Biology Beyond Nature | ภาคภูมิ ทรัพย์สุนทร
Innovation Grand Challenges (6)
ความสำคัญของกิจการเรือเดินสมุทรต่อทั้งเศรษฐกิจและการทหารทำให้เหล่าชาติมหาอำนาจยุโรปเปิด “Grand Challenge” ตั้งรางวัลใหญ่ให้ผู้ใดก็ตามที่สามารถแก้โจทย์การหาพิกัดลองจิจูดกลางทะเลได้
ปลายศตวรรษที่ 16 รัฐบาลสเปนตั้งรางวัลไว้ที่ 6,000 เหรียญดูกัต บวกบำนาญตลอดชีพอีก 2,000 เหรียญดูกัตต่อปี ต้นศตวรรษที่ 17 รัฐบาลฮอลแลนด์ตั้งรางวัลไว้ที่ 30,000 เหรียญฟลอริน ช่วงกลางถึงปลายศตวรรษที่ 17 ทั้งรัฐบาลฝรั่งเศสและอังกฤษตั้งหอดูดาว (observatory) แห่งชาติโดยมีภารกิจหลักคือแก้โจทย์หาพิกัดลองจิจูดกลางทะเล
กว่าหนึ่งศตวรรษหลังจากเริ่มมี Grand Challenge เหล่านี้ก็ยังไม่มีใครแก้โจทย์ได้สำเร็จแม้จะมีเหล่ายอดนักดาราศาสตร์และนักกลศาสตร์แห่งยุคอาสาตัวเข้ามาแก้ปัญหา
กาลิเลโอ (Galileo Galilei) ประดิษฐ์กล้องโทรทรรศน์ที่ส่องเห็นดวงจันทร์บริวารขนาดใหญ่ทั้งสี่ของดาวพฤหัส และสังเกตว่าบริวารแต่ละดวงโคจรรอบดาวพฤหัสด้วยคาบคงที่ตั้งแต่หนึ่งวันกว่าๆ ถึงเกือบสิบเจ็ดวัน
เขาเสนอให้ใช้การเคลื่อนที่ของบริวารดาวพฤหัสเหล่านี้เป็นเสมือนนาฬิกากลางสำหรับหาพิกัดลองจิจูดได้สม่ำเสมอกว่าการรอจันทรุปราคาที่นานๆ เกิดที
และได้สมัครเป็นผู้ท้าชิงรางวัล Grand Challenge ของทั้งสเปนและฮอลแลนด์
แต่ว่าโชคร้ายโดนคดีกับศาสนจักรจนติดคุกเสียก่อน
วิธีของกาลิเลโอถูกนำมาใช้ได้จริงในการหาพิกัดลองจิจูดภาคพื้นดิน แต่กับการใช้งานบนเรือกลางทะเลที่โคลงเคลง การส่องบริวารของดาวพฤหัสผ่านกล้องโทรทรรศน์ยังคงยากเกินใช้งานจริง
ระหว่างนั้นก็ยังมีคนเสนอวิธีใหม่เข้ามาเรื่อยๆ มีทั้งวัดการเปลี่ยนแปลงระยะห่างระหว่างดวงจันทร์กับดวงดาว การเกิดคราสซ้อนทับหรือเคลื่อนผ่านของดาวเคราะห์ การวาดแผนที่สนามแม่เหล็กโลก
ไปจนถึงการสร้างนาฬิกาแบบต่างๆ ให้แม่นยำพอจะใช้งานกลางทะเล
Cr. ณฤภรณ์ โสดา
ค.ศ.1707 กองทัพเรืออังกฤษที่กลับจากสงครามกับฝรั่งเศสในทะเลเมดิเตอร์เรเนียนประสบอุบัติเหตุใกล้หมู่เกาะ Scilly ทางตะวันตกเกาะอังกฤษ
ความคลาดเคลื่อนของการประมาณพิกัดทำให้เรือรบสี่ลำชนหินโสโครกจนอับปางมีผู้เสียชีวิตและสูญหายรวมเกือบสองพันคน
นับเป็นหายนะใหญ่ที่สุดครั้งหนึ่งในประวัติศาสตร์ราชนาวีอังกฤษ
เหตุการณ์ครั้งนี้กระตุ้นให้รัฐบาลอังกฤษประกาศ Grand Challenge การแก้โจทย์หาลองจิจูดของตัวเองบ้าง
ในปี ค.ศ.1714 ได้นักวิจัยเบอร์ใหญ่อย่าง Isaac Newton และ Edmund Halley เป็นเสียงสนับสนุนหลัก
