Salgo a correr casi a diario y de las primeras cosas que hago al pisar la calle es conectar mi GPS, este no suele tardar más de diez segundos en encontrar mi posición exacta y si tarda más, la verdad, ya empiezo a ponerme un poco impaciente. Si alguna vez ha tardardo más de un minuto en encontrar los satélites ya supone una pequeña y absurda crisis. Por suerte, esto no sucede casi nunca, haciendo que ese complejo acto de conectar con la constelación de satélites desde mi muñeca sea tan habitual y mundano como respirar. Pero esto no siempre fue así, apenas unos siglos atrás, ser capaces de encontrar la posición exacta de un navío en mitad del océano era una cuestión vital, un problema cuya tardía resolución costó mucho dinero a las potencias europeas y también muchas vidas humanas. Si bien en tierra era bastante sencillo encontrar la ubicación, en mar abierto, sin referencias y con el movimiento de los barcos que impedia mediciones correctas, todo era mucho más complicado en la práctica. Además, encontrar la latitud era bastante sencillo, pues basta con la apropiada observación del Sol y las estrellas, pero conocer la longitud era otra historia, y es que para saber si se está más al este o más al oeste no servían cálculos tan sencillos. Además aún conociéndose la teoría, las mediciones no se podían realizar de manera apropiada. Con esta problemática encima de la mesa las principales potencias de la época se pusieron manos a la obra, ofreciendo recompensas a quienes fueran capaces de solventar aquel problema, pues aquel problema de física se convirtío en una verdadera cuestión de estado, de cuya solución dependían vidas humanas y también las arcas imperiales.
Técnicas de navegación y el problema de la longitud
Desde muy antaño se ha navegado por el mar, algunas culturas como los polinesios o los vikingos fueron grandes navegantes, cuyas técnicas estaban basadas en la observación de los astros, las corrientes e incluso de los animales, prácticas que evolucionaban a base de intuición, práctica y transmisión intergeneracional. Para resumir, observa al detalle cielo y mar y no vayas por donde se ahogaron aquellos.
La resolución al problema de la navegación en el mar se empezó a resolver, curiosamente en tierra firme, pues ya Eratóstenes en el siglo III a.C propuso por primera vez un sistema de longitudes y latitudes (pinchando aquí podréis ampliar sobre su historia), además de realizar un cálculo bastante acertado para su época de la circunferencia terrestre. Un poco después, Hiparco de Nicea dió con la clave para resolver el problema, subdividir geometricamente la Tierra en meridianos y relacionarlos con ciclo diario del Sol.
Durante mucho tiempo los marinos navegaron basándose en la latitud, la cual si podían calcular fácilmente midiendo el ángulo del Sol en su cenit respecto del horizonte, y también midiendo por la noche a partir de ciertas estrellas. Básicamente intentaban mantener una latitud constante hasta que llegaban a tierra y de ahí ponían rumbo hacía donde pretendían, y aunque pilotos con suficiente pericia podían orientarse asombrosamente bien, el método tenía muchos riesgos pues cuando las condiciones meteorológicas emperoraban era muy fácil desorientarse por completo, pudiendo resultar el viaje en tragedía. A parte, si todo salía bien y especialmente en la época que comenzaron los viajes transoceánicos, resultaba imposible tomar el camino más rápido y directo por lo que se tardaba un excesivo tiempo en llegar a un destino, suponiendo esto un coste elevadísimo e incluso pudiendo terminar también en tragedía si no se llevaban los suministros suficientes por haber realizado malos cálculos. Estos problemas en plena época de expansión imperial de las potencias europeas se convirtieron en un tema de máxima importancia, y por ello muchos se pusieron manos a la obra para poder resolver la cuestión. Era vital encontrar métodos e instrumentos que permitieran conocer con exactitud la diferencia horaria entre la posición de una embarcación y un meridiano de referencia, ¿por qué? Os lo cuento a continuación.
Realizando cierta simplificación, podemos considerar a la Tierra una esfera que gira sobre su propio eje. Un giro completo supone recorrer 360 grados en un tiempo equivalente a un día, es decir 24 horas. Dividiendo esos 360 grados que suponen el giro diario terrestre entre las horas de las que consta un día obtenemos un valor de 15, significando este valor que el recorrido en grados de arco que recorre la Tierra en una hora.
