Al contrario della latitudine, la longitudine, ossia la distanza dal Primo Meridiano sia verso ovest che verso est (fig. 2), non ha una controparte naturale, per cui la misura diventa relativa. Nella storia vi sono stati molti meridiani fondamentali. Tutti furono scelti per il calcolo della longitudine e non per la misura del tempo, concetto che avrà la sua importanza molto più tardi.

   Il primo meridiano fondamentale fu definito nel bacino del Mar Mediterraneo. Ipparco lo fece passare per l’isola di Rodi, dove visse per molti anni, per disegnare la sua cartografia del mondo allora conosciuto.

   I primi metodi per il calcolo della longitudine furono i più vari, ma in sostanza si basavano sul moto della Luna e delle stelle.

   Ipparco propose l’osservazione del ritardo della fase totale dell’eclisse di Sole come misura del tempo tra i due luoghi in funzione della velocità della Luna lungo la sua orbita. Purtroppo, il metodo era teoricamente valido, ma inutile praticamente per l’eccezionalità del fenomeno, per la sua non ubiquità e la mancanza di strumenti sufficientemente precisi per la misura degli intervalli di tempo.

   Nel 1514 Werner descrisse un metodo basato sulla posizione della Luna rispetto alle stelle dello Zodiaco, e più tardi fu proposto anche un metodo basato sull’occultamento dei satelliti gioviani.

   In teoria, i suddetti metodi erano validi, ma peccavano sia nella possibilità di un’esatta misura del tempo sia nell’esatta conoscenza dei moti celesti, delle esatte dimensioni della Terra, per non considerare le difficoltà pratiche della loro attuazione su una nave in navigazione.

   Con il tempo, il problema divenne oltre che cartografico anche politico. L’esatta collocazione geografica delle nuove terre scoperte rivestiva anche un interesse economico, poiché, per esempio, il trattato di Tordesillas del 1494 definiva una linea immaginaria distante un certo numero di leghe dalle Isole Azzorre che divideva le zone di influenza tra le due potenze dell’epoca, Spagna e Portogallo.

   L’importanza della risoluzione del problema della longitudine ebbe il suo apice con l’avvento dell’Inghilterra sui mari. Poiché molte navi affondarono per un’errata stima della loro posizione Spagna, Francia ed Inghilterra offrirono premi in denaro a coloro che fossero riusciti a risolvere il problema, trovando un metodo sicuro, pratico e preciso per la misura della longitudine in mare.

   In Inghilterra, agli inizi del XVIII secolo, fiorirono alcune idee stravaganti per risolvere il problema della misura della longitudine. Si trattava di suggerimenti bislacchi, che davano la misura di quanto fosse sentito il problema della longitudine.

   Il rettore Flyer suggerì nel 1699 di dividere il cielo in 24 settori, mediante opportuni allineamenti di stelle, nella direzione Nord - Sud, ossia di costruire una sorta di fusi orari del cielo. Per determinare la longitudine si sarebbe dovuto solo aspettare il momento in cui il primo settore si fosse trovato sulle Isole Fortunate ed osservare quale settore di cielo si trovava sul meridiano locale. Da questa osservazione si sarebbe dedotta immediatamente la longitudine. Il reverendo dimenticava però che, non avendo un orologio affidabile o non disponendo di un mezzo per trasmettere il segnale orario o non possedendo il dono dell’ubiquità, non era possibile sapere in che momento il primo settore passava al meridiano delle Isole Fortunate.

   Un altro “metodo”, forse il suggerimento più stravagante, si basava sull’esistenza di una polvere che, cosparsa sulle bende che avevano avvolto un cane ferito, sarebbe stata capace di procurare dolore all’animale, anche se si fosse trovato a migliaia di chilometri di distanza! Sarebbe bastato, quindi, che ogni nave, prima di lasciare il porto, avesse imbarcato un cane ferito e avesse lasciato a terra dei bendaggi che erano serviti per curarlo. La capitaneria di porto avrebbe provveduto a cospargere le bende con questa polverina ogni mezzanotte, in modo che il cane sulla nave, col guaito di dolore, avrebbe potuto segnalare che in quel momento era mezzanotte nel porto di partenza. Ci asteniamo per “deferenza” da qualsiasi commento scientifico.

   Nonostante questi tentativi più o meno scientifici, gruppi di scienziati cominciarono a riunirsi dal 1645 e certamente il problema della longitudine fu uno dei problemi principali da essi discusso. Nel 1662 il gruppo diventò la ROYAL SOCIETY OF LONDON FOR THE PROMOTION OF NATURAL KNOWLEDGE. La Società Reale ricevette il suo Atto Costitutivo da Carlo II. Un membro del gruppo, il famoso architetto Wren, scrisse il preambolo all’atto costitutivo nel quale si evince uno degli scopi dichiarati della nuova Società: trovare la longitudine.

