경도의 역사

History of longitude
상하이 셰산 천문대의 국제 경도 결정 기념비

경도의 역사는 천문학자들, 지도 제작자들, 항해사들이 수세기 동안 경도를 결정하는 방법을 발견하기 위해 노력한 기록이다.

경도 측정은 특히 안전한 해상 항해를 제공하기 위해 지도 제작과 항법 모두에 중요하다. 위도와 경도 모두에 대한 지식이 요구되었다. 정확하고 신뢰할 수 있는 경도 결정 방법을 찾는 데는 수세기 동안 연구가 필요했고, 인류 역사상 가장 위대한 과학자들 중 몇 명이 참여했다. 오늘날, 경도 문제는 위성 항해를 통해 센티미터의 정확도로 해결되었다.

망원경 앞 경도

기원전 3세기에 에라토스테네스는 세계지도에 위도와 경도 체계를 처음 제안했다. 그의 주 자오선(경도선)은 알렉산드리아로도스를 통과했고, 그의 평행선(위도선)은 일정한 간격을 두지 않고 알려진 곳을 통과했으며, 종종 직선을 희생했다.[1] 기원전 2세기경 히파르쿠스는 지구의 장소를 고유하게 지정하기 위해 원을 360°로 나눈 체계적 좌표계를 사용하고 있었다.[2]: 31 그래서 (1차 자오선은 다르지만) 오늘날과 같이 1차 자오선의 동쪽이나 서쪽의 도로서 표현될 수 있었다. 월식의 현시점을 서로 다른 두 곳에서 비교하여 경도를 결정하는 방법도 제안했다.[2]: 11 이 방법은 사용 가능한 시계의 한계로 볼 때 그리 정확하지 않았으며 기원전 330년의 아르벨라 일식을 사용하여 단 한 번 – 거의 수행되지 않았다.[3] 그러나 방법은 건전하며, 이것은 정확한 시간지식에 의해 경도를 결정할 수 있다는 최초의 인식이다.

프톨레마이오스의 지중해 지도는 그리니치를 기준 경도로 하여 현대 지도에 겹쳤다.

프톨레마이오스는 2세기 CE에서 여행자들이 보고한 예상 거리와 방향에 근거한 지도 시스템을 사용했다. 그때까지 모든 지도는 직선이 직각으로 교차하면서 위도와 경도가 있는 직사각형 그리드를 사용했었다.[4]: 543 [5]: 90 이것은 넓은 지역에 용납할 수 없는 왜곡을 초래하고, 프톨레마이오스는 그의 거주 세계 지도에 왜곡을 감소시키는 곡선 평행선을 가진 투영법을 사용했다. 13세기보다 오래된 지도(또는 그의 작품의 원고)는 존재하지 않지만, 그의 지리학에서는 지도를 다시 만들기에 충분한 수백 곳의 위치에 대해 상세한 지시와 위도·경도 좌표를 주었다. 프톨레마이오스의 시스템은 근거가 충분하지만 실제 사용되는 데이터는 매우 가변적인 품질로 많은 부정확성과 왜곡을 초래한다.[6][4]: 551–553 [7] 직선 거리 및 방향을 추정할 때의 어려움과 별개로, 이 중 가장 중요한 것은 경도의 차이에 대한 체계적 과대 추정이다. 따라서 프톨레마이오스의 표에서 지브롤터와 시돈의 경도 차이는 59° 40'으로, 현대적 가치인 40° 23'에 비해 약 48%가 너무 높다. Luccio(2013)는 이러한 불일치를 분석했으며, 에라토스테네스가 제공한 지구 크기 추정치보다 훨씬 더 작은 추정치를 700도가 아닌 500개의 스테디아(Eratosthenes는 학위를 사용하지 않았을 것이지만)로 사용함으로써 오류의 많은 부분이 발생한다고 결론짓는다. 고전시대 경도의 천문학적 측정이 어려웠던 점을 감안할 때, 프톨레마이오스 값이 모두 아니라면 대부분 거리 측도에서 얻어 500값을 사용해 경도로 변환했을 것이다. 에라토스테네스의 결과는 프톨레마이오스보다 진가에 가깝다.[8]

고대 힌두 천문학자들은 구형의 지구를 가정하여 월식으로부터 경도를 결정하는 방법을 알고 있었다. 이 방법은 4세기 말 또는 5세기 초 CE의 것으로 추정되는 인도 천문학에 관한 산스크리트어 논문인 Sûrya Siddhanca에 설명되어 있다.[9] 위도는 현대의 우자인 아반테를 통과하는 자오선을 가리켰다. 이 자오선에 상대적인 위치는 길이나 시차의 관점에서 표현되었지만, 도로는 표현되지 않았으며, 이 때 인도에서는 사용되지 않았다. 실제로 이 방법이 실제 사용됐는지는 분명하지 않다.

이슬람 학자들은 프톨레마이오스 지리를 아랍어로 처음 번역한 CE로부터 적어도 9세기부터 프톨레마이오스의 작품을 알고 있었다. 비록 그의 실수는 알려져 있지만, 그는 높이 평가되었다.[10] 그들의 발전 중 하나는 프톨레마이오스가 제공한 재료에 추가된 위도와 경도를 가진 지리적 위치의 테이블의 건설이었고, 경우에 따라 개선되었다.[11] 대부분의 경우, 경도를 결정하는 데 사용되는 방법은 주어지지 않지만, 세부적인 내용을 제시하는 몇 가지 계정은 있다. 901년 두 곳의 월식 두 개를 동시에 관측한 결과, 안타키야와 라크카를 비교한 알 바타냐에 의해 기록되었다. 이로써 두 도시 간 경도 차이는 1° 미만의 오차로 판별할 수 있었다. 이는 당시 이용 가능한 방법, 즉 육안으로 일식을 관측하고 아스트롤라베를 사용하여 적절한 "클록 별"[12][13]의 고도를 측정하는 현지 시간을 결정하는 방법으로 달성할 수 있는 최선의 것으로 간주된다. CE 11세기 초 알부루니도 일식 데이터를 사용하였으나 초기 형태의 삼각측량을 수반하는 대체 방법을 개발하였다. 경도와 위도가 모두 다른 두 위치의 경우, 위도와 그 사이의 거리가 지구 크기뿐만 아니라 알려져 있다면 경도의 차이를 계산할 수 있다. 이 방법을 통해 알-바브룬은 서로 다른 두 경로에 걸쳐 여행자의 거리 추정치를 사용하여 바그다드와 가즈니 사이의 경도 차이를 추정했다(그리고 도로의 비뚤어진 부분에 대해 다소 자의적으로 조정). 두 도시의 경도 차이에 대한 그의 결과는 현대적 가치와 약 1° 차이가 난다.[14] Mercier(1992)는 이것이 프톨레마이오스에 비해 상당히 개선된 것이며, 17세기 유럽에서는 이에 견줄 만한 정확도 향상이 일어나지 않을 것이라고 지적한다.[14]: 188

