การพยายามแก้ “ปัญหาลองจิจูด”
วันที่ 22 ตุลาคม 1707 กองเรือแห่งราชนาวีอังกฤษมุ่งไปทางช่องแคบอังกฤษ. แต่พวกเขาคำนวณตำแหน่งของตนผิดพลาด. ผลเป็นอย่างไร? เรือสี่ลำอับปางใกล้หมู่เกาะซีลีในมหาสมุทรแอตแลนติก ทางตะวันตกเฉียงใต้ของอังกฤษ. เกือบ 2,000 คนเสียชีวิต.
นักเดินเรือในสมัยนั้นสามารถวัดละติจูดได้ง่าย ๆ—ระยะทางจากเส้นศูนย์สูตรไปทางเหนือหรือใต้. แต่พวกเขาไม่มีวิธีวัดลองจิจูดที่แม่นยำ—ระยะทางที่พวกเขาได้เดินทางไปทางตะวันออกหรือตะวันตก. พอถึงตอนต้นศตวรรษที่ 18 เรือหลายร้อยลำเดินทางในมหาสมุทรแอตแลนติกในแต่ละปี และมีเรือประสบเหตุอับปางบ่อย ๆ. แต่หายนะในปี 1707 ทำให้อังกฤษหันมาสนใจการแก้ปัญหาลองจิจูด.
ปี 1714 รัฐสภาอังกฤษได้ตั้งรางวัลเป็นเงิน 20,000 ปอนด์แก่ผู้ที่สามารถคำนวณหาลองจิจูดได้อย่างแม่นยำเมื่อออกทะเล. ณ ปัจจุบัน เงินรางวัลนั้นมีค่าเท่ากับหลายล้านดอลลาร์สหรัฐ.
เป็นงานยากจริง ๆ
การหาค่าลองจิจูดเป็นงานที่ยากมากเพราะต้องอาศัยนาฬิกาที่เที่ยงตรง. เพื่อเป็นตัวอย่าง ลองนึกภาพว่าคุณอยู่ในกรุงลอนดอน. ตอนเที่ยงวันคุณได้รับโทรศัพท์จากคนหนึ่งซึ่งอยู่ในเส้นละติจูดเดียวกับคุณ แต่นาฬิกาของเขาบอกเวลา 6:00 น. วันเดียวกัน. นี่ทำให้เวลาของเขาช้ากว่าเวลาของคุณหกชั่วโมง. คุณเข้าใจลักษณะทางภูมิศาสตร์ คุณจึงคำนวณได้ว่าคนนั้นอยู่ในอเมริกาเหนือ และที่นั่นดวงอาทิตย์เพิ่งขึ้น. ทีนี้ นึกภาพว่าคุณรู้เวลาที่แน่นอนของเขากระทั่งรู้ระดับวินาที ไม่ใช่ตามเส้นแบ่งเขตเวลาคร่าว ๆ แต่ตามตำแหน่งที่แท้จริงของเขาเมื่อเทียบกับดวงอาทิตย์. คุณก็สามารถคำนวณค่าลองจิจูดของเขาได้อย่างแม่นยำมาก.
หลายศตวรรษก่อน นักเดินเรือทุกที่ในโลกสามารถรู้เวลาเที่ยงวันในท้องถิ่นได้โดยเพียงแต่มองไปที่ดวงอาทิตย์. และถ้าเขารู้เวลาที่บ้านอย่างแม่นยำพอ เขาก็สามารถคำนวณค่าลองจิจูดได้โดยผิดพลาดไม่เกิน 50 กิโลเมตร. ที่จริง นั่นคือความแม่นยำที่จำเป็นต้องมีในตอนสิ้นสุดของการเดินทางหกสัปดาห์เพื่อจะได้รางวัลดังกล่าวไว้ข้างต้น.