   Hooke (1635–1702) era stato a lungo interessato agli orologi e se essi potessero essere usati per risolvere il problema della longitudine. Dopo averne investigato le difficoltà, egli concluse che era virtualmente impossibile ottenere un orologio che in mare mantenesse il tempo con sufficiente accuratezza. Le difficoltà provenivano dalla varietà dei climi, dai colpi d’aria, dal freddo e dal caldo, dalla temperatura delle molle, dalla natura delle vibrazioni, dal moto della nave. Nondimeno Hooke aveva dato delle conferenze nel 1664 su 20 modi diversi di usare una molla per rendere il bilancino di un orologio più uniforme e disse che aveva dei trucchi nella manica che potrebbero portarlo alla produzione di un orologio sufficientemente accurato.

   Nel febbraio 1675 l’astronomo e primo direttore del futuro osservatorio di Greenwich Flamsteed (1646–1719) (fig. 3) arrivò a Londra essendo stato nominato assistente alla Royal Commission per esaminare le proposte sulla longitudine. Gli Inglesi cominciarono così a trattare il metodo della posizione della Luna come il loro attacco principale al problema della longitudine, mentre i Francesi lavoravano principalmente sul metodo delle lune di Giove. Flamsteed, nel presentare i tentativi francesi alla risoluzione del problema della longitudine, giocò la carta dell’ “orgoglio nazionale” mettendo in rilievo al re come i Francesi avessero un Osservatorio Reale dedicato per quel lavoro. Così il re si mosse rapidamente perchè l’Inghilterra potesse essere alla pari della Francia e nel marzo 1675 nominò Flamsteed suo osservatore astronomico con Brevetto Reale.

   Due giorni dopo la nomina di Flamsteed, Greenwich fu scelto come luogo per un nuovo osservatorio. La costruzione del Royal Observatory a Greenwich cominciò nel 1675, progettato da Wren e diretto da Hooke. Flamsteed ed Halley (secondo astronomo reale, 1656–1742) (la cui tomba è incastonata nell’edificio dell’astronomo reale all’interno dell’Osservatorio (fig. 4)) diedero i consigli sugli strumenti richiesti e le osservazioni cominciarono l’anno successivo.

   Uno dei primi progetti di Flamsteed al Royal Observatory fu di provare che la Terra ruota ad una velocità costante. Quest’ipotesi era stata assunta da Copernico (1473–1543) quando pubblicò la teoria del Sistema Solare, ma non era mai stata dimostrata. Essa era anche una condizione necessaria per tutti i metodi proposti per la determinazione della longitudine.

   Furono comprati due orologi per Flamsteed con pendoli lunghi 4 m appesi sopra i quadranti. Il Sole non poteva essere usato come marcatempo poichè il fatto che l’orbita della Terra non era circolare significa che il tempo dato dalle meridiane sarebbe avanti a quello di orologi meccanici accurati per buona parte dell’anno ed indietro il resto del tempo. Questa variazione tra il tempo degli orologi e quello delle meridiane è chiamata Equazione del Tempo oppure Equazione dei Giorni Naturali ed era nota ai Greci ed agli Arabi molti secoli prima, benchè naturalmente essi non avevano capito la ragione delle variazioni.

   Flamsteed usò la stella Sirio come marcatempo, correggendo il tempo siderale ottenuto da transiti successivi della stella in tempo solare. La differenza, naturalmente, è dovuta alla rotazione della Terra attorno al Sole. Flamsteed potè così scrivere, in una lettera del 1677, che

   i nostri orologi hanno mantenuto una buona corrispondenza con i Cieli tanto che io dubito che essi non possano provare che le rivoluzioni della Terra sono isocroniche

   Il Greenwich Royal Observatory dovette fornire grandi quantità di dati e Flamsteed passò 15 anni, dal 1689 al 1704, a compilare tabelle della Luna per il metodo della distanza lunare nella ricerca della longitudine. Anche Newton (1642–1727) richiese dati sulla Luna in modo da poter perfezionare la comprensione dell’orbita nei termini della sua nuova teoria della gravitazione.

   Tra il 1690 ed il 1707 ci furono molti incidenti in cui navi da guerra inglesi vennero perdute in mare perchè avevano perduto le loro posizioni. Nell’incidente più serio del 1707 oltre 2000 uomini morirono allorquando quattro navi si arenarono sulle Isole Scilli mentre tornavano in Inghilterra. La pressione politica aumentava sempre più per una soluzione del problema della longitudine poichè la mancanza della sua soluzione stava costando all’Inghilterra ingenti somme di denaro. Tutti credevano che i matematici e gli astronomi avrebbero fornito la soluzione, ma ciò non avveniva mai.

