Advertencia
En esta página intentaremos comprender por qué fue necesario disponer de instrumentos de medición del tiempo fiables y precisos para determinar la posición en el mar en los siglos pasados.
Como no soy en absoluto especialista en la materia, no pretendo dar aquí ninguna lección de navegación.
Las coordenadas terrestres
Vamos a repasar rápidamente algunas nociones sencillas.
Para definir con precisión un punto en la superficie de la Tierra utilizamos el sistema de latitudes y longitudes.
Las latitudes tienen como referencia el plano del ecuador, que es perpendicular al eje de los polos N-S.
Las longitudes tienen como referencia el plano meridiano, definido por el punto A y el eje de los polos N-S.
El meridiano es el círculo determinado en la superficie terrestre por el plano meridiano. Desde 1884, el meridiano de origen es el que pasa por el observatorio de Greenwich (G).
La longitud (L) es el ángulo que forma el meridiano local con el de Greenwich. Se mide en grados y minutos, y se añade si el lugar considerado está al este (E) o al oeste (W) de Greenwich.
La latitud de un lugar es su distancia angular respecto del ecuador, medida en grados y minutos. Se indica además si nos encontramos al norte (N) o al sur (S) del ecuador.
Por ejemplo, las coordenadas de París son 48° 52' N, de latitud, y 02° 20 E, de longitud.
Medir la latitud
Empezaremos con dos pequeñas experiencias.
1) Con ayuda de un programa de astronomía, en este caso el excelente freeware Winstars de Franck Richard, que puede encontrarse aquí y que nos permitirá mostrar la altura de las estrellas, observemos la altura de la estrella polar en dos ciudades, a las mismas horas y en las mismas fechas, que tienen la misma latitud.
Recordemos que el punto de partida de las alturas, o altitud, se fija en el horizonte local y luego se cuenta de 0° a 90°, partiendo del horizonte hacia el cénit. Tenemos, pues, 0° en el horizonte y 90° encima de nuestra cabeza, en el cénit. La altura es, por tanto, en la imagen, el ángulo SOS.
¿Cómo se presenta el cielo nocturno en estas dos ciudades?
En Brest (Francia) 48° 23' N 4° 30' W la altura de la estrella polar (Polaris) es de aproximadamente 49°
En Port Rexton (Labrador - Canadá) 48° 23' N 53° 21' W la altura de la estrella polar (Polaris) es de aproximadamente 49°
2) Con ayuda del mismo programa, observemos ahora la altura de la estrella polar en dos ciudades de la misma longitud pero de latitudes diferentes.
En Marsella (Francia) 43° 18 N 5° 22 E la altura de la estrella polar es de aproximadamente 44°
En Bergen (Noruega) 60° 23 N 5° 22 E la altura de la estrella polar es de aproximadamente 61°
¿Qué podemos concluir de estas dos observaciones sencillas?
Por un lado, que la altura de la estrella polar es la misma con longitudes distintas y a la misma latitud. Por otro, que, con la misma longitud, la altura de la estrella polar aumenta al mismo tiempo que la latitud.
Es exactamente a esas conclusiones a las que llegaron los primeros navegantes ya en la Antigüedad. Sabían que un grado de altitud de la estrella polar equivalía aproximadamente a 20 leguas, es decir, 80 kilómetros de distancia norte-sur, y que la precisión rondaba los 30 kilómetros.
¿Cómo se explican estas observaciones?
Muy sencillamente: al apuntar a la estrella polar y medir el ángulo que forma con respecto a nuestro horizonte, es como si midiéramos, desde el centro de la Tierra, el ángulo formado entre la línea centro-polo norte y el ecuador.
De ese modo, al medir la altura de la estrella polar, obtenemos... la latitud... o casi.
Casi, porque la estrella polar no se encuentra en la prolongación exacta del eje norte-sur de la Tierra.