กรรมาธิการลองจิจูด (Board of Longitude) ถูกตั้งขึ้นมาเพื่อพิจารณาข้อเสนอโครงการและตัดสินมอบรางวัล รางวัลใหญ่สุดคือเงิน 20,000 ปอนด์ (เทียบเท่ามูลค่าเกือบ 4 ล้านปอนด์ในปัจจุบัน) สำหรับผู้คิดค้นวิธีหาค่าลองจิจูดได้คลาดเคลื่อนไม่เกินครึ่งองศา
โดยการทดสอบจะทำบนเรือที่เดินทางข้ามมหาสมุทรแอตแลนติกจากอังกฤษสู่ท่าเรือในหมู่เกาะนอกชายฝั่งอเมริกา
นอกจากรางวัลใหญ่สุดแล้ว ยังมีรางวัลย่อยสำหรับการคำนวณที่แม่นยำลดหลั่นกันลงมา รวมทั้งรางวัลชมเชยสำหรับสิ่งประดิษฐ์หรือเทคโนโลยีที่ดูน่าสนใจแม้จะยังไม่ได้บรรลุเป้าหมายตามเกณฑ์
Cr. ณฤภรณ์ โสดา
ด้วยข้อจำกัดทางเทคโนโลยีขณะนั้น กรรมธิการลองจิจูดส่วนใหญ่รวมทั้ง Newton มองว่าการประดิษฐ์นาฬิกาที่เที่ยงตรงพอจะใช้คำนวณบนเรือเดินสมุทรน่าจะเป็นไปได้ยาก ความสนใจจึงเอียงไปทางการพัฒนาเทคนิคทางดาราศาสตร์ ใช้แผนที่การเคลื่อนของดวงดาว และเฟสของดวงจันทร์แทนนาฬิกากลางบอกเวลาจากบนฟ้า
แต่หนึ่งในข้อยกเว้นนั้นคือ John Harrison ช่างทำนาฬิกาชาวอังกฤษ
Harrison เป็นช่างไม้ที่เริ่มต้นการทำนาฬิกาจากงานอดิเรก มีผลงานชิ้นโบแดงในวัยยี่สิบเป็นนาฬิกาที่กลไกทุกชิ้นประกอบขึ้นจากไม้
นอกจากนี้ ยังได้คิดค้นระบบกำหนดจังหวะที่แม่นยำในนาฬิกา และรับงานออกแบบสร้างหอนาฬิกาประจำเมือง
ค.ศ.1730 Harrison ในวัยสามสิบเจ็ดเดินทางมาลอนดอนเสนอตัวเป็นผู้ท้าชิงรางวัลแก้โจทย์ลองจิจูด
ช่วงแรกแทบหากรรมาธิการที่สนใจไม่ได้ ยังดี Halley เห็นแวว ช่วยจัดแจงแนะนำหาผู้สนับสนุนหาทุนให้ทำงาน
Cr. ณฤภรณ์ โสดา
Harrison ใช้เวลาห้าปีสร้างนาฬิการุ่นแรก (H1) นาฬิการุ่นนี้อาศัยสปริงคู่และคานถ่วงสมดุล (counterbalance bar) เป็นตัวกำหนดจังหวะการเดินแทนการแกว่งลูกตุ้มเพื่อลดผลกระทบจากการเคลื่อนที่ของเรือ H1 ผ่านการทดสอบในการเดินทะเลระยะสั้นจากอังกฤษไปโปรตุเกสในปี ค.ศ.1736
ผลการทดสอบนี้ทำให้ Harrison ได้รับทุนมาทำพัฒนานาฬิการุ่นสอง (H2)
H2 พร้อมทดสอบบนเรือข้ามมหาสมุทรแอตแลนติกตามเงื่อนไขของกรรมาธิการลองจิจูดในปี ค.ศ.1741 แต่ขณะนั้นราชนาวีอังกฤษก็ดันติดศึกการรบออสเตรียไม่สะดวกอำนวยการทดสอบ
ส่วนเพอร์เฟ็กชั่นนิสต์อย่าง Harrison ก็เจอข้อจำกัดในกลไกของ H2 ที่อาจทำให้การนับเวลาคลาดเคลื่อนในบางจังหวะเดินเรือ
เขาจึงขอถอน H2 กลับมารื้อพัฒนาใหม่เป็นรุ่นที่สาม (H3) ที่ถูกเสริมความเสถียรด้วยระบบล้อถ่วงดุล (circular balances)
นอกจากนี้ ยังมีการใช้แถบโลหะคู่ (bimetallic strip) สำหรับปรับชดเชยความคลาดเคลื่อนจากความผันผวนของอุณหภูมิและตลับลูกปืน (caged roller bearing) สำหรับลดแรงเสียดทาน
Harrison ใช้เวลาไปอีกถึงสิบเจ็ดปีในการพัฒนา H3 กระนั้นความแม่นยำในการทำงานก็ยังไม่เป็นที่น่าพอใจ
