המירוץ אחר קו האורך

מתוך מגזין חיל הים, מדור "כוכב הצפון"

בשנות הזהב של גילוי הארצות והפלגות מסביב לעולם, "בעיית קו האורך" הייתה האתגר המדעי הקשה והחשוב ביותר לניווט הימי. ללא היכולת לקבוע מהו קו האורך בו נמצאת ספינתם, היו הימאים כאבודים באוקיינוס מרגע שהיבשה נעלמה מעבר לאופק. בשנת 1714 הציע הפרלמנט הבריטי פרס עצום לכל אדם שיציע שיטה מדויקת ואמינה למציאת קו האורך בים. מובן שמדענים ונווטים רבים לקחו על עצמם את האתגר ואחדים אף הקדישו את חייהם למציאת הפתרון לבעיה, וכך החל המירוץ אחר קו האורך.

הכדור המרושת
קווי אורך ורוחב היו בשימוש הקרטוגרפים (משרטטי המפות) עוד מימי תלמי. אם תחשבו על זה לרגע, אותם קווים מלאכותיים המשורטטים באופן דמיוני על גבי הגלובוס, הם הדבר הקבוע והמוחלט ביותר שעל פניו. היבשות נעות, האוקיינוס רוגש, זרמים משתנים ורעידות אדמה פורצות, אבל רשת הקואורדינטות היא קבועה ומוצקה, כל זמן שהיא תידרש לנו. כדי לקבוע מיקום מדויק של נקודה גיאוגרפית (או כלי שיט) על מרחבי כדור הארץ, כל מה שדרוש לנו זה קו הרוחב של אותה נקודה, וקו האורך שלה.
קביעת קו הרוחב הייתה עניין פשוט יחסית, וזו הייתה מיומנות נפוצה עוד מראשית ימי הניווט. שיטה אחת לקביעת קו הרוחב הייתה מדידת זווית ההגבהה של כוכב הצפון באמצעות סקסטנט. שיטה שנייה – מדידת זווית ההגבהה של השמש בעת ההצהרה שלה (הנקודה הגבוהה שהיא עוברת בשמים ביממה נתונה) והסתייעות בטבלה המפרטת את זווית הנטייה (declination) של השמש באותו יום. כך או כך, אפשר היה לגלות את קו הרוחב בקלות יחסית ובדיוק רב.
כדי לנחש את קו האורך, לעומת זאת, היה צריך פשוט – לנחש. הדרך המקובלת והנפוצה נקראה Dead Reckoning – או ניווט DR בקיצור, ובעברית ניווט זה מכונה "ניווט עיוור" או "חישוב עיוור". משמו כבר הבנתם שהוא אינו מדויק במיוחד. לפי ניווט זה ספינה היוצאת מנקודה נתונה ועוקבת אחר כיוון ומהירות ההפלגה באדיקות, יכולה לחשב את מיקומה לאחר זמן נתון, בתנאי כמובן שהזמן נמדד. אבל כל אלה הם משתנים הקשים למדידה: מהירות ההפלגה לא נמדדה במדויק, סטיות מכיוון ההפלגה לא נלקחו בחשבון כמעט ומדידת הזמן הייתה בעייתית ביותר.