프톨레마이오스(그리고 더 일반적으로 그리스 과학과 철학에 관한 것)에 대한 지식이 이슬람 세계에서 성장하고 있는 반면, 유럽에서는 감소하고 있었다. 존 커틀랜드 라이트(1925년)의 요약은 암울하다. "우리는 1100년 이전에 [유럽에서] 기독교 시대의 수학적 지리를 넘겨줄지도 모른다. 어떤 발견도 이루어지지 않았고, 오래된 발견의 결과를 적용하려는 시도도 없었다." 프톨레마이오스는 잊혀졌고 이 분야에서 아랍인들의 노동력은 아직 알려지지 않았다."[15]: 65 모든 것을 잃거나 잊어버린 것은 아니다; 그의 드나투룸 루럼 속의 베데는 지구의 극성을 단련시킨다. 그러나 그의 주장은 플리니에서 따온 아리스토텔레스의 주장이다. Bede는 독창적인 것을 덧붙이지 않는다.[16][17] 후기 중세 시대에는 더 많은 주목이 있다. 라이트(1923년)는 이탈리아 말번 월식(1094년 10월 19일)의 월식이 동 트기 직전에 일어난 이야기를 인용한다. 그는 영국으로 돌아오면서 다른 승려들과 노트를 비교해 그들이 관찰한 시간을 정립했는데, 그 시간은 자정 전이었다. 그 비교는 너무 무심해서 경도 차이를 측정할 수 없었지만, 그 계정은 그 원리가 여전히 이해되고 있었음을 보여준다.[18]: 81 12세기에는 톨레도의 알 자르카알의 작품을 바탕으로 여러 유럽 도시에 천문표가 마련되었다. 이것들은 각 도시의 자오선에 적응해야 했고, 톨레도, 마르세유, 그리고 하이포드 사이의 경도 차이를 정립하기 위해 1178년 9월 12일의 월식이 사용되었다고 기록되어 있다.[18]: 85 또한 Hereford 표에는 70개가 넘는 장소들의 목록이 추가되었는데, 이슬람 세계의 많은 곳들이 그들의 위도와 위도를 가지고 있다. 이것들은 프톨레마이오스의 유사한 표에서 큰 향상을 나타낸다. 예를 들어, 세우타와 타이어의 경도는 현대적 가치인 40.5°에 비해 49°의 차이가 나는 8°와 57°(카나리아 제도 자오선의 동쪽)로 주어진다.[18]: 87–88 일반적으로 나중에 중세 시대 지리에 관심의 증가, 그리고 의지를 관찰하기 위해, 여행(순례와 십자군 전쟁 등)에서 스페인과 북한 Africa[19][20]로 중세의 기간, 프톨레마이오스의 wo의 끝에서 접촉에서 증가와 이슬람 소식통의 가용성에 의해 자극되는 것이 특징이다.rk beca14세기 후반과 15세기 초반에 플로렌스에서 만들어진 번역본으로 바로 구할 수 있다.[21]

15세기와 16세기는 포르투갈과 스페인의 발견과 정복의 항해 시간이었다. 특히 유럽인들이 신대륙에 도착한 것은 그들이 실제로 어디에 있는가에 대한 질문으로 이어졌다. 크리스토퍼 콜럼버스는 그의 경도를 발견하기 위해 월식을 두 번 시도했다. 첫 번째는 그의 두 번째 항해 동안 현재 도미니카 공화국에 있는 소나 섬에 있었다. 그는 다음과 같이 썼다: "1494년에 내가 에스파뇰라 섬(즉 히스파니올라 섬)의 동쪽 끝에 서 있는 사오나 섬에 있을 때, 9월 14일에 월식이 있었는데, 거기서 [사오나]와 케이프S의 차이가 5시간 반 이상 나는 것을 알아챘다.빈센트, 포르투갈에서"[22] 그는 유럽에서의 관측과 비교할 수 없었고, 참고용으로 천문표를 사용했을 것으로 추정된다. 두 번째는 1504년 2월 29일(그의 네 번째 항해 중) 자메이카 북쪽 해안에 있었다. 그의 경도 결정은 각각 13도 와 38도 와의 큰 오차를 보였다.[23] 랜들스(1985)는 1514년과 1627년 사이에 미국과 아시아에서 포르투갈인과 스페인인에 의한 경도 측정을 문서화한다. 오류의 범위는 2~25°[24]였습니다.

망원경과 시계

존 플램스티드벽화 호. 그 망원경은 반지름이 약 2미터인 틀에 장착되었다. 그것은 자오선에 맞춰진 벽에 붙어 있었다. 랙워크와 마이크로미터가 표시되지[25] 않음

1608년 네덜란드 정부에 굴절 망원경에 대한 특허가 제출되었다. 이 아이디어는 다음 에 그의 첫 망원경을 만든 갈릴레오에 의해 선택되었고 목성의 위성, 금성의 위상, 은하수의 해상도를 개별 별에 포함하는 일련의 천문학적인 발견을 시작했다. 다음 반세기에 걸쳐 광학 개선과 위치 조정을 위한 보정된 마운트, 광학 그리드 및 마이크로미터의 사용은 망원경을 관측 장치에서 정확한 측정 도구로 변형시켰다.[26][27][28][29] 그것은 또한 경도를 결정하기 위해 관찰될 수 있는 사건의 범위를 크게 증가시켰다.