อย่างไรก็ตาม ข้อท้าทายคือต้องรู้เวลาที่แม่นยำของทางบ้าน. นักเดินเรือสามารถยกนาฬิกาลูกตุ้มไปด้วย แต่มันทำงานไม่ได้บนเรือที่โคลงเคลงไปมาเมื่อคลื่นลมแรง และนาฬิกาที่ใช้สปริงกับเฟืองก็ยังไม่พัฒนาและไม่แม่นยำ. นอกจากนั้น การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิก็มีผลต่อนาฬิกาสมัยนั้นด้วย. แต่จะว่าอย่างไรกับนาฬิกาเรือนใหญ่ของเรา คือเทห์ฟากฟ้าทั้งหลาย รวมทั้งดวงจันทร์?
งานอันแสนยาก
นักดาราศาสตร์เสนอทฤษฎีการวัดที่เรียกว่าวิธีวัดระยะดวงจันทร์. แนวคิดนี้รวมไปถึงการทำตารางซึ่งจะช่วยนักเดินเรือให้รู้ค่าลองจิจูดตามตำแหน่งของดวงจันทร์เมื่อเทียบกับดาวฤกษ์บางดวง.
เป็นเวลานานกว่าหนึ่งศตวรรษ นักดาราศาสตร์, นักคณิตศาสตร์, และนักเดินเรือต่างก็ขบคิดวิธีแก้ปัญหานี้ แต่ความซับซ้อนเป็นอุปสรรคขัดขวางความก้าวหน้า.
ช่างไม้คนหนึ่งรับข้อท้าทาย
ช่างไม้คนหนึ่งชื่อจอห์น แฮร์ริสัน จากหมู่บ้านลิงคอล์นเชอร์แห่งบาร์โรว์อัพพอนฮัมเบอร์ ตัดสินใจจะแก้ปัญหาลองจิจูด. ในปี 1713 ก่อนเขาจะอายุ 20 ปี แฮร์ริสันได้สร้างนาฬิกาลูกตุ้มที่ทำด้วยไม้เกือบทั้งเรือน. ต่อมา เขาประดิษฐ์กลไกที่ลดความเสียดทานและชดเชยการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ. ในสมัยนั้น นาฬิกาที่ดีที่สุดในโลกผิดพลาดถึงหนึ่งนาทีต่อวัน แต่นาฬิกาของแฮร์ริสันเที่ยงตรงถึงขนาดที่ผิดพลาดเพียงหนึ่งวินาทีในหนึ่งเดือน.a
แล้วแฮร์ริสันก็หันมาสนใจข้อท้าทายของการสร้างนาฬิกาที่เดินอย่างเที่ยงตรงเมื่อออกทะเล. หลังจากวิเคราะห์เรื่องนี้เป็นเวลาสี่ปี เขาก็เดินทางไปลอนดอนเพื่อยื่นข้อเสนอให้แก่คณะกรรมการลองจิจูด ซึ่งมีอำนาจจะให้รางวัลได้. ที่นั่น แฮร์ริสันได้รับการแนะนำให้รู้จัก จอร์จ เกรแฮม นักประดิษฐ์นาฬิกาชื่อดัง ผู้ซึ่งได้ให้เขากู้เงินจำนวนมากเพื่อสร้างนาฬิกาโดยไม่คิดดอกเบี้ย. ในปี 1735 แฮร์ริสันก็นำเสนอนาฬิกาโครโนมิเตอร์ทางทะเลที่เที่ยงตรงเรือนแรกของโลกต่อราชสมาคมที่ตื่นเต้นดีใจ ซึ่งเป็นคณะกรรมการที่ประกอบด้วยนักวิทยาศาสตร์ที่มีชื่อเสียงของบริเตน. นาฬิกาเรือนนี้หนัก 34 กิโลกรัมและตกแต่งด้วยทองเหลืองแวววาว.