Sabiendo esto, para conocer la longitud era necesario conocer la hora local donde se hallaba el barco y conocer con exactitud la hora en un meridiano de referencia (Aunque al principio cada páis usaba el suyo, el meridiano de Greenwich se acabo imponiendo como la referencia internacional), la diferencia de los valores nos dará la ubicación en grados al oeste o al este. Esto, que en la teoria se podía hallar fácilmente a partir del movimiento aparente de los astros, en la práctica resultaba mucho más complejo, en primer lugar por que algunos métodos resultaban muy enfarragosos para realizar en mitad del mar durante una noche de tormenta, en segundo lugar por que los métodos que funcionaban en tierra no se podían extrapolar a las condiciones del mar, y en tercer lugar, por que se requería una gran exactitud, y es que un error de 1 grado en el ecuador suponía una desviación de 111 km (La Tierra tiene una circunferencia máxima de 40.008 km, lo cual si dividimos entre 360 grados nos arroja ese valor para un grado) .
Longitud, cuestión de Estado
A finales del siglo XVI, Felipe II ya estableció recompensas para quien solucionara el problema de la longitud, las cuales fueron aumentadas en cuantía por su sucesor Felipe III. También Holanda prometió recompensas para esta cuestión a partir de 1636, y Luis XIV, quién fundara en 1666 la Academia de las Ciencias de Francia, enconmendó a esta resolver la cuestión, ofreciendo también recompensas a quién consiguiera una resolución viable. Aunque entre todos, quizás los que resultaron tener un mayor éxito en esta cuestión fueron los británicos, los que incluso pasaron la cuestión por su parlamento en 1714, creando bajo el reinado de la Reina Ana la «Board of Longitude«, algo así como un comité especial para esta cuestión y cuya encomienda principal sería evaluar los proyectos que se presentaran al respecto y otorgar los premios ofrecidos. Estos premios se incrementarían con la precisión de los métodos, yendo desde las 10.000 libras (que equivaldrían algo así como 1,5 millones de libras actuales) para errores inferiores a 1 grado (unos 110 km en el ecuador) hasta 20.000 libras para errores inferiores a medio grado. Así mismo también se ofrecieron premios para quienes alcanzaran una determinada posición o completaran rutas como el paso del noroeste ( llegar desde Groenlandia al Pacífico por el norte de Cánada y atravesar el Estrecho de Bering) . El comité quedo disuelto en 1828 cuando se consideró que el problema estaba resuelto
En este periodo en el que estuvo activo el comité británico, dos nombres sobresalieron por encima del resto. El primero fue Tobias Mayer, quién valiéndose de los estudios previos en la materia de científicos como Johaness Werner, Galileo o Halley y apoyándose en la colaboración en la causa de Euler, logró elaborar las ampliamente usadas desde entonces tablas de distancias lunares, desde las cuales se podía deducir la hora en el meridiano de referencia (El de Greenwich). Este método estaba basado en el movimiento relativamente rápido de la Luna a través del firmamento, la cual completa un ciclo de 360 grados en 27,3 días, por tanto en una hora, se mueve alrededor de 0,5º respecto a las estrellas y el Sol. Para llevarlo a cabo en la práctica tan solo era necesario un sextante y realizar una serie de cálculos de corrección que hacían que la técnica fuese un poco liosa y lenta en plena navegación. Para solventar el problema de los excesivos cálculos se propuso, de la mano de Nevil Maskelyne, la publicación anual del almanaque náutico, en el cual se muestra la posición diaria del Sol, Luna y estrellas propicias para la navegación, así como las distancias lunares diarias, facilitando mucho el uso de esta técnica y permitiendo así su expansión debido a su bajo coste de implementación. Esta almanaque náutico se publica en Reino Unido desde 1767 y está referido al meridiando de Greenwich, el cual se usará en adelante como referencia a escala mundial.