경도 결정을 위한 두 번째 중요한 기술적 발전은 1657년 Christiaan Huygens에 의해 특허를 받은 진자 시계였다.[30] 이것은 이전의 기계식 시계보다 약 30배의 정확도를 증가시켰다 – 최고의 진자 시계는 하루에 약 10초로 정확했다.[31] 처음부터, Huygens는 그의 시계를 바다에서 경도를 결정하는 데 사용되도록 의도했다.[32][33] 그러나 진자시계는 배의 움직임을 충분히 잘 견디지 못했고, 일련의 시험 끝에 다른 접근법이 필요하다는 결론이 내려졌다. 진자시계의 미래는 육지에 있을 것이다. 망원경 기구와 함께, 그들은 향후 몇 년 안에 관측 천문학 및 지도 제작에 혁명을 일으킬 것이다.[34] 또한 Huygens는 작업 시계에서 밸런스 스프링을 발진기로 가장 먼저 사용했으며, 이를 통해 정확한 휴대용 시계가 만들어질 수 있었다. 그러나 그런 시계는 존 해리슨의 작업이 끝난 뒤에야 해양 크로노미터로 사용될 수 있을 만큼 정확해졌다.[35]

경도 결정 방법

위치(예: 그리니치)에 대한 상대 경도는 태양의 위치와 기준 시간(예: UTC/GMT)으로 계산할 수 있다.

망원경과 정확한 시계의 발달은 경도를 결정하는 데 사용될 수 있는 방법의 범위를 증가시켰다. 하나의 예외(자성분열)를 제외하고는 모두 공통 원리에 의존하는데, 그것은 사건이나 측정으로부터 절대적인 시간을 결정하고 두 개의 다른 위치에서 대응하는 현지 시간을 비교하는 것이었다. (절대 여기서 절대 시간은 지구상의 어느 곳에서도 관찰자에게 동일한 시간을 가리킨다.) 국지 시간의 각 시간은 경도의 15도 변화(360도를 24시간으로 나눈 값)에 해당한다.

1793년의 교통 기구

국지 정오는 태양이 하늘에서 가장 높은 지점에 있는 시간으로 정의된다. 이것은 직접적으로 결정하기 어렵다. 왜냐하면 태양의 겉보기 운동은 정오에 거의 수평이기 때문이다. 통상적인 접근법은 태양이 같은 고도에 있는 두 번의 중간 지점을 택하는 것이었다. 막힘 없는 지평선으로 일출과 일몰 사이의 중간 지점을 이용할 수 있었다.[36] 야간 현지 시간은 천극 주위의 항성의 겉보기 회전을 통해 얻을 수 있으며, 육분의 항성을 가진 적합한 항성의 고도를 측정하거나, 중계 기구를 사용하여 자오선을 가로지르는 항성의 이동을 측정할 수 있다.[37]

절대 시간의 척도를 결정하기 위해 월식은 계속 사용되었다. 제안된 다른 방법은 다음과 같다.

달 거리

달거리는 적당한 별과 달 사이의 각이다. 점선은 알데바란과 달 사이의 거리를 5시간 간격으로 보여준다. 달은 축척하지 않는다.

아메리고 베스푸치가 1499년 자신이 관찰한 내용을 참고해 서한에서 처음 제안한 제안서다.[38][39] 이 방법은 1514년 요하네스 베르너에 의해 출판되었고,[40] 1524년 페트루스 아피아누스에 의해 자세히 논의되었다.[41] 방법은 '고정' 별에 상대적인 달의 움직임에 따라 달라지는데, 평균 27.3일(음월)에 360° 회로를 완성해 관측된 이동 시간이 0.5°/h를 조금 넘는 것으로 나타났다. 따라서 달과 선택된 별 사이의 각도에서 호(1/30°)의 2분 차이가 적도 경도의 1° 차이(110km)에 해당하므로 각도의 정확한 측정이 필요하다.[42] 이 방법에는 시차 및 달 궤도의 다양한 불규칙의 근원을 고려해야 했기 때문에 시공하기가 복잡한 정확한 표도 필요했다. 측정기도 천문표도 16세기 초에는 충분히 정확하지 않았다. 베스푸치는 이 방법을 사용하려다 카디즈 서쪽 82°에 이르렀는데, 당시 그는 브라질 북쪽 해안에 위치한 카디즈 서쪽 40°에도 불구하고 카디즈 서쪽 82°에 머물렀다.[38]

목성의 위성

1612년 목성의 가장 밝은 네 개의 위성(Io, Europa, Ganymede, Callisto)의 궤도 주기를 결정한 갈릴레오는 궤도에 대한 충분한 정확한 지식으로 그들의 위치를 보편적인 시계로서 사용할 수 있게 하여 경도의 결정을 가능하게 할 것이라고 제안했다. 그는 여생 동안 이 문제를 틈틈이 연구했다

A brass telescope attached to rectangular goggles connected to a candle-holder and some intricate sights to look through.
갈릴레오의 셀라톤(2013년 복제품).

그 방법은 달이 육안으로 보이지 않기 때문에 망원경이 필요했다. 해상 항해에 사용하기 위해, 갈릴레오는 우주선에 있는 관측자의 움직임을 수용하기 위해 망원경이 장착된 헬멧 형태의 장치인 셀라톤을 제안했다.[43] 이것은 나중에 기름통에 의해 분리된 한 쌍의 반구 포탄으로 대체되었다. 이것은 배가 그의 으로 굴러갈 때, 김볼로 된 플랫폼처럼 관찰자가 정지해 있을 수 있는 플랫폼을 제공할 것이다. 관측된 달의 위치에서 시간을 결정하기 위해 조빌라베가 제공되었는데, 이것은 그 위치에서 시간을 계산한 아날로그 컴퓨터였고 아스트롤라베와 유사함에서 이름을 얻었다.[44] 실제적인 문제들이 심각했고 그 방법은 바다에서 사용된 적이 없었다.