แฮร์ริสันกับนาฬิกาถูกส่งไปทดสอบโดยแล่นเรือไปลิสบอน ไม่ใช่ไปที่หมู่เกาะอินดิสตะวันตกตามที่กำหนดไว้เพื่อจะได้รางวัล และนาฬิกาของเขาก็ทำงานได้ดีเยี่ยม. เขาสามารถขอการทดสอบโดยเดินทางข้ามมหาสมุทรแอตแลนติกในทันทีเพื่อแสดงว่านาฬิกาของเขาคู่ควรกับรางวัล. อันที่จริง ณ การประชุมครั้งแรกของคณะกรรมการลองจิจูด มีผู้เดียวเท่านั้นที่ไม่พอใจกับนาฬิกาเรือนนี้คือตัวแฮร์ริสันเอง! เนื่องจากเป็นคนชอบทำอะไรให้สมบูรณ์แบบ เขารู้สึกว่าจะปรับปรุงนาฬิกาให้ดีกว่านี้ได้. ดังนั้น เขาจึงขอรับเงินเพียงเล็กน้อยและขอเวลาที่จะสร้างนาฬิกาให้ดีกว่าเรือนเดิม.
หกปีต่อมา นาฬิกาเรือนที่สองของแฮร์ริสันซึ่งหนัก 39 กิโลกรัมและมีการปรับปรุงหลายส่วน ได้รับการสนับสนุนอย่างเต็มที่จากราชสมาคม. แต่แฮร์ริสัน ซึ่งตอนนี้อายุ 48 ปี ก็ยังไม่พอใจกับผลงาน. เขากลับไปที่ห้องทำงานและใช้เวลาอีก 19 ปีทำงานอย่างหนักเพื่อสร้างนาฬิกาเรือนที่สาม ซึ่งมีรูปแบบต่างไปค่อนข้างมาก.
ขณะสร้างนาฬิกาใหญ่เรือนที่สาม แฮร์ริสันค้นพบบางสิ่งโดยบังเอิญ. ช่างนาฬิกาคนหนึ่งได้สร้างนาฬิกาพกซึ่งอาศัยแบบของแฮร์ริสัน. ก่อนหน้านั้นเคยคิดกันทั่วไปว่านาฬิกาเรือนใหญ่จะเที่ยงตรงกว่านาฬิกาพก. แต่แฮร์ริสันประหลาดใจกับความเที่ยงตรงของนาฬิกาเรือนใหม่. ฉะนั้น เมื่อมีการเตรียมการทดสอบจริง ๆ โดยเดินทางข้ามมหาสมุทรแอตแลนติกในปี 1761 เขาไม่มั่นใจในนาฬิกาเรือนที่สามเท่ากับเรือนที่สี่ ซึ่งหนักเพียง 1 กิโลกรัมและอาศัยนาฬิกาพกเป็นต้นแบบ. เชื่อกันว่าแฮร์ริสันได้กล่าวดังนี้: “ข้าพเจ้าขอบคุณพระเจ้าผู้ทรงฤทธิ์ยิ่งใหญ่ที่ข้าพเจ้ามีชีวิตยืนยาวจนสามารถทำงานนี้ให้สำเร็จในระดับหนึ่ง.”
