John Harrison, il falegname che inventò il cronometro marino e perse cinque secondi in 81 giorni a Giamaica

Per duecento anni la navigazione transoceanica europea ebbe un problema irrisolto: una volta perso di vista la costa, era possibile calcolare la latitudine osservando il sole a mezzogiorno, ma non c'era modo di sapere quanto si fosse spostati in longitudine. Le rotte erano approssimative, i naufragi sui banchi di scogli frequentissimi. Nel solo 1707 una flotta dell'ammiraglio inglese Sir Cloudesley Shovell si schiantò sulle isole Scilly per un errore di longitudine, perdendo quattro navi e 1.500 uomini. Sette anni dopo, nel 1714, il Parlamento britannico istituì il Longitude Act e promise una ricompensa di 20.000 sterline (oggi diversi milioni di euro) a chi avesse trovato un metodo affidabile. Il problema fu risolto da un falegname autodidatta dello Yorkshire di nome John Harrison.

Il principio è semplice. Costruirlo, no

La longitudine si calcola conoscendo la differenza fra l'ora locale (misurabile osservando il mezzogiorno solare) e l'ora di un meridiano di riferimento (Londra, o Greenwich). Quindici gradi di longitudine corrispondono a un'ora di differenza: se a mezzogiorno locale a Londra sono le 14:30, ci si trova a 37,5 gradi di longitudine ovest. Serviva quindi un orologio che, partito da Londra, restasse preciso al secondo per mesi di navigazione, sopportando il rollio, gli sbalzi termici dai tropici alle latitudini polari, l'umidità salina, le accelerazioni delle onde. Nel Settecento un orologio a pendolo perdeva minuti al giorno anche in laboratorio: in mare era impossibile.

Dal carpentiere al primo prototipo

John Harrison nacque a Foulby, vicino a Wakefield, il 3 aprile 1693. Era figlio di un carpentiere ed era a sua volta carpentiere. Si insegnò la matematica da solo, copiando dai libri di un curato di campagna. A vent'anni costruiva orologi a pendolo in legno (legno, non metallo: perché a Foulby il legno costava meno) con una precisione mai vista. Nel 1730 si trasferì a Londra e ottenne dalla Board of Longitude i primi 250 sterline di anticipo per costruire un cronometro marino sperimentale. Lo chiamò H1 e lo presentò nel 1735. Era un mostro di 35 chilogrammi, alto un metro, totalmente differente dagli orologi a pendolo: usava bilancieri contrapposti collegati da molle, in modo da compensare automaticamente le oscillazioni della nave. Funzionò.

Trent'anni di perfezionamento

Per trent'anni Harrison non fece altro che migliorare il suo orologio. H2, completato nel 1741, era più compatto. H3, terminato nel 1759 dopo diciannove anni di lavoro, aveva 753 componenti, due bilancieri circolari di 12 cm di diametro e una straordinaria leva bimetallica (in due metalli con diversa dilatazione termica) per compensare gli sbalzi di temperatura. Era preciso ma ancora troppo grande. Poi, nel 1759, Harrison ebbe l'intuizione finale: rinunciò ai bilancieri pesanti e adottò un nuovo principio basato su un piccolo scappamento «a verga» con sospensione su rubino. L'orologio risultante, H4, completato il 17 marzo 1759, somigliava più a un grande orologio da taschino: 12,7 cm di diametro, 1,45 kg. Una sintesi tecnica è disponibile su Royal Museums Greenwich.

Portsmouth-Giamaica, 81 giorni, 5 secondi di errore

Il test ufficiale dell'H4 ebbe luogo a partire dal novembre 1761. La Royal Navy mise a disposizione la nave HMS Deptford, comandata dal capitano Dudley Digges. A bordo c'era anche William Harrison, figlio di John, incaricato di custodire l'orologio. La rotta era Portsmouth-Port Royal, Giamaica. Dopo 81 giorni di navigazione, all'arrivo a Kingston, il cronometro era in ritardo di 5,1 secondi rispetto al tempo astronomico locale calcolato all'osservatorio di Port Royal. Cinque secondi corrispondono a un errore di longitudine di un miglio nautico circa: la Board of Longitude aveva richiesto una precisione di 30 miglia. L'H4 aveva fatto meglio di sei volte il richiesto. Lo documenta in modo accessibile la World History Encyclopedia.

Il Parlamento si rifiuta di pagare

La Board of Longitude, però, era un'istituzione politica e accademica composta da astronomi che speravano in una soluzione astronomica al problema. Vedevano nell'orologio meccanico una scorciatoia da artigiano, non una vera scienza. Pretesero un secondo test, che si svolse nel 1764: H4 attraversò l'Atlantico fino alle Barbados e tornò perdendo, in totale, meno di 39 secondi in cinque mesi. Anche allora la Board non riconobbe il premio pieno. Harrison ricevette solo metà delle 20.000 sterline, e fu costretto a smontare l'H4 in pubblico per spiegarne il funzionamento. Lo descrive con tono critico la voce Wikipedia sul cronometro marino.

L'altra metà arrivò solo nel 1773, quando Harrison aveva 80 anni, dopo l'intervento personale del re Giorgio III: la regina madre, fra l'altro, era una fan dichiarata del falegname dello Yorkshire. Harrison morì pochi mesi dopo, il 24 marzo 1776, a 82 anni.

Cook, la circumnavigazione e l'eredità

Una copia dell'H4, costruita da Larcum Kendall e nota come K1, accompagnò il capitano James Cook nel suo secondo viaggio attorno al mondo (1772-1775). Cook scrisse nel suo diario di bordo: «Il signor Kendall mi ha procurato un orologio che è stato il nostro fedele amico nei luoghi più sperduti del globo, e con la sua infallibile precisione ci ha permesso di sapere sempre la nostra esatta longitudine». A partire dal 1820 ogni nave della Royal Navy aveva almeno due cronometri marini a bordo. Nel XX secolo, con l'arrivo del telegrafo radio e poi del GPS, gli orologi meccanici furono superati ma la loro logica restò: il GPS oggi è in pratica un cronometro estremamente preciso che misura il tempo di propagazione di segnali radio.

Gli H1, H2, H3 e H4 originali sono oggi esposti al National Maritime Museum di Greenwich, a Londra. Continuano a funzionare. L'H4, in particolare, viene caricato ogni due giorni da un orologiaio specializzato. Quando ci si china sulla teca per ascoltare il suo tic-tac, si sta letteralmente ascoltando il battito che, esattamente 265 anni fa, ha permesso al mondo moderno di sapere dove si trovava.