   Newton considerò il metodo dell’orologio, che alla fine avrebbe avuto successo, affermando che

   un metodo c’è, usando un orologio per tenere il tempo esatto. Purtroppo a causa del moto della nave, delle variazioni di temperatura e di umidità, e della differenza di gravità alle varie latitudini, un tale orologio non è stato ancora prodotto.

   Il Parlamento inglese pensò che era arrivato il momento di fare una mossa risolutiva e nel giugno 1714 approvò un documento, chiamato Longitude Act, per

   fornire un premio ad una o più persone che scoprissero il metodo di misurare la longitudine, di 10000 sterline se è capace di determinare la latitudine a un grado di un grande circolo, o 60 miglia geografiche, oppure di 15000 sterline se la determina a due terzi di quell’errore, o di 20000 sterline, se la determina a metà di quell’errore

   I commissari della Commissione della Longitudine vennero nominati per giudicare se le proposte fossero rientrate nelle condizioni poste ed anche per fornire anticipi per le proposte promettenti. Della Commissione fecero parte membri dell’Ammiragliato, l’Astronomo Reale, i professori delle cattedre ad Oxford e Cambridge, più dieci membri del Parlamento.

   Naturalmente ci fu una moltitudine di proposte speranzose di aggiudicarsi il cospicuo premio. A causa di ciò la Commissione delegò un segretario per catalogare l’enorme numero di proposte impossibili e si riunì tre volte l’anno per prendere in considerazione quelle che il segretario avesse considerato degne dell’attenzione della Commissione. Molti piccoli premi vennero dispensati, ma non ci fu alcuna proposta di merito.

   L’orologiaio artigiano John Harrison (1693-1776) costruì il suo primo orologio nel 1715, l’anno dopo che il Longitude Act era diventato legge. Nel 1727 aveva prodotto un magnifico orologio con un pendolo di 9 aste di acciaio e di ottone per eliminare gli effetti dei cambiamenti (dilatazioni e/o contrazioni) causati dalla temperatura. Nel 1730 Harrison parlò con Halley che gli consigliò di non chiedere un finanziamento alla Commissione della Longitudine, ma piuttosto di cercare prima denaro da altre fonti. Harrison lo fece ed ottenne dei fondi che gli permisero di produrre il suo primo orologio, disegnato appositamente per mantenere un tempo accurato sulle navi. Halley gli consigliò di rivolgersi alla Commissione una volta che l’orologio fosse costruito. Harrison completò l’orologio, ora chiamato H1, nel 1735 (fig. 5).

   Si tratta di un grande orologio del peso di circa 35 kg con molte caratteristiche ingegnose. Egli portò H1, che insieme ai successivi sono conservati nel piccolo museo dell’Osservatorio perfettamente funzionanti, a Londra dove fu esaminato da cinque membri della Royal Society, incluso Halley. Essi ne rimasero entusiasti e diedero ad Harrison un certificato che in sostanza significava che la Commissione della Longitudine avrebbe ordinato una prova in mare.

   Harrison trasportò H1 sulla nave HMS CENTURIAN fino a Lisbona e ritornò sulla HMS OXFORD. Fu una strana scelta di percorso perchè era sopratutto in direzione Nord - Sud, ma H1 si comportò bene ed Harrison poté dire al capitano, durante il viaggio di ritorno, che la nave era 150 km più ad ovest di quello che il capitano credesse.

   Però Harrison non era soddisfatto di H1 e si rivolse di nuovo alla Commissione nel 1737 per poter avere un finanziamento per costruire un altro orologio che fu chiamato H2 (fig. 6). Il finanziamento fu di 250£ con la promessa di altre 250£ quando fosse consegnato per le prove. Nonostante le buone intenzioni, H2 risultò essere più pesante di H1. Però aveva anche parecchie altre innovazioni. Harrison completò H2 nel 1739, come promesso, ma impiegò altri due anni per provarlo da sè. Le prove in mare risultarono difficili perchè l’Inghilterra era in guerra con la Francia. Harrison, quindi, decise di costruire un terzo orologio, l’H3, e lo annunciò alla Commissione nel 1741 (fig. 7).