Pero como apuntar al horizonte de noche no resulta nada fácil y, sobre todo, porque en cuanto se cruza el ecuador hacia el sur la estrella polar deja de ser visible y no tiene equivalente austral, los navegantes utilizaron el Sol como astro de referencia en lugar de la estrella polar.
Eso tuvo, aun así, un coste añadido en dificultad, porque la trayectoria anual aparente del Sol alrededor de la Tierra no es paralela al plano del ecuador, véase la página astronomía, y varía con las estaciones, lo que hace variar su altura a lo largo del año para una misma latitud. Esa variación se conoce con el nombre de declinación.
Ya en el siglo XIII se habían elaborado tablas de declinación, y la llegada de la imprenta en 1455 favoreció su difusión.
En cuanto a los instrumentos de medición de la altitud, fueron numerosos y evolucionaron a lo largo de los siglos: astrolabio, nocturlabio, octante, cuadrante, ballestilla o báculo de Jacob, etcétera.
No vamos a describir esos instrumentos porque no es ese nuestro propósito, que aquí es el cálculo de la longitud.
Medir la longitud
Medir la longitud es un problema mucho más delicado que el de la latitud. Y, sin embargo, la formulación de sus soluciones es de lo más simple.
La Tierra gira sobre su eje. Eso hace que, sobre un mismo paralelo, veamos el mismo cielo en lo que respecta al Sol, la Tierra o las estrellas. La única diferencia es que no lo vemos en el mismo momento.
Así pues, las soluciones son sencillas:
- Comparar la hora de observación de un fenómeno celeste en un lugar de longitud de referencia con la hora local de observación del mismo fenómeno en el otro lugar.
Este método obliga a elaborar efemérides de fenómenos celestes. Eso pertenece al terreno de la astronomía. - Conservar la hora del lugar de origen y compararla con la hora local del otro lugar.
Este segundo método pertenece al terreno de los instrumentos de medición del tiempo y es el que nos interesa especialmente en esta página.
La principal dificultad de este segundo método consiste en construir instrumentos de medición de una precisión extrema. En efecto, la Tierra gira 360 grados en 24 horas. En el ecuador, una hora equivale a 15 grados, es decir, 1 666 km. Y un error de un minuto, 1/60 de grado, supone un error de 27 766 metros.
Además, no solo los instrumentos deben ser extremadamente precisos, sino que también deben mantener esa precisión en condiciones difíciles, humedad, calor, frío, inestabilidad..., propias de la navegación.
Las dificultades añadidas de ambas soluciones hacen que Voltaire hable del «imposible problema de las longitudes», que Newton se muestre escéptico y que la pequeña guerra que nacerá entre los partidarios de las dos soluciones, la astronómica y la relojera, no contribuya precisamente a calmar las cosas.
Y, sin embargo, desde el siglo XVI era indispensable encontrar una solución a ese gran desafío que representaba la longitud, porque...
- Porque el cálculo de la longitud no afectaba solo a la navegación, sino también a la cartografía. ¿De qué sirve saber dónde se está en el mar si no se sabe exactamente dónde está la tierra más cercana?
- Porque las largas expediciones marítimas hacia las Indias y el Nuevo Mundo se multiplicaron desde el siglo XVI, con los fabulosos beneficios obtenidos con las mercancías y los salarios extraordinarios cobrados por capitanes y marineros.
- Porque la imprecisión en la medición de la longitud era fuente de retrasos, de enfermedades y, en ocasiones, de naufragios.
Entre esos naufragios, uno de ellos fue el acontecimiento que desencadenó una auténtica «carrera por la longitud».
Estamos en octubre de 1707. Después de haber librado combates victoriosos en Gibraltar, el almirante británico Cloudesley Shovell pone rumbo a Inglaterra con su escuadra de cinco navíos. Durante doce días se abre paso a través de una espesa niebla en dirección al canal de la Mancha.
El almirante y sus oficiales creen que su flota navega con seguridad frente a Ouessant. Pero en realidad son las islas Sorlingas las que se alzan ante ellos en la noche del 22 de octubre. El buque insignia, el Association, es el primero en chocar contra las rocas. Aquella noche, la Corona británica pierde tres de los cinco barcos de guerra, ya que el Eagle y el Romney también se hunden al golpear los arrecifes. Las islas Sorlingas se convierten en tumba de 1 700 marinos.