육지에서는 이 방법이 유용하고 정확하다는 것이 증명되었다. 초기 예는 Hven 섬에 있는 Tycho Brahe의 옛 천문대 장소의 경도 측정이었다. 1671년과 1672년에 파리의 Hven과 CassiniJean Picard는 관측을 하였고, 파리에서 동쪽으로 42분 10초(시간)의 값을 얻었는데, 이는 10° 32' 30"에 해당하며, 약 12분 정도의 호(1/5°)를 얻었다. 현대의 가치보다 더 [45]높은

부칙과 신비

제안된 두 가지 방법은 달과 별이나 행성의 상대적인 움직임에 따라 달라진다. 부시는 두 물체 사이의 가장 눈에 잘 띄지 않는 거리로, 별이나 행성이 달의 뒤를 지나갈 때 발생하는데, 이는 본질적으로 일식의 일종이다. 이 두 사건 중 어느 한 사건의 시간은 월식과 같은 방식으로 절대 시간의 척도로 사용될 수 있다. 에드몽 핼리는 1680년 별 알데바란(불의 눈, 타우루스자리에서 가장 밝은 별)의 관측을 이용해 인도의 발라소레 경도를 결정하기 위해 이 방법을 사용했으며 오차는 반도가 조금 넘는다고 설명했다.[46] 그는 1717년에 그 방법에 대한 좀 더 자세한 설명을 발표했다.[47] 1714년 제임스 파운드(James Pound)[48]는 행성 목성의 신비화를 이용한 경도 결정을 기술했다.

크로노미터

1530년 경도를 결정하기 위해 시계를 가지고 여행하는 것을 처음으로 제안한 것은 네덜란드 출신의 의사, 수학자, 지도제작자, 철학자, 악기 제작자인 젬마 프리시우스였다. 시계는 경도가 알려진 출발점의 현지 시간으로 설정되며, 다른 곳의 경도는 시계 시간과 비교하여 결정할 수 있다.[49][50]: 259 그 방법은 완벽하게 건전하고, 부분적으로 최근의 기계 시계의 정확성 향상으로 자극을 받은 반면, 여전히 프리시우스 시대에 이용 가능한 것보다 훨씬 더 정확한 시간 보관이 필요하다. 크로노미터라는 용어는 다음 세기까지 사용되지 않았으며,[51] 이것이 바다에서 경도를 결정하는 표준 방법이 되기까지는 2세기가 넘었을 것이다.[52]

자기분열

이 방법은 나침반 바늘이 정확히 북쪽의 일반적인 지점에 있지 않다는 관찰에 근거한다. 진정한 북방과 나침반 바늘(자성 북방)의 방향 사이의 각도를 자석 열화 또는 변화라고 하며, 그 값은 장소마다 다르다. 몇몇 작가들은 자기분열의 크기가 경도를 결정하는 데 사용될 수 있다고 제안했다. 메르카토르는 자성 북극이 아조레스의 경도에 있는 섬이라고 제안했는데, 당시 자성 열화는 0에 가까웠다. 아이디어들은 미치엘 코인넷항해술에서 지지를 받았다.[50]

핼리는 핑크 파라무어 항해를 하는 동안 자기 변동에 대한 광범위한 연구를 했다. 그는 1701년에 이소곤 - 동일한 자기분열의 선 -을 보여주는 첫 번째 차트를 발표했다.[53] 이 차트의 목적 중 하나는 경도를 결정하는 데 도움을 주는 것이었지만, 시간이 지남에 따라 자석 열화의 변화가 너무 크고 너무 신뢰할 수 없어 항법의 근거를 제공하지 못하는 것으로 판명되어 결국 그 방법은 실패하게 되었다.

육지와 바다

현대적인 윤곽 지도(파란색)가 허먼 몰의 1719년 세계 지도에 겹쳤다. 남미의 남부는 몰의 지도상 서쪽이 훨씬 멀지만, 아메리카의 서쪽 해안은 일반적으로 경도 3° 이내가 된다.

육지와 바다의 경도 측정은 서로를 보완했다. 1717년 에드먼드 할리가 지적한 바와 같이, "하지만 배가 정확히 어떤 경도를 가지고 있는지 조사할 필요가 없기 때문에, 그녀가 묶인 항구의 경도를 아직 알 수 없을 때, 지구의 왕자들이 각각 자신의 영토인 항구와 주요 머리땅에서 그러한 관측을 하기를 희망해야 했다. 모든 사람이 진정으로 육지와 바다의 한계에 도달하는 것처럼, 소유하다.[47] 그러나 육지와 바다의 경도의 결정은 병행하여 발전하지 않았다.

육지에서는 망원경과 진자시계의 발달로부터 18세기 중반까지 경도가 합리적인 정확도로 결정된 장소의 수가 꾸준히 증가하여 종종 1도 이하의 오차가 발생하며 거의 항상 2-3° 이내였다. 1720년대까지 오류는 일관되게 1°[54] 미만이었다.

같은 기간 해상에서는 상황이 많이 달랐다. 두 가지 문제가 난해한 것으로 판명되었다. 첫 번째는 즉각적인 결과가 필요하다는 것이었다. 육지에서, 예를 들어, 케임브리지 매사추세츠 대학의 천문학자는 캠브리지와 런던 모두에서 볼 수 있는 다음 월식을 기다릴 수 있고, 일식 전 며칠 동안 진자 시계를 현지 시간으로 설정할 수 있고, 일식의 사건들을 시간을 맞출 수 있으며, 자세한 정보를 대서양을 가로질러 보내고, 그 결과를 론도와 비교하기 위해 몇 주 또는 몇 달을 기다릴 수 있다.비슷한 관찰을 한 동료 n명, 케임브리지의 경도를 계산한 다음, 일식 1~2년 후에 결과를 공표를 위해 보낸다.[55] 그리고 만약 케임브리지나 런던이 구름 때문에 시야가 확보되지 않았다면 다음 월식을 기다리세요. 해상 항해사는 그 결과가 빨리 필요했다. 두 번째 문제는 해양 환경이었다. 바다에서 정확한 관측을 하는 것은 육지보다 훨씬 어렵고 진자시계는 이러한 조건에서 잘 작동하지 않는다. 따라서 해상의 경도는 육지의 경도 결정이 점점 정확해지고 있는 시점에 알려진 출발 위치에서 속도와 항로의 추정치를 사용하여 사산(DR)으로부터만 추정할 수 있었다.