זמן = קו אורך
עם כל 15 מעלות שספינה או אדם נעים מזרחה, הזמן המקומי נע שעה קדימה. באופן דומה, תנועה של 15 מעלות מערבה תסיט את הזמן המקומי שעה אחורנית. מכאן נובע – שאם ידועים לנו הזמנים המקומיים בשתי נקודות על כדור הארץ באופן סימולטני, אנחנו יכולים לחשב, באמצעות הפרש הזמנים ביניהן, את המרחק בין שתי הנקודות הללו בקווי האורך. נווטי הספינות היו יכולים למדוד את השעה המקומית בכל מקום נתון על ידי התבוננות בשמש, אבל הם נזקקו גם לידיעת השעה בנקודת ייחוס שמיקומה על המפה ידוע להם, למשל – העיירה גריניץ', שבאופן שרירותי נבחרה להיות קו האורך 0.
הפרש השעות בין הנקודה שבה נמצאו לבין גריניץ' היה כמובן בר מדידה, באופן תיאורטי, הרי שעוני מטוטלת היו כבר בשימוש נרחב. אבל תנודות הספינה, שינויים בלחות וטמפרטורה וחוסר היכולת לכייל את השעון באופן תקופתי – הפכו את התיאורטי לבלתי ישים.
ב-1675 הקים המלך צ'רלס השני את מצפה הכוכבים המלכותי, ובו פיתחו במאה ה-18 שיטה לקביעת השעה על פי מיקום הירח, שיטה שנודעה כ"שיטת מרחקי הירח" (או "שיטת המרחקים הלונאריים") למציאת קו האורך. שיטה זו הייתה יעילה יחסית וישימה, אבל עדיין מסובכת ביותר, דורשת תנאים ספציפיים ובעיקר: לא מספיק מדויקת… כדי לקבוע את קו האורך באופן יעיל ומדויק, נדרשה שיטה יעילה ומדויקת לקביעת השעה בים.

בשנת 1714 הכריזה הממשלה הבריטית על פרס בגובה 20,000 פאונד, סכום עתק לתקופה, לכל מי שיציע פתרון או שיטה למציאת קו האורך, בסטייה של פחות מחצי מעלה. כדי לבחון את השיטות המוצעות ולפקח על הזכאות לפרס, הוקם גוף ממלכתי בשם "ועדת קו האורך". הביטוי "למצוא את קו האורך" הפך למטבע לשון תקופתי למשימת שוטים בלתי אפשרית, ואכן רבים האמינו שפתרון אמין לעולם לא יימצא.