การตัดสินอย่างลำเอียง
แต่มาถึงตอนนี้ นักดาราศาสตร์ก็ใกล้จะประสบความสำเร็จในการคิดค้นวิธีหาลองจิจูด. นอกจากนั้น บุคคลผู้ซึ่งมีอิทธิพลเหนือคณะกรรมการผู้ตัดสินซึ่งมีอำนาจในการให้รางวัลก็เป็นนักดาราศาสตร์ คือเนวิล มาสเคลีน. นาฬิกาของแฮร์ริสันถูกทดสอบโดยเดินทาง 81 วันข้ามมหาสมุทรแอตแลนติก. นาฬิกาของเขาทำงานได้ดีเพียงไร? มันเดินช้าไปเพียงห้าวินาที! ถึงกระนั้น คณะผู้ตัดสินได้เลื่อนการให้รางวัลแก่แฮร์ริสันออกไป โดยอ้างว่ามีการละเมิดกฎบางข้อและอ้างว่าความแม่นยำของนาฬิกาเรือนนี้เป็นเพราะโชคช่วย. ผลก็คือ เขาได้รับรางวัลแค่ส่วนหนึ่ง. ขณะเดียวกัน ในปี 1766 มาสเคลีนได้จัดพิมพ์ตารางตำแหน่งดวงจันทร์ซึ่งช่วยให้นักเดินเรือสามารถคำนวณหาลองจิจูดได้ในเวลาเพียงครึ่งชั่วโมง. แฮร์ริสันกลัวว่ามาสเคลีนจะเอารางวัลนั้นไปเสียเอง.
แล้วในปี 1772 กัปตันเจมส์ คุก นักสำรวจชาวอังกฤษก็เข้ามามีบทบาท. ในการเดินทางครั้งสำคัญรอบที่สองของเขา คุกใช้นาฬิกาที่เลียนแบบนาฬิกาของแฮร์ริสัน และต่อมาเขารายงานว่ามันทำงานได้ดีเกินความคาดหมาย. ในตอนนั้นเอง แฮร์ริสันซึ่งถึงตอนนี้อายุ 79 ปีแล้ว เริ่มไม่พอใจคณะกรรมการตัดสินอย่างมากจนเขาได้ยื่นฎีกาต่อกษัตริย์แห่งอังกฤษ. ผลก็คือ แฮร์ริสันได้รับเงินรางวัลที่เหลือในปี 1773 แม้ไม่มีการประกาศอย่างเป็นทางการเลยว่าเขาเป็นผู้ชนะ. จอห์น แฮร์ริสันเสียชีวิตอีกสามปีต่อมา ในวันเกิดปีที่ 83 ของตน.
ภายในเวลาไม่กี่ปี ผู้คนก็สามารถหาซื้อนาฬิกาโครโนมิเตอร์ทางทะเลที่เที่ยงตรงได้ในราคาเพียง 65 ปอนด์. ใช่แล้ว สิ่งที่เป็นไปไม่ได้ก็กลายเป็นจริงแล้ว เนื่องจากความฉลาดหลักแหลมและการทุ่มเทตัวอย่างเต็มที่ของช่างไม้คนหนึ่งจากชนบท.
[เชิงอรรถ]
a แฮร์ริสันซึ่งมีน้องชายคอยช่วย ได้วัดความเที่ยงตรงของนาฬิกาของเขาตลอดเวลาหลายคืน โดยสังเกตช่วงที่ดาวฤกษ์บางดวงหายลับไปหลังปล่องไฟของบ้านเพื่อนบ้าน.
[แผนภาพ/ภาพหน้า 21]
(ดูรายละเอียดจากวารสาร)
การหาค่าลองจิจูดโดยวิธีใช้เวลา
6:00 น. 12:00 น.
อเมริกาเหนือ บริเตน
[ภาพหน้า 22]
จอห์น แฮร์ริสัน ช่างทำนาฬิกา
[ที่มาภาพ]
SSPL/Getty Images
[ภาพหน้า 22]
นาฬิการูปแบบแรกของแฮร์ริสันซึ่งหนัก 34 กิโลกรัม
[ที่มาภาพ]
National Maritime Museum Greenwich London Ministry of Defence Art Collection
[ภาพหน้า 22]
นาฬิการูปแบบที่สี่ของแฮร์ริสันซึ่งหนักหนึ่งกิโลกรัม (ขนาดไม่ได้เป็นไปตามอัตราส่วน)
[ที่มาภาพ]
SSPL/Getty Images
[ที่มาภาพหน้า 20]
Ship in distress: © Tate London/Art Resource NY; compass: © 1996 Visual Language