자신의 위치를 정확히 알지 못하는 문제를 피하기 위해 항해자들은 가능한 한 위도에 대한 지식을 활용하는 데 의존해왔다. 그들은 목적지의 위도로 항해하고, 목적지를 향해 돌아서서 일정한 위도선을 따라갔다. 이것은 서행(서행하면 서행, 동행하면 동행)이라고 알려져 있었다.[56] 이로 인해 배는 가장 직접적인 경로(큰)나 가장 유리한 바람과 해류를 가진 항로를 택하지 못하게 되어 항해 기간을 며칠 또는 심지어 몇 주까지 연장했다. 이것은 배급을 짧게 할 가능성을 증가시켰고,[57] 이것은 괴혈병이나 기아로 인한 승무원의 건강 악화나 심지어 사망으로 이어질 수 있고, 그로 인해 선박에 대한 위험이 있다.

1741년 4월에 비참한 결과를 가져온 유명한 경도 오류가 발생했다. HMS 센츄리온 지휘관 조지 앤슨케이프 혼을 동쪽에서 서쪽으로 돌고 있었다. 곶을 지나 자신이 북쪽으로 향했다고 믿은 그는 곧장 앞에 있는 땅을 찾았다. 특히 강한 동류로 인해 그는 죽은 듯이 날뛰는 자세의 동쪽에 잘 도달해 있었고, 며칠 동안 서향의 항로를 다시 시작해야 했다. 마침내 혼 강을 지나 후안 페르난데스 제도로 북상하여 물자를 공급하고 선원들을 구해주려고 하였는데, 이들 중 다수는 괴혈병에 걸렸다. 후안 페르난데스 위도에 도달했을 때, 그는 그 섬들이 동쪽에 있는지 서쪽에 있는지 몰랐고, 10일을 항해하다가 마침내 그 섬들에 도달했다. 이 기간 동안 그 배의 회사 중 절반 이상이 괴혈병으로 죽었다.[35][58]

정부 이니셔티브

항해 문제에 대응하여, 많은 유럽의 해양 강국들은 바다에서 경도를 결정하는 방법에 대해 상품을 제공했다. 스페인은 1567년에 해결책에 대한 보상을 제공하는 최초의 국가였으며, 이것은 1598년에 영구 연금으로 증액되었다. 네덜란드는 17세기 초에 3만개의 플로린을 제공했다. 이 상들 중 어느 것도 해결책을 제시하지 못했다.[59]: 9

프랑스의 지도는 1684년에 아카데미에 제시되어, 새로운 조사(무거운, 음영으로 음영 처리된 윤곽)에 비해 이전 지도(샌슨, 밝은 윤곽)의 윤곽을 보여준다.

17세기 후반에는 두 개의 관측소가 설립되었는데, 하나는 파리에 있고 다른 하나는 런던에 있었다. 파리 천문대는 1667년 프랑스 아카데미에 데 사이언스의 오프샷으로 설립된 최초의 천문대였다. 파리 남쪽의 전망대 건물은 1672년에 완공되었다.[60] 초기 천문학자들은 장 피카르, 크리스티안 후이겐스, 도미니크 카시니를 포함했다.[61]: 165–177 천문대는 어떤 특정한 프로젝트를 위해 설치되지 않았지만, 곧 1744년 아카데미 최초의 프랑스 지도에 (전쟁과 동정심 없는 부처로 인해 많은 지연을 겪은 후) 이끈 프랑스에 대한 조사에 참여하게 되었다. 이 조사는 삼각측량 및 천문 관측의 조합을 사용했으며 목성의 위성은 경도를 결정하는 데 사용되었다. 1684년까지 프랑스의 이전 지도들이 서쪽까지 너무 멀리 대서양 연안을 보여주는 중대한 경도 오차를 가지고 있음을 보여주는 충분한 자료를 입수했다. 사실 프랑스는 이전에 생각했던 것보다 실질적으로 규모가 작은 것으로 밝혀졌다.[62][63]

런던 동쪽에 있는 왕립 천문대 그리니치(Greenwich)는 몇 년 후인 1675년에 설치되었고, 경도 문제를 해결하기 위해 명시적으로 설치되었다.[64] 최초의 천문학자 로얄(John Flamsteed)은 "항행의 기술을 완벽히 하기 위해 하늘의 움직임과 고정된 별들의 위치를 바로잡는 데 최대한의 주의와 성실하게 자신을 적용하라"는 지시를 받았다.[65]: 268 [29] 초기 작품은 별과 그 위치를 분류하는 데 있었고, 플람스테드는 3,310개의 별을 분류하는 카탈로그를 만들었고, 이는 향후 작업의 기초를 형성했다.[65]: 277

Flamsteed의 카탈로그는 중요했지만, 그 자체로는 해결책을 제공하지 못했다. 1714년, 영국 의회는 "해상에서의 경도를 발견하기 위한 그러한 사람이나 사람에 대한 공적 보상을 제공하는 법률"을 통과시켰고, 상을 관리하기 위해 이사회를 설립했다. 보상은 방법의 정확도에 따라 달라졌다.[66] 위도 1도 이내 정확도는 1만 파운드(2019년 145만6000파운드)에서 적도 60해리 이내 정확도는 2만 파운드(2019년 291만2000파운드)까지.[66][59]: 9

이 상은 적절한 시기에 두 가지 실행 가능한 해결책을 제시하였다. 첫 번째는 달의 거리였고, 그것은 세심한 관찰과 정확한 표, 그리고 다소 긴 계산을 필요로 했다. 토바이어스 메이어는 달에 대한 자신의 관측에 기초하여 표를 만들어 1755년 위원회에 제출하였다. 이러한 관찰은 필요한 장시간의 계산(최대 4시간)이 일상적 사용에 장애가 되긴 했지만 필요한 정확도를 제공하는 것으로 밝혀졌다. 메이어의 미망인은 적절한 시기에 이사회에서 상을 받았다.[67] 경도 위원회에 새로 임명된 천문학자 로얄은 마이어의 탁자로 시작했으며, 달 거리 방법을 시험하는 바다에서 실험을 한 후, 바다에서 경도를 찾을 목적으로 공식 항해 연감에서 미리 계산된 달 거리 예측의 연간 발행을 제안했다. 달 거리 방법에 매우 열성적인 매스클라이네와 그의 컴퓨터 팀은 1766년까지 열렬히 일하면서 새로운 노티컬 연감과 천문 에페메리스의 표를 준비했다. 1767년 자료로 먼저 발간된 이 자료에는 태양, 달, 행성의 위치 및 기타 천문학적 자료의 일일 표와 더불어 태양으로부터 달의 거리를 알려주는 달거리 표와 달 관측에 적합한 별 9개(초기 몇 년 동안 별 10개)가 수록됐다.[68][69][70] 이 출판물은 후에 전세계 선원들의 표준 연감이 되었다. 왕립 천문대에 기반을 두고 있었기 때문에, 1세기 후 그리니치 메르디안을 국제 표준으로 채택하는 데 도움이 되었다.

