudine e l’altitudine, determinare la posizione in mare è più complesso al punto che, fino alla metà degli anni Cinquanta del Settecento, la navigazione accurata in mare, lontano dalla terraferma, era un problema irrisolto a causa della difficoltà nel calcolare la longitudine. I navigatori potevano determinare la loro latitudine misurando l’angolo del sole a mezzogiorno o, nell’emisfero settentrionale, misurando l’angolo della Stella Polare dall’orizzonte al crepuscolo. Per trovare la longitudine , tuttavia, avevano bisogno di uno standard temporale che funzionasse a bordo di una nave. L’osservazione dei movimenti celesti regolari solitamente non era possibile in mare a causa del movimento della nave. Fu l’olandese Gemma Frisius, per primo a proporre l’uso di un cronometro per determinare la longitudine. Era il 1530.
Gemma Frisius
Più facile a dirsi che a farsi. Infatti, non tutti sanno che, poiché la Terra ruota a una velocità regolare e prevedibile, la differenza temporale tra il cronometro e l’ora locale della nave può essere utilizzata per calcolare la longitudine della nave rispetto al Primo Meridiano, utilizzando la trigonometria sferica . La pratica della navigazione celeste di solito richiede un cronometro marino per misurare il tempo, un sestante per misurare gli angoli, un almanacco che fornisca gli elenchi delle coordinate degli oggetti celesti, una serie di tabelle di riduzione della vista per aiutare a eseguire i calcoli di altezza e azimut e un carta geografica della regione. L’ausilio del cronometro consente ai navigatori di ottenere una posizione ragionevolmente accurata.
Ma la creazione di un orologio che funzionasse in modo affidabile in mare era difficile. Fino al 20° secolo, i migliori cronometri erano gli orologi a pendolo , ma sia il rollio di una nave in mare che le variazioni fino allo 0,2% della gravità della Terra rendevano un semplice pendolo basato sulla gravità inutile sia in teoria che in pratica.
I tentativi di realizzare cronometri marini furono diversi e spesso fallimentari, a partire da quello di Christiaan Huygens che, in seguito alla sua invenzione dell’orologio a pendolo nel 1656, fece il primo tentativo inventando un cronometro che utilizzava un bilanciere e una molla a spirale per la regolazione, invece di un pendolo, aprendo la strada ai cronometri marini e ai moderni orologi da tasca e orologi da polso.
Purtroppo, nonostante il brevetto, l’orologio risultò impreciso in mare rendendo lo sforzo di Huygens vano. Si sarebbe dovuto attendere l’arrivo di un falegname inglese, John Harrison, per trovare una soluzione efficace al problema che era talmente sentito al punto da costringere, nel 1714, il governo britannico a bandire un concorso a premi appositamente ideato per incentivare la scoperta di un metodo per determinare la longitudine in mare, con compensi che andavano da 10.000 a 20.000 sterline (da £ 2 milioni a 4 milioni nel 2024) a seconda dei risultati ottenuti. Come detto, John Harrison era un falegname dello Yorkshire con la passione per l’orologeria che lo portò a dedicare tutta la vita a questa sfida. Egli riuscì a presentare un progetto di orologio funzionante già nel 1735 basato su una coppia di travi contro-oscillanti collegate da molle il cui movimento non era influenzato dalla gravità o dal movimento di una nave.
John Harrison
I suoi primi due orologi da navigazione, che prendevano il nome di H1 e H2, furono completati nel 1741, ma fu da subito chiaro che avevano una sensibilità eccessiva alla forza centrifuga non raggiungendo la necessaria precisione in mare.
La costruzione della sua terza macchina, denominata H3, nel 1759 comprendeva nuove bilance circolari e l’invenzione della striscia bimetallica e dei cuscinetti a rulli ingabbiati, tutte invenzioni che sono ancora ampiamente utilizzate. Tuttavia, le bilance circolari di H3 si rivelarono ancora troppo imprecise per lo scopo, oltre che eccessivamente grandi e difficili da trasportare.
