John Harrison

John Harrison (getauft 31. März 1693 in Foulby bei Wakefield, Yorkshire; † 24. März 1776 in London) war Tischler und autodidaktischer Uhrmacher. Er löste das Längenproblem durch Entwicklung einer äußerst präzisen Uhr. Dafür erfand er unter anderem die Uhrenhemmung, einen speziellen Aufzugsmechanismus und eine Lösung, um Temperaturschwankungen zu kompensieren. Mit seinen entwickelten Uhren war erstmals präzise mechanische Zeitmessung auf See möglich. Harrison gilt mit seinen revolutionären Uhren als "Vater der Zeit".

John_Harrison_Uhrmacher.jpg

Das Längenproblem

Während die geographische Breite relativ einfach mit für die Seefahrt hinreichender Genauigkeit bestimmbar ist, gestaltet sich die Bestimmung der geographischen Länge mit ähnlicher Genauigkeit weitaus schwieriger.

Erst gut ein Jahrzehnt nachdem 1714 Englands Parlament für eine praktisch brauchbare Lösung des Längenproblems bis zu 20.000 Pfund ausgelobt hatte (je nach Genauigkeit der gefundenen Methode), ohne dass brauchbare Lösungen in Sicht kamen, widmete sich John Harrison diesem Thema, das ihn bis an sein Lebensende begleiten sollte.

Ein seegängiges Schiff mittlerer Größe hatte damals einen Kaufpreis von rund 1.500-2.000 Pfund; ein einfacher Arbeiter verdiente etwa 10 Pfund im Jahr – soviel zur Größenordnung.
Zur Verwaltung des Preisgeldes und zur Beurteilung eingereichter Vorschläge war die „Längenkommission“ Board of Longitude eingerichtet worden.

Harrisons Vision

Während sich namhafte Astronomen in ganz Europa um astronomische Lösungen, insbesondere die Monddistanz-Methode, bemühten, setzte John Harrison auf genügend genaue Uhren.

Er hatte 1713 seine erste Pendeluhr mit Holzräderwerk gebaut, später als erste bedeutende Erfindung die Temperaturabhängigkeit der Pendel kompensiert: Ein Gitter aus zwei Arten von Metallstäben mit unterschiedlicher Wärmeausdehnung, Stahl und Messing, verhinderte die Änderung der Pendel-Gesamtlänge bei Temperaturschwankungen (siehe Rostpendel bei Isochronismus).

Reibungsarmen Lauf seiner Standuhren hatte er mit seiner Grasshopper-Hemmung erzielt, schmierungsfreie Holzräder vermieden Fehler durch verharzendes Öl. Überprüfungen anhand von Sternbeobachtungen bewiesen die Verringerung früherer Ungenauigkeit auf weniger als ein Zehntel.

Jetzt wollte er ähnlich genau Uhren für Schiffe konstruieren: 1728 stellte er sein Konzept vor, 1735 sein erstes Modell. Temperaturschwankungen kompensierte er durch Bimetall, Schiffsbewegungen, indem er (im ersten Entwurf) zwei identische Pendel durch eine Feder verband.

Mit einem fertigen Chronometer musste man die Uhrzeit auf einem bekannten Längengrad, etwa dem Greenwich-Meridian, kennen. Aus dem Zeitunterschied ließ sich der geographische Abstand berechnen, denn da die Erde für eine Drehung von 360° 24 Stunden braucht, legt sie in einer Stunde 15° zurück. Eine Stunde Zeitunterschied entspricht also 15° westlicher oder östlicher Breite Länge. Es musste „nur“ ein Chronometer konstruiert werden, der unter den Bedingungen auf einem Schiff absolut genau ging.

Erfolgreiche Tests

Eine Testfahrt mit dem ersten von ihm entwickelten Modell, heute H1 genannt, nach Lissabon und zurück zeigte weitaus höhere Genauigkeit als für die Erlangung des Preises vorgeschrieben, jedoch hatte die Reisedauer nicht den Bedingungen der Ausschreibung entsprochen. Vor allem aber stand Harrison als wissenschaftlicher Laie einem gelehrten Gremium gegenüber. Das verzögerte die Approbation seiner Idee um Jahrzehnte. Besonders Sir Nevil Maskelyne (1732-1811), Königlicher Astronom ab 1765, setzte bis zuletzt auf die Monddistanzen und änderte die Auslegung der Ausschreibung zu Harrisons Ungunsten.

Harrison erhielt aus dem Fundus der Längenkommission gerade genug Geld für ein verbessertes Modell H2 (1737), später für die kugelgelagerte H3. Keine dieser beiden Uhren wurde getestet, da England im Krieg mit Spanien war und man keinesfalls ein solches Gerät in Feindeshand geraten lassen wollte.

Das bahnbrechende Modell 4

Eine Taschenuhr, die er 1753 bei John Jefferys in London für sich selbst anfertigen ließ und die überraschend genau ging, bewog Harrison zu einem vollkommen neuen Konzept: Er brach die Weiterentwicklung von H3 ab und stellte 1759 ein viertes Modell vor, 13 cm Durchmesser, 1,45 kg: Weitaus kleiner und leichter als jedes seiner früheren Stücke. Wesentlich für die Genauigkeit der H4 war ein neu entwickelter Antriebsmechanismus (remontoir). Das Prinzip wird noch heute in mechanischen Chronometern angewandt.