ช่วงเวลาระหว่างนั้นวงการช่างทำนาฬิกาเริ่มมีการพัฒนานาฬิกาแบบพกพาที่ความแม่นยำสูง Harrison เอาแนวคิดนี้มาประกอบกับสิ่งที่เขาเรียนรู้มาตลอดระยะเวลา
เกือบสามสิบปีกับโจทย์ Grand Challenge นี้ เขารื้อแนวคิดตัวเองอีกครั้งเปลี่ยนจากการทำนาฬิกาตั้งพื้นขนาดใหญ่อย่างที่เขาทำมาตลอดตั้งแต่ H1-H3 ให้กลายเป็น H4 นาฬิกาพกพาสำหรับนักเดินเรือ
ค.ศ.1761 ได้ฤกษ์ทดสอบ H4 บนเส้นทางเดินเรือจากอังกฤษสู่จาเมกา Harrison ที่ตอนนั้นวัยล่วงเลยมาเกือบเจ็ดสิบปีแล้วส่งลูกชายเป็นตัวแทนไปกับเรือ
ในระยะเวลาเกือบสามเดือนของการเดินทางข้ามมหาสมุทร เวลาของ H4 คลาดเคลื่อนไปเพียง 5 วินาทีเท่านั้น
คำนวณลองจิจูดออกมาได้ผ่านเกณฑ์รางวัลใหญ่ 20,000 ปอนด์ที่ตั้งไว้
แต่กรรมาธิการลองจิจูดก็บ่ายเบี่ยงว่าความสำเร็จของ H4 อาจจะเป็นเรื่องบังเอิญ กระบวนการสร้างนาฬิกาเองก็ดูจะซับซ้อนเกินจะเอาไปใช้จริงได้ กรรมาธิการขอให้มีการทดลองซ้ำอีกรอบ
พ่อลูก Harrison ที่โกรธจัดเอาเรื่องนี้ร้องเรียนไปจนถึงรัฐสภา
สุดท้ายก็ได้ค่าออกแบบมาแค่ 5,000 ปอนด์ และต้องยอมรับการทดสอบอีกครั้ง
ค.ศ.1762 H4 ถูกทดสอบอีกครั้งบนเส้นทางเดินเรือจากอังกฤษสู่บาร์เบโดส รอบนี้มีผู้ท้าชิงอีกสองเจ้าตามไปทดสอบด้วยทั้งการหาลองจิจูดด้วยการเทียบตารางระยะหว่างดวงจันทร์ และด้วยการส่องบริวารดาวพฤหัส (คล้ายๆ ที่กาลิเลโอเคยเสนอเมื่อกว่าร้อยปีก่อน) แต่ทำบนเก้าอี้สังเกตการณ์ที่ออกแบบมาเพื่อเพิ่มความเสถียร
ทั้ง H4 และเทคนิคเทียบระยะห่างดวงจันทร์สอบผ่านในระดับสูสีกัน แต่ H4 ใช้ง่ายกว่ามาก
กระนั้นกรรมธิการลองจิจูดก็ยังเล่นแง่ยอมจ่ายรางวัลให้แค่ครึ่งหนึ่งก่อน ส่วนอีกครึ่งหนึ่งจะให้ก็ต่อเมื่อ Harrison ส่งแบบแปลนการสร้าง H4 ที่ช่างนาฬิกาคนอื่นสามารถทำซ้ำได้ และมอบตัวนาฬิกา H4 ให้กรรมาธิการไปศึกษาต่อ
หลังจากโดนเตะถ่วงยื้อเรื่องอยู่หลายปี Harrison ไปร้องเรียนถึงพระเจ้าจอร์จที่สาม (George III) ของอังกฤษ มอบนาฬิกาเวอร์ชั่นห้า (H5) ให้พระองค์ไปลองทดสอบเองถึงในวัง
สุดท้ายเคสของ Harrison กลับถึงสภา เขาได้เงินรางวัลส่วนที่เหลือจนครบตอน ค.ศ.1773 ในวัยแปดสิบปี
รวมระยะเวลาที่ปลุกปล้ำทำงานกับการแก้โจทย์ลองจิจูดกว่าสี่สิบปี
นาฬิกาของ Harrison ถูกพัฒนาต่อยอดโดยช่างฝีมือรุ่นหลังจนเรียบง่ายพอจะผลิตออกมาเป็นจำนวนมากในราคาถูกสำหรับใช้งานทั่วไป
พอถึงศตวรรษที่ 19 นาฬิกาก็กลายเป็นเครื่องระบุลองจิจูดที่ขาดไม่ได้ในการเดินทางข้ามมหาสมุทร
ส่วนกรรมาธิการลองจิจูดอยู่มาจนถึง ค.ศ.1828 ตลอดร้อยกว่าปีของการปฏิบัติงานมอบเงินรางวัลไปรวมกว่าห้าหมื่นปอนด์
ผู้รับรางวัลห้าสิบกว่าคนแต่ไม่มีสักคนที่ได้เงินก้อนสองหมื่นรวมทั้ง Harrison ด้วย