제레미 태커의 크로노미터

두 번째 방법은 크로노미터의 사용이었다. 아이작 뉴턴을 포함한 많은 사람들은 요구되는 정확도의 시계가 개발될 수 있다고 비관했다. 경도의 정도는 4분의 시간과 맞먹기 때문에 필요한 정확도는 하루에 몇 초이다.[71] 그때는 움직이는 배의 조건을 받으면서도 이렇게 정확한 시간을 유지하는 데 근접할 수 있는 시계가 없었다. 요크셔의 목수 겸 시계 제작자인 존 해리슨은 그것이 가능하다고 믿었고, 그것을 증명하는 데 30년이 넘는 시간을 보냈다.[59]: 14–27

해리슨은 5개의 크로노미터를 만들었고, 그 중 2개는 바다에서 테스트되었다. 그의 첫 번째인 H-1은 경도 위원회가 요구한 조건 하에서 시험되지 않았다. 대신 해군에서는 리스본으로 갔다가 돌아오도록 했다. 외항에서는 상당한 시간을 허비했지만, 귀항에서는 뛰어난 활약을 펼쳤는데, 이는 정식 재판에는 포함되지 않았다. 해리슨의 완벽주의자는 그가 서인도 제도(그리고 어떤 경우에도 그것은 서비스 이용에 너무 크고 비실용적이라고 여겨졌다)에 필요한 재판에 그것을 보내는 것을 막았다. 대신 H-2 건설에 착수했다. 이 크로노미터는 결코 바다에 가지 않았고, 즉시 H-3가 뒤따랐다. H-3호를 건설하는 동안 해리슨은 리스본 외항에서의 H-1호의 시간 손실은 영국 해협을 봉쇄하는 동안 배가 들어올 때마다 메커니즘이 시간을 잃었기 때문이라는 것을 깨달았다. 해리슨은 H-4를 제작했는데, H-4는 완전히 다른 메커니즘으로 해시 시험과 경도상 요구 조건을 모두 만족시켰다. 그러나, 그는 이사회에서 상을 받지 못했고, 결국 의회의[59]: 26 개입 후인 1773년에 급여를 받으면서, 그의 보상을 위해 싸워야 했다.

프랑스인들도 경도 문제에 관심이 많았고, 특히 1748년 이후 아카데미에서는 제안서를 검토하고 상금을 제공하기도 했다.[72]: 160 처음에 심사원들은 크로노미터의 아이디어에 반대했던 천문학자 피에르 부구에 의해 지배되었지만, 1758년 그가 죽은 후 천문학적인 접근과 기계적인 접근 둘 다 고려되었다. 페르디난드 베르투드피에르 로이 두 시계 제조업자가 우세했다. 1767년에서 1772년 사이에 네 번의 바다 실험이 진행되어 다양한 시간 유지자뿐만 아니라 달 거리도 평가하였다. 실험이 진행됨에 따라 두 가지 접근방식의 결과는 꾸준히 개선되었으며, 두 가지 방법 모두 항법에서 사용하기에 적합한 것으로 간주되었다. [72]: 163–174

달 거리 대 시간계

비록 크로노미터와 달 거리 모두 경도를 결정하기 위한 실용적인 방법인 것으로 밝혀졌지만, 그것은 어느 정도 전에 널리 사용되었다. 초기에는 크로노미터가 매우 비쌌고, 이를 단순화하기 위한 마스켈리네의 작업에도 불구하고 달거리에 필요한 계산은 여전히 복잡하고 시간이 많이 소요되었다. 두 방법 모두 처음에는 주로 전문 과학적인 항해와 측량 항해에 사용되었다. 선박의 항해일지 및 항해 매뉴얼의 증거에 따르면 1780년대부터 일반 항해사들이 달거리를 사용하기 시작했으며, 1790년 이후에는 일반 항해사들이 달거리를 이용하기 시작했다.[73]

크로노미터는 해상의 선박 조건을 다룰 수 있지만, 예를 들어 미국 북서부 등 육지에 근거한 탐사 및 측량이라는 혹독한 조건에 취약할 수 있으며, 달 거리는 데이비드 톰슨과 같은 측량사가 주로 사용하는 방법이었다.[74] 1793년 1월과 5월 사이에 그는 서스캐처원 컴벌랜드 하우스에서 34개의 관측을 취하여 현대적 가치에서 동쪽으로 약 2.2km 떨어진 102° 12' W의 평균값을 얻었다.[75] 34개의 관측치 각각은 약 3시간의 계산이 필요했을 것이다. 이러한 달 거리 계산은 1805년 호세프 멘도자 리오스에 의한 해버신 방법을 사용한 표의 발행과 함께 상당히 단순해졌다.[76]

크로노미터 사용의 장점은 현지 시간을 정립하기 위해 여전히 천문 관측치가 필요하지만 관측치가 단순하고 정확성이 덜 요구된다는 것이었다. 일단 현지 시간이 설정되고, 크로노미터 시간에 필요한 보정이 이루어지면, 경도를 얻기 위한 계산은 간단했다. 이 방법에 대한 현대적 가이드는 1794년 윌리엄 웨일스에 의해 출판되었다.[77] 크로노미터가 양적으로 만들어지기 시작하면서 점차 원가의 단점이 줄어들었다. 사용된 크로노미터는 해리슨의 것이 아니었다. 봄 멈춤쇠 탈출,[78] 크로노미터 설계와 생산을 단순화시킨 다른 메이커들, 특히 토마스 어니쇼. 1800년부터 1850년까지, 크로노미터가 더 저렴하고 신뢰할 수 있게 되면서, 그들은 점점 달 거리 방법을 바꾸었다.