   Gli fu dato un altro anticipo di 500£. È chiaro che la Royal Society fu ben impressionata dal lavoro di Harrison poichè essi gli conferirono la medaglia Copley nel 1749, un evento rimarchevole considerando il fatto che Harrison non aveva fatto degli studi accademici. La Royal Society proclamò che Harrison era

   l’autore della più importante scoperta scientifica o di contributo alla scienza

   Il lavoro su H3 non andò come Harrison aveva sperato ed egli ricevette parecchi altri anticipi dalla Commissione prima di decidere nel 1757 di non provare H3, ma di costruire un orologio molto più piccolo, l’H4 (fig. 8). H4 fu cominciato nel 1757 e completato in due anni. Aveva un diametro di circa 12 cm ed Harrison stesso aveva perfettamente ragione quando disse

   Penso di poter dire con orgoglio che non c’è altro oggetto meccanico o matematico al mondo che sia più bello o interessante come costruzione di questo mio orologio o marcatempo per la longitudine

fig. 6,7,8 - Gli orologi H2, H3 e H4 di Harrison      

   Nel 1761 Harrison richiese una prova in mare per H4. Dal 1741 aveva ricevuto anticipi per 3000£ dalla Commissione per aiutarlo a completare il suo lavoro ed ora gli diedero altre 500£ per completare il collaudo di H4.

   Benchè fino a questo punto Harrison fosse stato trattato abbastanza bene dalla Commissione, ora egli trovava che era quasi impossibile convincerli che l’H4 soddisfaceva le condizioni per il premio di 20000£. Fu organizzata una prova e H4 venne messo a bordo della DEPTFORD col figlio di John Harrison, William Harrison, che lo custodiva. Le condizioni del premio vennero completamente soddisfatte quando la DEPTFORD raggiunse la Giamaica. H4 aveva perduto solo 5 s in tutto il viaggio. Al ritorno, che non faceva parte della prova, H4 e William Harrison erano sulla corvetta MERLIN. Il tempo era estremamente cattivo e la MERLIN fu sbatacchiata dalle onde lungo tutto il viaggio, eppure H4 si comportò entro le condizioni del premio di 20000£.

   La Royal Society e la Commissione non vollero concedergli la somma di 20000£ che egli si era meritato per aver adempiuto alle condizioni. Ci furono parecchie ragioni per ciò. In primo luogo quelle condizioni erano state stabilite quando c’era poca prospettiva che venissero mai soddisfatte dichiarando che era forse dovuto ad una fortuità che H4 avesse soddisfatto le condizioni. Forse, cosa più significativa, c’erano ancora molti membri della Royal Society che speravano di poter vincere loro il premio.

   Bradley (terzo astronomo reale, 1693–1762), succeduto ad Halley come Astronomo Reale nel 1742, e Mayer erano convinti che la distanza lunare avrebbe portato alla risoluzione del problema della longitudine. Mayer aveva spedito le sue tabelle lunari alla Commissione nel 1756, ma la Guerra dei Sette Anni con la Francia aveva impedito delle prove idonee. Nel 1761 Maskelyne (quinto astronomo reale, 1732–1811), un altro che credeva fermamente nel metodo della distanza lunare, venne inviato a Sant’Elena sulla PRINCE HENRY per provare il metodo della distanza lunare per la Commissione ed in particolare per verificare le tabelle di Mayer.

   Maskelyne affermò che

   La longitudine può sempre essere trovata entro un grado, o poco più, il che risponde a circa 40 miglia geografiche alla latitudine del Canale della Manica.

   Bradley affermò che egli e Mayer si sarebbero divisi il premio di 10000£ se non fosse stato per quel maledetto orologio di Harrison. Così non fu solo Harrison a credere di essere stato trattato male.

   Bradley e Mayer morirono entrambi nel 1762, ma la vedova di Mayer più tardi ricevette 3000£. Così toccava ad Harrison continuare la sua battaglia, ma cominciò a temere che il rapporto di Mayer sul successo delle sue tabelle potesse essere visto come meritevole del premio, dato che il proprio successo era stato ignorato.

   Una seconda prova per H4 fu organizzata e l’HMS TARTAR issò le vele da Portsmouth il 28 marzo 1764 con William Harrison e H4 a bordo. All’arrivo alle Barbados William Harrison scoprì che Maskelyne era stato mandato avanti per giudicare sul successo della prova. William Harrison si lamentò che Maskelyne non poteva essere un giudice imparziale, ma Maskelyne ebbe la buona grazia di chiedere che le osservazioni necessarie venissero fatte da qualcun’altro poichè egli era malato. H4 perdette solo 54 s nei 5 mesi del viaggio e, dopo la correzione degli errori, che Harrison aveva stabilito prima di cominciare il viaggio, l’errore fu ridotto a 15 s.

   Harrison, all’età di 78 anni, costruì un altro orologio, H5, nei suoi tentativi di soddisfare le condizioni stabilite dalla Commissione. Però ci volle una petizione al re Giorgio III prima che ricevesse il premio per aver risolto il problema della longitudine.

   La British East India Company fu una delle prime ad insistere che tutte le loro navi portassero dei cronometri. La Marina Militare fu più lenta a seguirli: fu solo nel 1840 o più tardi che le navi portassero a bordo cronometri nelle acque di casa. Delle gare annuali ebbero luogo a Greenwich dal 1821, con premi per i migliori cronometri presentati.