Lógicamente, la forma más directa y por tanto con menos errores asociados, es poder medir el tiempo del meridiano de Greenwich con un reloj lo suficientemente preciso, que soportara los vaivenes de la navegación y que no se atrasara lo más mínimo durante una larga travesía. Además, esto sería una forma directa y rapidísima de comprobar la latitud, eliminando por tanto la necesidad de cálculos y comprobaciones, pues bastaría con mirar el reloj a una determinada hora local y observar la diferencia, la cual se puede transformar a grados directamente conforme hemos expuesto antes. Y en este punto, es donde sobresale la figura de John Harrison, nacido en Foulby, Inglaterra, en 1693. Harrison comenzó siendo carpintero, oficio que heredó de su padre, para posteriormente asociarse con su hermano y dedicarse a la fabricación de relojes con bastante éxito. No se sabe muy bien como Harrison se enteró de los premios que se otorgaban para solucionar el problema de longitud, pero lo cierto es que consagró parte de su vida, su ingenio y su esfuerzo a construir un reloj, portátil y lo suficientemente preciso para aguantar largas travesías en alta mar. Así es como construyó el H1, cuyo principal logro fue que funcionaba independientemente a la gravedad, solventando así el problema que mostraban en alta mar los relojes de péndulo de la época. Con el a bordo viajó a Lisboa, con un resultado muy bueno. Harrison trabajó en mejorar este reloj, y construyo el H2 Y el H3, básicamente sobre la misma idea que el primero, pero fue con el H4 con el que realmente solventó el problema, y es que este reloj además de preciso era ligero y manejable, pues media solo 13 cm de diámetro y pensaba alrededor de 1,5 kg. Con el se realizaron varios viajes, mostrando en todos ellos una precisión excepcional. Por ejemplo, en la travesía hasta Jamaica desde Inglaterra y durante 80 días de navegación, tan solo se retrasó 5 segundos. Posteriormente, volvió a zarpar hacía Barbados volviendo a mostrarse muy preciso y superando con creces los criterios propuestos por el comité de la longitud inglés, quién se mostraba reacio a otorgarle el premio. Se le otorgaron 10.000 libras a cambio de que revelase sus secretos, y tras quedarse sin sus relojes, le indicaron que para cobrar el resto debería contruir más (así llego el H5). Los construyó, pero aún así los integrantes del comité se mostraron muy contrarios a otorgarle el premio. Tanto fue así, que Harrison y su hijo, quién había colaborado con él durante muchos años, llevaron la cuestión al Rey Jorge III, quién muy molesto con la actitud del comité, intercedió en favor de Harrison. Al final, el Parlamento británico le otorgó 8750 libras más, que sumadas a las 10,000 , no llegaban a las 20.000 prometidas para las soluciones con precisión inferior a medio grado de arco, objetivo que Harrison alcanzó con creces en numerosas ocasiones. Tres años después del pago, murió con la edad de 83 años. Para colmo, mientras el comité se negaba a pagar, buques británicos como los del Capitán Cook ya usaban esta tecnología en sus expediciones con resultados excelentes, pues se reporta que en un viaje de 3 años, la variación diaría del reloj nunca fue superior a los 8 segundos, equivalente a 2 millas nauticas (3,7 km) en el ecuador .
A continuación os pongo unas fotos de los relojes de Harrison, los cuales están expuestos en el National Maritime Museum de Londres
Para concluir, me gustaría destacar varias reflexiones a colación de esta historía las cuales van más allá de la mera curiosidad ímplicita en el como se conseguían situar en el mar sin GPS. Por un lado, es digno de destacar la importancia que tienen los estados en la promoción de la ciencia y la tecnología, sobretodo en cuanto impulsar la solución de problemas que se plantean en la sociedad y haciéndolo además mientras se fomenta la libertad individual para crear, competir e innovar. En mi opinión, si la ciencia está excesivamente dirigida por el Estado, se acaba limitando mucho la capacidad de creación y los científicos y emprendedores tecnológicos acaban siendo obreros muy cualificados pero sin margen de maniobra. De otro lado, si el estado no dirige los pasos hacia las cuestiones que tiene una relevancia social, los problemas no se solucionan pues se tiende a la mera acción lucrativa, además de que normalmente muchos potenciales innovadores no cuentan con los recursos necesarios, los cuales solo pueden ser proporcionados por una estructura administrativa potente. También, es destacable mencionar como el comité de la longitud se mostraba reacio a otorgarle el premio a Harrison, quizás la razón radique en que la mayoría de ellos eran astrónomos y habían dedicado su vida a desarrollar el método de las distancias lunares, creyendo que no podía existir mejor método. Aunque no dudo de su calidad como hombres de ciencia, es cierto que como humanos podían tener intereses e ideas predefinidas demasiado arraigadas para que viniese un simple carpintero-relojero a desterrar por obsoleto el método donde habían desarrollado sus vidas. Supongo que hasta las mentes más escépticas tienen dificultades para tragar ciertas cosas, sobretodo cuando les da de lleno a su labor, aún cuando es evidente y notorio que el nuevo sistema era mucho más rápido y fiable.
Referencias
https://www.bbc.co.uk/programmes/m000vyn6
https://www.kaspersky.es/blog/navigation-at-sea/8442/
http://museovirtual.csic.es/salas/luz/luz10.htm
Historia de las mediciones
Historia de las mediciones I. Eratóstenes, el hombre que midió la Tierra
Historia de las mediciones II. Cavendish y la densidad de la Tierra
Julián Chaves Naharro. Licenciado en Ciencias Ambientales en la Universidad de Valencia, Máster en Ingeniería hidráulica y medio ambiente por la Universidad Politécnica de Valencia y especializado en la gestión, restauración y conservación de cuencas hidrográficas, donde realizó una tesina sobre el cálculo de emisiones de gases de efecto invernadero en incendios forestales. Comenzó su actividad divulgadora con su blog personal “El Ambientoblog”. Deportista, agricultor, divulgador, montaña en vena, muy energético, algo subversivo y ciudadano del mundo.