포트 링컨을 포함한 남부 오스트레일리아의 일부를 보여주는 1814 차트. 플린더스의 1801-2 조사 기준

크로노미터는 수시로 점검하고 재설정할 필요가 있었다. 경도가 알려진 장소들 사이의 짧은 항해에서 이것은 문제가 되지 않았다. 더 긴 여행, 특히 조사와 탐사에 있어서 천문학적인 방법은 계속해서 중요했다. 조사 작업에서 크로노미터와 루나르가 서로를 보완하는 방법의 예는 매튜 플린더스가 1801-3년에 호주를 순회한 것이다. 남부 해안을 조사하던 플린더스는 조지 밴쿠버의 이전 조사에서 알려진 장소인 킹 조지 사운드에서 출발했다. 그는 남해안을 따라 이동하며, 연대기계를 사용하여 지형도의 경도를 측정했다. 포트 링컨이라는 이름을 가진 만(灣)에 도착한 그는 해안 관측소를 설치했고, 30여 세트의 달거리에서 경도를 측정했다. 그리고 나서 그는 크로노미터 오차를 결정하고, 간섭하는 위치의 모든 경도를 다시 계산했다.[79]

배들은 종종 둘 이상의 연대표를 실었다. 2개는 이중 모듈형 이중화를 제공하여 작업을 중단해야 할 경우 백업을 허용하지만, 두 크로노미터가 서로 다른 시간을 표시하면 오류 수정을 허용하지 않는다. 왜냐하면 두 크로노미터가 서로 모순되는 경우, 어떤 것이 잘못되었는지 알 수 없기 때문이다(획득한 오류 검출은 하나의 크로노메일을 갖는 것과 동일할 것이다).매일 정오에 사산(死産)에 대비하여 정기적으로 점검한다. 3개의 크로노미터는 3개의 모듈식 중복성을 제공하여 3개 중 1개가 틀리면 오류 교정이 가능하므로 조종사는 더 가까운 판독값(평균 정밀도표)으로 2개의 평균을 취하게 된다. 이런 취지의 옛 격언이 있는데, "두 개의 연대기계를 가지고 바다에 가지 말고, 한 개 또는 세 개를 가져가라"[80]는 것이다. 일부 선박은 세 개 이상의 크로노미터를 운반했다. 예를 들어, HMS 비글22개의 크로노미터를 운반했다.[81]

1850년까지, 전 세계의 바다를 항해하는 항해사들의 대부분은 달 거리의 방법을 사용하는 것을 중단했다. 그럼에도 불구하고, 전문 항해사들은 1905년까지 루나르를 계속 배웠지만, 대부분의 경우 이것은 특정 면허의 요건이었기 때문에 교과서적인 연습이었다. 리틀할레스는 1909년 "달거리 테이블은 프랑스 공식 에페메리스에서 131년간 자리를 유지한 후 1905년 영국 해경 연감에서 제외됐다"고 지적했다. 테이블이 발표됐다."[82]

토지측량 및 전보

토지에 대한 측량에서는 삼각측량법과 천문학적 방법이 혼합되어 계속 사용되었는데, 이 방법에는 크로노미터가 일단 쉽게 사용 가능하게 되면 그 사용이 추가되었다. 토지 측량에서 크로노미터의 초기 사용은 1846년 시메온 보든에 의해 매사추세츠에 대한 그의 조사에서 보고되었다. 나다니엘 보우디치보스턴의회의 경도 값을 확인한 후, 는 피츠필드의 제1회 회합 교회의 경도를 결정하여 두 장소 사이의 13개 소풍에서 38개의 크로노미터를 수송했다.[83] 크로노미터는 또한 훨씬 더 먼 거리를 이동했다. 예를 들어 미 해안 조사,지만 그리니치 자오선으로 미국 조사에 닻을 내리는 천문대 매사추세츠 주 캠브리지의 경도가 더 정확한 결정을 얻기 위해 1849년과 1855년에 200여개 시계의 리버풀과 보스턴, 모르는 것의 항해에 수송되었고 원정 조직.[84]:5

최초의 작동 전신기는 1839년 휘트스톤과 쿡에 의해 영국에서, 그리고 1844년 모스에 의해 미국에 설립되었다. 전신을 사용하여 경도 결정을 위한 시간신호를 전송하는 아이디어는 1837년 프랑수아 아라고가 모스에게 제안했고,[85] 이 아이디어의 첫 번째 테스트는 캡틴에 의해 이루어졌다. 1844년 미 해군의 윌크스, 워싱턴과 볼티모어의 모스 라인 상공. 두 개의 크로노미터가 동기화되어, 두 개의 전신국에 가져가 테스트를 실시하고 시간이 정확하게 전송되었는지 점검했다.[86]

이 방법은 특히 미국 코스트 서베이(Coast Survey)에 의해 경도 결정에 곧 실용적으로 사용되었고, 전신 네트워크가 북미 전역으로 확산됨에 따라 더 길고 더 먼 거리에 걸쳐 사용하게 되었다. 많은 기술적 난제가 다루어졌다. 초기에는 작업자가 수동으로 신호를 전송하고 클릭을 위해 신호를 청취한 후 클록 체크와 비교하여 1초의 분율을 추정했다. 회로 차단 시계와 펜 레코더는 1849년에 이 과정을 자동화하기 위해 도입되어 정확성과 생산성이 모두 크게 향상되었다.[87]: 318–330 [88]: 98–107 1850년 퀘벡에 천문대가 설립되면서 에드워드 데이비드 아쉬의 지휘 아래 캐나다 동부를 대상으로 전신 경도 결정 네트워크가 실시되었고, 하버드, 시카고의 그것과 연계되었다.[89][90]

1896년 미국의 Telegraphic Net of Weights, 1896. 쇼트(1897년)의 데이터.[91] 점선은 대서양횡단전신의 두 연결고리를 캐나다를 경유하여 보여준다.