האתגר של שוליית הנגר
ג'ון הריסון היה בן למשפחת נגרים, ובצעירותו למד את המלאכה ועבד כשוליית נגרים. אולם לנגר הצעיר היה תחביב שחרג מאומנתו: הריסון התעניין בשעונים, ובשנת 1713,בהיותו בן 20, בנה את השעון הראשון שלו. היה זה שעון תיבה טיפוסי לתקופה ("שעון סבא"), ובמהלך שנות ה-20 של אותה מאה שכלל את שעוניו ואף הכניס שיפורים שהביאו לדיוק יוצא דופן ביחס לשעונים של אותה תקופה. בשנת 1730 לקח על עצמו הריסון את האתגר הגדול מכולם: בניית שעון ימי שיישאר מדויק גם בטלטולי הספינה, במזג אויר משתנה, בלחות ובקור: הכרונומטר הימי. עם התוכניות בידו, הריסון יצא אל לונדון בכדי להשיג מימון. הוא הציג את רעיונותיו בפני אדמונד הֵיילי, האסטרונום המלכותי, שבעצמו ניסה את כוחו בפתרון הבעיה וכשזה נענה לו בחיוב, הוא החלבבניית הכרונומטר על פי תוכניותיו.
בניית הגרסה הראשונה (שלימים זכתה לכינוי H1) ארכה חמש שנים. זו הייתה ההצעה הראשונה שהונחה על שולחן הוועדה ונמצאה ראויה לבדיקה בים. ב־1736 הפליג הריסון עם שעונו אל ליסבון, בירת פורטוגל. הוא זכה לשבחים על המכשיר שבנה מפי קפטן הספינה וקצין הניווט. על פי החישובים שלהם נמצאה הספינה כ-60 מייל מזרחית מן המקום שבו היו בפועל, בעוד שהריסון חישב את המיקום במדויק, בעזרת הכרונומטר.
חברי הוועדה התרשמו מן הכרונומטר, ועל אף שלא הייתה זו הפלגה טרנס אטלנטית, החליטו להעניק להריסון 500 פאונס כדי שימשיך בפיתוח המצאתו. הריסון החל בבניית כרונומטר שני, קומפקטי ועמיד יותר מקודמו. ב-1741, לאחר שלוש שנות עבודה ובדיקה ביבשה, היה כרונומטר H2 מוכן. לא ניתן היה לבדוק אותו בים בצורה יסודית, כי בריטניה נמצאה באותו זמן במלחמת הירושה האוסטרית עם ספרד, ואיש לא רצה להסתכן בנפילת השעון יקר החשיבות לידי האויב. תוך כדי ההמתנה לסיומה של המלחמה העניקה הוועדה להריסון 500 פאונד נוספים, ובסכום זה בנה כרונומטר שלישי, H3. שבע עשרה שנות עבודה השקיע הריסון באותו "שעון ימי" שלישי, אך חרף כל מאמציו לא עמד הכרונומטר בציפיותיו.
H4 היה שונה מהשעונים הקודמים בתכלית: קוטרו היה 13 ס"מ בלבד, ומשקלו קצת מעל קילוגרם – סך הכל שעון כיס גדול מידות, ותו לא. בנו של הריסון, וויליאם, יצא להפליג אל איי הודו המערבית בשנת 1761, מצויד ב-H4. כאשר הגיעה הספינה לג'מייקה, נמצא ששגיאת הניווט הייתה כשני מייל ימי בלבד. אולם, ועדת קו האורך סירבה להאמין, ובתירוצים שונים דרשה לבצע ניסוי נוסף. בסופו של דבר נדון העניין בפרלמנט, אשר הציע להעניק להריסון 5,000 לירות בלבד. הריסון סירב, וכדי ליישב את המחלוקת הציע לערוך הפלגה נוספת, הפעם אל נמל ברידג'טאון, באי ברבדוס שבים הקריבי. גם בניסיון זה עמד H4 בציפיות, אולם שוב הוועדה התכחשה לתוצאות והציעה פשרה: מחצית מהסכום יוענק להריסון כעת, והמחצית הנוספת רק לאחר שיימסרו תכניות הכרונומטר לוועדה ושייבנו על פיהן שני שעונים נוספים.

השען והמלך
ג'ון הריסון, שהיה כבר בן 75, ובנו וויליאם המשיכו לשקוד על בניית השעון H5, בשעה שעותקים נבנו לגרסת H4 המוצלחת. הוועדה קיבלה את H5 כעותק אחד, אבל המשיכה להערים קשיים במתן הפרס. זה כבר היה יותר מדי! ג'ון הריסון פנה למלך ג'ורג' השלישי, שבדק בעצמו את הכרונומטר והכריז שהצדק עם הריסון. לבסוף, בשנת 1773, קיבל הריסון את יתרת הפרס אבל חשוב מכך – הוכר והוערך כגאון היחיד שפתר את בעיית קו האורך, ותכנן שעון ימי אמין ומדויק, שהפך את הניווט בים לבר ביצוע.
במסעו השני של ג'יימס קוק, גדול חוקרי הארצות הבריטיים, לקח עמו קוק עותק של H4, ועשה בו שימוש נרחב בניווטיו ובמפות המדויקות ששרטט. למרות שקוק שלט היטב גם בשיטת המרחקים הלונאריים והיה דייקן בשרטוטיו גם במסעו הקודם, עם שובו ב-1775 הוא הגדיר את השעון כ"מורה הדרך הנאמן שלנו תחת כל תנאי מזג האוויר".
לא ידוע עד היום אם הריסון, שנפטר ב-1776 בגיל 83, היה מודע להצלחה החשובה כל כך של הכרונומטר שלו בהפלגתו ההיסטורית של קפטן קוק, שהוכיח מעל לכל צל של ספק שקו האורך יכול להימדד במדויק על ידי שעון. מה שבטוח הוא, שעוד חידה סתומה נפתרה באופן שהצעיד את האנושות צעד נוסף קדימה.