En cuanto a Cloudesley, sobrevivió al naufragio, llegó a la arena... y fue asesinado por una mujer que pasaba por allí. Simplemente porque quería apoderarse, y se apoderó, de la esmeralda que llevaba en el dedo.
Presionado, si es que puede decirse así, siete años después, por una petición firmada por los «Capitanes de los navíos de Su Majestad, comerciantes de Londres y comandantes de mercantes», el Parlamento publica, bajo el reinado de la reina Ana, el 8 de julio de 1714, el Longitude Act, o Ley de la Longitud.
El Longitude Act:
- Ofrecía tres premios:
- 20 000 libras, unos 5 millones de euros actuales aproximadamente, por un método de determinación de la longitud con una precisión de medio grado de arco máximo, lo que correspondía a una variación máxima del cronómetro de tres segundos cada 24 horas.
- 15 000 libras por un método preciso hasta dos tercios de grado.
- 10 000 libras por un método preciso hasta un grado.
- Designaba un jurado, el Consejo de la Longitud, encargado de atribuir los premios. El astrónomo real figuraba en él como miembro nato.
- Podía conceder «anticipos». Cuando se disolvió en 1828, ya había gastado 100 000 libras.
- Verificaba la puesta a prueba de las «invenciones» en uno de los navíos de Su Majestad y «en el océano de Gran Bretaña hacia cualquier puerto de las Antillas que eligieran los comisarios».
Aquella oferta no fue la primera, pues ya en 1598 Felipe III de España había propuesto una, en vano, al primero que «descubriera la longitud». Holandeses y franceses hicieron lo mismo. Pero la oferta inglesa era, con mucho, la más espectacular.
Las soluciones más disparatadas ya se habían propuesto antes del Longitude Act y siguieron apareciendo después.
Por tomar solo un ejemplo, está la solución del «polvo de simpatía», que de simpático tenía poco. Ese polvo, descubierto por un tal Kenelm Digby, establecido en el sur de Francia, debía curar heridas a distancia. Bastaba aplicarlo a un objeto que hubiera intervenido en la herida. Ese «tratamiento», al parecer, era especialmente doloroso.
Encontrar la longitud con ayuda de ese polvo era un juego de niños. Se hería a un perro. Se le daban los primeros cuidados a una hora precisa, pongamos al mediodía. Se embarcaba al perro en un navío y se conservaban en tierra las vendas manchadas.
Ya se entiende el principio. Todos los días, a mediodía, se echaba un poco del famoso polvo sobre las vendas, el perro aullaba a causa de esos cuidados dolorosos «a distancia», y bastaba comparar ese mediodía terrestre aullante con el mediodía a bordo para deducir la longitud por cálculo. El riesgo, claro, era que el perro se curase de verdad durante la navegación. Bromeo, bromeo.
El «concurso» queda abierto y un tal John Harrison entra en escena.
No se sabe muy bien cómo se enteró del premio ofrecido, pero el resto de su vida quedará consagrado a él.
La historia de su vida es, en cierto modo, la historia del descubrimiento de la medición de la longitud. La historia de su vida es la novela de una búsqueda. Y no puedo sino recomendar la lectura del libro Longitude, de Dava Sobel, que cuenta precisamente la vida de Harrison como una novela.
Evocaremos algunas etapas de esa vida, así como el nacimiento de esos magníficos cronómetros marinos llamados H1, H2, H3 y H4.
Cronómetro marino frente al método de las distancias lunares: todo enfrentará, en la carrera por la longitud, a John Harrison (1693-1776), a la izquierda, y a Nevil Maskelyne (1732-1811), a la derecha. Estas diferencias de criterio se transformarán muy pronto en una aversión mutua.