"경도의 텔레그래프 네트"로 크게 확대된 것은 1866년 S.W.아일랜드와 노바스코샤 사이의 대서양 횡단 전신 케이블이 성공적으로 완공되었기 때문이다.[84] 1870년 프랑스 브레스트에서 덱스베리 매사추세츠까지 케이블이 완성돼 다른 경로로 결과를 확인할 수 있는 기회를 줬다. 그 사이, 중계기를 없애는 등, 네트워크의 육지 기반 부분이 개선되었다. 그리니치와 케임브리지 매사추세츠주(州)[88]: 175 의 차이를 비교한 결과 0.01초의 측정값과 45피트에 해당하는 ±0.04초의 측정 오차가 나타났다. 1897년 그물을 합산한 찰스 쇼트는 미국 전역의 주요 위치들에 대한 표를 제시했는데, 그 위치들은 전보로 결정되었고 날짜와 쌍, 그리고 발생 가능한 오류들이 적혀 있었다.[91][92] 그물은 알래스카와 서부 캐나다로 전신으로 연결되어 미국 북서부 지역으로 확장되었다. 도슨 시, 유콘 시, 에그버트 시, 알래스카 포트, 시애틀밴쿠버 사이의 텔레그래픽 연계는 유콘 강을 건넌 141 자오선의 위치를 이중으로 결정하는 데 사용되었고, 따라서 1906–1908년[93][94] 동안 미국과 캐나다의 남북 국경 조사를 위한 출발점이 되었다.

1884년[95] 페루 파이타의 해상도 상세, 전신 경도 결정 표시

미 해군은 1874년부터 90년까지 네 차례의 탐험을 통해 서인도 제도 및 중남미 지역으로 웹을 확장했다. 일련의 관찰은 키 웨스트, 플로리다와 서인도 제도, 파나마 시를 연결시켰다.[96] 번째 장소는 브라질과 아르헨티나의 지역이었고 리스본을 거쳐 그리니치와도 연결되었다.[97] 세 번째는 텍사스 갤버스턴에서 파나마 등 멕시코와 중앙아메리카를 거쳐 페루와 칠레까지 이어져 코르도바를 거쳐 아르헨티나로 연결됐다.[95] 네 번째는 멕시코, 중앙아메리카, 서인도제도 등의 지역을 추가했고, 체인을 쿠라소, 베네수엘라까지 확장했다.[98]

그리니치 동쪽에서는 영국 천문학자 로얄인 조지 에어리 경이 감독한 1874년 금성 통과 관측의 일환으로 수에즈를 포함한 이집트의 위치를 전신으로 측정했다.[99][100] 마드라를 포함한 인도의 대삼각계 조사의 일환으로 이루어진 전신 관측은 1877년 아덴과 수에즈와 연결되었다.[101][100] 1875년, 동부 시베리아 블라디보스토크경도는 상트페테르부르크와의 전신 연결에 의해 결정되었다. 미 해군은 일본, 중국, 필리핀, 싱가포르를 거쳐 1882년에 이루어진 일련의 결정을 위해 수에즈, 마드라스, 블라디보스토크를 앵커 포인트로 삼았다.[102]

전신 웹은 1902년 오스트레일리아와 뉴질랜드가 올 레드 라인을 통해 캐나다로 연결되면서 지구 주위를 선회했다. 이를 통해 동서의 원위도를 이중으로 결정할 수 있었고, 원호(1/15초)에서 1초 이내에 합의하였다.[103]

이미 대부분 삼각측량이나 천문 관측을 이용해 자세히 조사했던 서유럽에서는 경도의 전신망이 덜 중요했다. 그러나 "아메리칸 메서드"는 유럽에서 사용되었는데, 예를 들어 그리니치 관측소와 파리 관측소 사이의 경도 차이를 이전보다 더 정확하게 결정하기 위한 일련의 측정에서 사용되었다.[104]

무선 메서

마르코니는 1897년 무선 전신 특허를 받았다.[105] 경도를 결정하기 위해 무선 시간 신호를 사용할 가능성이 곧 명백해졌다.[106]

무선전신은 경도의 전신망을 확장·정밀화하여 잠재적으로 더 큰 정확도를 부여하고, 유선전신망에 연결되지 않은 위치에 도달하는 데 사용되었다. 초기 결정은 1906년 포츠담과 160km 떨어진 독일의 브로켄사이에 있었다.[107] 1911년 프랑스는 튀니지의 920마일(1,480km) 거리인 파리비제르테의 경도 차이를 결정했고, 1913-14년 대서양 횡단 결정이 파리와 워싱턴 사이에 이루어졌다.[108]

노바스코샤의 핼리팩스에서 1907년에 처음으로 해상에서의 선박 사용에 대한 무선 시간 신호가 시작되었다.[109] 시간 신호는 1910년부터 파리 에펠탑에서 전송되었다.[110] 이 신호들은 항해자들이 그들의 크로노미터를 자주 확인하고 조정할 수 있게 했다.[111][112] 1912년 국제 회의는 전 세계의 다양한 무선국들이 그들의 신호를 전송할 수 있도록 시간을 할당하여 방송국들간의 간섭 없이 전 세계에 가까운 커버리지를 가능하게 했다.[110] 무선 시간 신호는 또한 현장의 육지 관측자, 특히 측량자와 탐험가들에 의해서도 사용되었다.[113]

무선 항법 시스템은 제2차 세계 대전 이후 일반적으로 사용되기 시작했다. 데카 네비게이터 시스템, 미국 해안 경비대 로란-C, 국제 오메가 시스템, 소련 알파CHAYKA 등 여러 시스템이 개발됐다. 그 시스템은 모두 고정된 항법 비컨으로부터의 전송에 의존했다. 선상 수신기는 이러한 전송에서 선박의 위치를 계산했다.[114] 이들 시스템은 가시성이 떨어져 천문 관측을 할 수 없을 때 가장 먼저 정확한 항해를 허용한 것으로, 1990년대 초 위성 기반 항법 시스템이 도입되기 전까지 상업적 선박 운송의 확립된 방법이 되었다.

1908년 니콜라 테슬라는 다음과 같이 예측했었다.

밤의 가장 밀도가 높은 안개나 어둠 속에서 나침반이나 다른 방향 기구, 또는 계시록 없이, 가장 짧은 또는 교정치료를 따라 선박을 안내하여 위도와 경도, 시간, 어느 지점으로부터의 거리, 그리고 진정한 속도와 이동 방향을 즉각적으로 읽을 수 있도록 할 수 있을 것이다.[115]

그의 예측은 부분적으로 라디오 네비게이션 시스템, 그리고 GPS를 기반으로 한 현대적인 컴퓨터 시스템으로 이루어졌다.

참고 항목

참조

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