Harrison risolse finalmente i problemi di precisione nel 1781 con l’invenzione del cronometro H4, tra l’altro molto più compatto. H4 somigliava molto a un grande orologio da tasca da 12 cm di diametro. Nel 1761, Harrison presentò il H4 per il premio di longitudine di £ 20.000. Il suo progetto utilizzava un bilanciere a battito rapido controllato da una molla a spirale con compensazione della temperatura. Queste caratteristiche rimasero in uso fino a quando gli oscillatori elettronici stabili consentirono la realizzazione di orologi portatili molto precisi a costi accessibili. La “prova del fuoco” fu fatta nel 1761. L’H4 fu imbarcato su una nave diretta in Giamaica, che partì il 18 novembre e arrivò a destinazione il 19 gennaio. L’errore dell’H4 fu di solo cinque secondi sul tempo universale. Ma per questo importante traguardo l’Inghilterra diede a Harrison solo 10.000 sterline, cioè la metà del compenso pattuito.
Contemporaneamente a Harrison, anche Ferdinand Berthoud in Francia e Thomas Mudge in Gran Bretagna produssero con successo cronometri marini, dimostrando che esistevano valide alternative, anche se ancora non mature, al progetto di John. I maggiori passi avanti verso la praticità si ebbero tuttavia per mano di Thomas Earnshaw e John Arnold, che nel 1780 svilupparono e brevettarono scappamenti semplificati, staccati, “con fermo a molla” , spostando la compensazione della temperatura sul bilanciere e migliorando il design e produzione di molle di bilanciamento . Questa combinazione di innovazioni servirà come base per i cronometri marini fino all’era elettronica.
Ma, come spesso accade, inizialmente la nuova tecnologia era così costosa che non tutte le navi erano dotate di cronometri, esponendosi a enormi rischi di sicurezza, come dimostra il fatidico ultimo viaggio dell’East Indiaman Arniston , naufragato con la perdita di 372 vite umane. Tuttavia, nel 1825, la Royal Navy iniziò a fornire regolarmente cronometri alle sue navi.
A partire dal 1820, l’Osservatorio reale britannico di Greenwich istituì un test sui cronometri marini in un programma di prova o “competizione di cronometri” promosso dall’Ammiragliato e inteso a incoraggiare il miglioramento dei cronometri.
Una volta che i movimenti degli orologi meccanici svilupparono una precisione sufficiente per consentire una navigazione marina adeguatamente accurata, una serie di laboratori indipendenti iniziarono a svolgere dei test propri, istituendo delle così dette “gare di cronometro” negli osservatori astronomici situati nell’Europa occidentale. L’ Osservatorio di Neuchâtel , l’Osservatorio di Ginevra , l’Osservatorio di Besançon , l’Osservatorio di Kew , l’Osservatorio navale tedesco di Amburgo e l’Osservatorio di Glashütte sono esempi importanti di osservatori che iniziarono a certificare la precisione degli orologi meccanici. Il regime di test dell’osservatorio durava tipicamente dai 30 ai 50 giorni e conteneva standard di precisione molto più rigorosi e difficili, anche rispetto agli standard moderni come quelli stabiliti dal Contrôle Officiel Suisse des Chronomètres (COSC) . Quando un movimento superava il test dell’osservatorio, veniva certificato come cronometro dell’osservatorio stesso e riceveva un Bulletin de Marche.
Per sincronizzare i cronometri da navigazione prima di un lungo viaggio, all’epoca era comune per le navi osservare una palla del tempo , come quella del Royal Observatory di Greenwich. Ogni giorno, le navi si ancoravano brevemente nel Tamigi a Greenwich, aspettando che la palla cadesse dall’osservatorio esattamente all’una di pomeriggio. Questa pratica fu, in piccola parte, responsabile della successiva adozione del Greenwich Mean Time come standard internazionale. I palloni orari divennero obsoleti intorno al 1920 con l’introduzione dei segnali orari radio , che sono stati in gran parte sostituiti dall’ora GPS. Oltre a impostare l’ora prima di partire per un viaggio, i cronometri delle navi venivano anche regolarmente controllati per verificarne l’accuratezza durante la navigazione effettuando osservazioni lunari o solari. Vista la sua importanza il cronometro era montato in una posizione riparata sottocoperta per evitare danni ed esposizione agli elementi. I marinai lo usavano per regolare il cosiddetto orologio hacker , che veniva portato sul ponte per effettuare le osservazioni astronomiche.
I moderni cronometri marini possono essere basati su semplici orologi al quarzo che vengono corretti periodicamente dai segnali orari satellitari o dai segnali orari radio ma anche quello che noi oggi diamo per scontato un tempo rappresentava una sfida insormontabile che solo l’intelletto di appassionati pionieri del tempo, in anni e anni di studi e fallimenti, riuscì a risolvere !