John Harrison y la carrera por el premio
John Harrison nació el 24 de marzo de 1693 en el condado de Yorkshire. Su padre le enseñó el oficio de carpintero. Autodidacta, John se lanzó con avidez sobre una copia manuscrita de una serie de conferencias impartidas por el matemático Nicholas Saunderson.
Sin haber cumplido aún los veinte años, en 1713, construyó su primer reloj de madera con algunos elementos de cobre y de acero. Aprovechó al máximo las cualidades de las maderas: ruedas de roble, ejes y piñones de boj, cojinetes de madera de guayaco. Son los aceites de la propia madera los que lubrican el mecanismo, sin necesidad de lubricación complementaria.
Inventó un nuevo escape, llamado de saltamontes, y un nuevo volante, llamado de parrilla, insensible a la temperatura gracias a una ingeniosa mezcla de metales cuyas dilataciones se compensan.
También construyó algunos relojes de caja larga, de los que se ve un ejemplar a la derecha. En ello le ayudó su hermano James, que, por cierto, firmaba los relojes.
Se casó en 1718 y su hijo, nacido al año siguiente, enfermó y murió al año siguiente.
Volvió a casarse en 1726 y fue padre de William, que se convertiría en su mano derecha, y de Elisabeth.
Diseñó un nuevo volante en sustitución del de parrilla, que no resistiría las condiciones de la navegación, y en 1730, convencido de que ya disponía de todos los recursos técnicos necesarios para construir relojes marinos, se trasladó a Londres para presentar su proyecto al Consejo de la Longitud.
Pero el Consejo, que nunca había llegado a reunirse, no tenía siquiera sede.
Así que acudió a uno de sus miembros, Edmund Halley (1656-1742), descubridor de la trayectoria del cometa que lleva su nombre y, por entonces, astrónomo real.
Halley quedó seducido por el proyecto de Harrison, pero sabía que el Consejo, compuesto por astrónomos, matemáticos y navegantes, no vería con buenos ojos una respuesta mecánica al problema de la longitud.
Con buen criterio, lo remitió entonces más bien al relojero George Graham (1673-1751).
George Graham, a la derecha, recibió a Harrison a las diez de la mañana y no lo dejó marcharse hasta bien entrada la noche, después de invitarlo a cenar.
Y también después de escucharlo durante largas horas explicar su proyecto.
Harrison abandonó al Honesto George, como lo llamarían más tarde, con un protector y con capitales ofrecidos por Graham sin garantías ni intereses.
Harrison pasó los cinco años siguientes construyendo H-1.
Noventa centímetros de alto, ancho y fondo, 33 kilos, dientes de madera, escape silencioso de saltamontes, cuatro cuadrantes, días, horas, minutos y segundos, y un amasijo de varillas, muelles, bolas y ruedecillas: así era H-1 sin su caja de madera.
Y, sobre todo, ya mostraba una precisión demostrada en una prueba entre Londres y Lisboa, que permitió a Harrison, además de marearse como un perro durante el viaje, corregir en 140 km la estima del capitán. Para verla en foto, haga clic aquí.
En lugar de pedir una prueba Londres-Antillas, como preveía el Longitude Act, Harrison declaró que H-1 tenía algunos defectos y se limitó a pedir un anticipo para diseñar otro reloj. Lo obtuvo, tuvo que añadir una cláusula al acuerdo precisando que debería entregar, «por el bien público», tanto el futuro reloj como el anterior, y regresó a casa para ponerse con H-2.
Harrison tardó cuatro años en terminar H-2.
Sería aún más pesado que H-1.
Las pruebas lo sometieron a torturas diversas: cambios de temperatura, sacudidas durante horas... En resumen, peor que las peores condiciones que podría sufrir en un barco. Pueden verse fotos en esta página.
La Royal Society concluyó que "... el movimiento es lo bastante exacto y regular como para hallar la longitud de un navío dentro de los términos más estrictos propuestos por el Parlamento, y probablemente incluso mejor".
Sin embargo, nunca conocería el mar.