Kampf um das Preisgeld

Die H4 zeigte auf 81-tägiger Fahrt nach Jamaika und zurück nur eine Gangabweichung von 5 Sekunden. Ihre Genauigkeit wurde von Kritikern aber als „zufällig“ beargwöhnt. Harrison wurde genötigt, sie vor den Augen der Kommission zu zerlegen, zu erklären, Konstruktionszeichnungen zu übergeben, nach denen ein anderer Uhrmacher das Modell ebenfalls anfertigen konnte und ein weiteres Exemplar herzustellen (ursprünglich sogar zwei). Er hatte 1765 10.000 £ erhalten, nachdem er sich an das Parlament gewandt hatte. Er durfte für den Nachbau einen Fachmann vorschlagen und entschied sich für den Londoner Uhrmacher Larcum Kendall, der ihm auch schon vorher bei der Anfertigung seiner Instrumente behilflich gewesen war.

Harrison selbst, bereits in hohem Alter, musste sein nächstes Modell ohne seine früheren Originalpläne bauen, schaffte aber in Zusammenarbeit mit seinem Sohn William wieder ein verbessertes Exemplar, die H5. Nach einer Audienz bei Georg III. testete der König das Gerät persönlich. Dieser äußerte höchste Zufriedenheit und versprach sich für Harrison einzusetzen, was aber vom Board of Longitude ebenfalls nicht anerkannt wurde. Erst nachdem der König angedroht hatte, persönlich vor dem Parlament zu erscheinen, wurden Harrison 1773, drei Jahre vor seinem Tod, weitere 8750 £ zugebilligt.

Längenproblem gelöst

Erst als James Cook 1775 von seiner zweiten Weltreise heimkehrte und die Qualität der K1, Kendalls exakter Kopie der H4, bestätigte, galt auch den meisten Astronomen das Längenproblem als gelöst. Drei andere Uhren waren den Belastungen der Reise nicht gewachsen gewesen. Im Logbuch nennt der zunächst skeptische Cook Kendalls Werk (also Harrisons Erfindung) seinen nie versagenden Führer.

H1 war wegen der Tests und mehrfachen Zerlegens auch für Cooks zweite Reise nicht in Frage gekommen.

Anmerkungen

Die Bezeichnungen H1 bis H5
stammen aus späterer Zeit. Sie wurden um 1923 von Lieutenant-Commander Rupert Gould geprägt, der im Zuge von Recherchen zu seinem Buch The Marine Chronometer, its History and Development die unbeachteten Instrumente H1 bis H4 in einem Lagerraum wiederentdeckte und sie später instand setzte. Sie sind seither in funktionsfähigem Zustand und als Teil der Sammlungen des Königlichen Observatoriums im National Maritime Museum, Greenwich, ausgestellt. H5 ist im Besitz der Londoner Uhrmacherzunft und im Rahmen der Sammlungen Georg III. im Science Museum untergebracht.

Entwicklung der Chronometer
Andere, gelernte, Uhrmacher entwickelten wenig später billigere Uhren, die das selbe leisten konnten. Hatte K1 (die Kopie von H4) 500 Pfund gekostet, rund 30% vom Wert eines damaligen Schiffes, so gelang es den Uhrmachern John Arnold und Thomas Earnshaw, die Produktion soweit zu vereinfachen, dass Chronometer gegen 1790 auf etwa 70 £ kamen. Erst gegen 1840 war jedes Schiff der Royal Navy mit einem Chronometer ausgerüstet.

Nevil Maskelyne
wird von Dava Sobel gewiss zu negativ dargestellt: Maskelynes Skepsis gegenüber Harrisons technischem Lösungsweg war insofern berechtigt, als

zwischen Harrisons ersten Vorschlägen und dem Vorliegen seines wegweisenden Modells "4" immerhin 31 Jahre lagen und
weitere 80 vergingen, bevor die Navy mit den teuren Instrumenten ausgerüstet war, während Kommandanten kleiner Schiffe noch einmal fünf Jahrzehnte lang „anders“ zurechtkommen mussten.
Maskelynes Widerstand muss auch im Hinblick auf die Großzügigkeit gewertet werden, mit der er seine Errungenschaft ab spätestens 1769 für jedermann zugänglich machte.

Literatur

Sobel, Dava: Längengrad. btb Taschenbuch, 1998. ISBN 3-442-72318-3 und Illustrierte Ausgabe ISBN 3827003644. (Engl. Orig.: "Longitude", 1995)
Gould, Rupert T.: John Harrison and his Timekeepers. In: Mariner's Mirror, Vol. 21 (1935), 115 - 139.
Gould, Rupert T.: The Marine Chronometer, its History and Development. London 1923

Siehe auch

Weblinks

Gourt Home::Gourt :: John Harrison