John Harrison e il calcolo della longitudine

L’orologiaio e inventore britannico John Harrison nacque il 3 aprile del 1693, a Foulby, in Inghilterra. Viene ricordato principalmente per aver ideato e costruito il cronometro marino come sistema per determinare la longitudine in mare: la sua invenzione fu fondamentale nello sviluppo della navigazione a partire dal Settecento, e insieme ad altre tecnologie contribuì a estendere enormemente le possibilità di navigazione e di orientamento in alto mare.

Ancora molto giovane, Harrison apprese diverse tecniche di carpenteria dal padre falegname, e mentre frequentava le scuole del suo paese si interessò alla meccanica. A soli vent’anni costruì il suo primo orologio, senza aver mai fatto pratica presso un orologiaio: era un orologio a pendolo con un meccanismo fatto interamente di legno. In seguito ebbe modo di migliorare le sue abilità e conoscenze sull’orologeria costruendo diversi altri modelli.

Alla ricerca di nuove soluzioni per ridurre gli incidenti in mare e migliorare la sicurezza della navigazione, nel 1714 il governo britannico aveva creato l’Ufficio della Longitudine, con l’offerta di 20mila sterline per chi avesse trovato il modo di rendere più semplice il calcolo della longitudine durante un viaggio, a distanze superiori da 30 miglia dalle coste. All’epoca calcolare con accuratezza questo dato era molto complesso, soprattutto in alto mare, e rendeva quindi difficile mantenere alcune rotte.

John Harrison accettò la sfida e iniziò a lavorare a un primo cronometro marino nel 1728, completando il lavoro nel 1735. Negli anni seguenti ne avrebbe ideati ancora di migliori, più piccoli ed economici rispetto al primo modello. Grazie alla sua invenzione, Harrison diede un contributo fondamentale a rendere più sicura la navigazione, offrendo un vantaggio molto importante alla Marina e alle navi commerciali britanniche.

Il problema della longitudine
La longitudine è la coordinata che indica la posizione di un punto sul globo terrestre a est o a ovest del primo meridiano, la linea immaginaria che congiunge i due poli. È un angolo che parte dagli 0° del primo meridiano e raggiunge i +180° a est e i -180° a ovest. Determinare la giusta posizione sull’asse est-ovest delle navi era fondamentale, soprattutto nelle loro fasi di avvicinamento alla terraferma. Dopo un lungo viaggio, infatti, i classici sistemi per calcolare le rotte sulla base della propria posizione precedente (navigazione stimata) comportavano alti margini di errore, che causavano spesso naufragi e la morte di molti marinai. Per questo il governo britannico aveva indetto il suo concorso, interessando lo stesso John Harrison.

All’epoca il calcolo della latitudine, che indica invece la posizione lungo una linea immaginaria nord-sud, era già stato perfezionato da tempo, grazie alla possibilità di effettuarlo con la misura dell’altezza del Sole (o della Stella Polare), rispetto all’Orizzonte con un particolare strumento che si chiama sestante. La misurazione era piuttosto accurata e possibile sia di giorno sia di notte, mentre era molto più complicata per la longitudine. Il problema aveva portato i primi grandi navigatori, come Amerigo Vespucci, e alcuni dei più abili esperti di osservazioni astronomiche, come Galileo Galilei, a elaborare teorie e sistemi per risolvere almeno in parte il problema della longitudine. Dalle loro idee maturò la proposta di calcolare la longitudine attraverso il tempo, mettendo a confronto l’ora locale con un’altra di riferimento in un punto preciso sull’asse est-ovest come Parigi o Greenwich (dove per convenzione ora passa il primo meridiano, o meridiano di riferimento). La differenza tra i due orari avrebbe permesso di risalire alla longitudine, ma il problema era che non esistevano sistemi meccanici affidabili per la misurazione del tempo sulle navi.

L’invenzione di John Harrison
Harrison lavorò a lungo per risolvere il problema, costruendo un orologio che fosse affidabile al punto da mantenere con precisione l’orario di un posto di riferimento. Tecnicamente era un lavoro molto complesso: il suo orologio avrebbe dovuto resistere alle variazioni di umidità, temperatura e pressione, alla corrosione dovuta alla presenza di sale nell’aria marina e alle continue sollecitazioni dovute al rollio delle navi. Sembrava un’impresa impossibile, tanto da essere considerata un inutile investimento di energie, che potevano essere sfruttate in altro modo per sviluppare soluzioni alternative. Ma John Harrison non si perse d’animo.

Harrison impiegò cinque anni per costruire il suo primo cronometro marino (H1), un orologio alto più di mezzo metro e dal peso di quasi 35 chilogrammi. Funzionava con una carica a molla e aveva un’autonomia di 24 ore. Harrison aveva montato il meccanismo principale su una serie di molle che lo rendevano meno soggetto alle vibrazioni e alle oscillazioni delle navi in mare. L’errore massimo dell’H1 era di circa 3-4 secondi al mese, quindi ideale per un calcolo accurato della longitudine, ma era troppo grande e pesante per essere trasportato facilmente o per costruirne in serie molti modelli.

John Harrison decise allora di rimettersi al lavoro, terminando nel 1740 un secondo cronometro marino (H2), che fu la base per perfezionare il sistema e per le sue evoluzioni successive. Dopo l’H3, nel 1759 terminò la costruzione dell’H4, un orologio progettato in modo diverso dai predecessori e più trasportabile, con un peso intorno agli 1,5 chilogrammi. Fu testato in un viaggio nel 1761 su una nave diretta in Giamaica: l’orologio dimostrò di essere molto affidabile, accumulando un errore di soli 5 secondi rispetto al tempo di riferimento. Per la sua invenzione Harrison ottenne 10mila sterline dal governo britannico, invece delle 20mila promesse. In seguito avrebbe comunque accumulato altri premi per i suoi cronometri marini.

I cronometri marini di Harrison sono conservati presso l’Osservatorio di Greenwich: sono in funzione, fatta eccezione per l’H4 che richiede una continua lubrificazione per rimanere attivo senza che si rovinino gli ingranaggi. Harrison morì a 83 anni dopo avere dedicato una vita al calcolo della posizione nel mondo grazie allo scorrere del tempo.