Porque Harrison volvió a las andadas con la posibilidad de introducir mejoras, tal como había hecho con H-1.
Quiso construir H-3 y se limitó a pedir, de vez en cuando, nuevos anticipos.
Harrison tardó once años en terminar H-3.
753 piezas, una tira bimetálica para compensar los cambios de temperatura, un nuevo sistema antifricción, siete kilos menos que H-1, dos volantes circulares, dimensiones reducidas: así era H-3. Las fotos pueden consultarse haciendo clic aquí.
No conocería el mar mejor que H-2.
Porque Harrison había conocido a John Jefferys, relojero que le fabricó un reloj de bolsillo. Diseñado a partir de indicaciones del propio Harrison, era de una fiabilidad nunca vista hasta entonces.
Harrison estaba convencido de que el futuro pertenecía a las «máquinas pequeñas» y se lanzó al diseño de H-4.
Harrison terminó la construcción de H-4 en 1759.
Trece centímetros de diámetro, tres agujas de acero que dan la hora exacta, diamantes y rubíes para eliminar la fricción, treinta horas entre dos remontajes: así era H-4. Una auténtica bestia de competición. Consulte la página del museo real de Greenwich para ver numerosas fotografías.
Competición que ganará... bueno, casi.
Harrison tenía 66 años cuando la terminó. Y tuvo que esperar a cumplir 68 para que H-4 respondiera a las condiciones fijadas por el Longitude Act tras un viaje de Londres a Jamaica entre noviembre de 1761 y marzo de 1762. Y también tras una nueva prueba hacia Barbados, en 1764, que reveló un retraso de quince segundos en cinco meses de travesía.
Harrison se vio atrapado en una disputa que lo enfrentó con el Consejo de la Longitud para obtener la recompensa prometida por la Ley.
¿Disputa con el Consejo de la Longitud? Sería más exacto hablar de una lucha sin cuartel contra Nevil Maskelyne, convertido entretanto en astrónomo real. Pero esa es otra historia.
Y como esta página está dedicada a los instrumentos de medición del tiempo, no podemos entrar en los detalles del método de las distancias lunares, defendido a capa y espada, lo que resulta lógico tratándose de un astrónomo, por Maskelyne.
En su libro Revolution in Time, David S. Landes escribe:
«Harrison acabó obteniendo su recompensa, pero únicamente porque el rey Jorge III, él mismo un relojero aficionado, como Luis XVI en Francia, intervino en su favor: «Por Dios, Harrison, le haré justicia». Fue el Parlamento quien le votó la suma, lo que no impidió, sin embargo, que el Consejo de la Longitud lo «birlara» de las 1 250 libras que le había adelantado por H-2 y H-3 y que decidió deducir de la suma que se le debía. He aquí un final agridulce para la historia de una obra extraordinaria.
¿El final de la historia? No del todo.
Hay que añadir que Harrison murió en 1776.
En cuanto a sus cronómetros marinos, siguen muy vivos en el National Maritime Museum, Park Row, Greenwich, Londres. Solo H-4, que requeriría una limpieza cada tres años, está detenida porque ese mantenimiento resultaría arriesgado.
A modo de conclusión
Hay que reconocerlo: el método de las distancias lunares también dio buenos resultados. Hacían falta tiempo y cuatro personas para aplicarlo.
Como las tablas y un sextante costaban solo 20 libras, frente a las 100 de K3, un reloj «de serie» construido por Kendall, aquellas tablas siguieron utilizándose durante mucho tiempo.
¿Inventó Harrison la longitud? En absoluto. Lo que hizo fue inventar instrumentos cada vez más precisos que permitían poner en práctica los medios para calcularla. Y, sobre todo, demostró que aquello era técnicamente posible.
Pocas de sus innovaciones fueron retomadas después, sustituidas por técnicas más baratas, más fáciles de aplicar y más eficaces.
El GPS ha reemplazado ahora a los cronómetros marinos. No por eso debemos olvidar a John Harrison, que dedicó su vida a marcar el camino...
