John Harrison, el carpintero y relojero inglés que resolvió el problema del cálculo de la longitud

John Harrison, carpintero y relojero inglés, dedicó toda su vida a resolver el problema del cálculo de la longitud. Su serie de cronómetros marinos, culminada con el H4, permitió a los marineros determinar la longitud en alta mar con precisión, revolucionando la navegación al reducir el riesgo de naufragios y aumentando la exactitud de las cartas marinas, facilitando la expansión del comercio y el Imperio Británico.

La posición de un barco en alta mar viene dada por sus coordenadas, compuestas por dos elementos. Por un lado, tenemos la latitud, que es la distancia angular entre un punto dado en la superficie terrestre y el ecuador. Conocer la latitud es una tarea relativamente sencilla. Para ello basta con calcular la altitud del sol al mediodía o de la Estrella Polar en su cenit. Por otro lado, tenemos la longitud, que es la distancia angular entre ese punto dado y el meridiano tomado como referencia. Pero antes del siglo XVIII no existía un método práctico para determinar la longitud de una manera sencilla y precisa. En plena era de expansión de los imperios europeos, los navegantes debían navegar por estima. Cada cambio de rumbo y velocidad se trazaba en el mapa, pero como los métodos para calcular la velocidad y dirección eran toscos y las corrientes oceánicas eran difíciles de medir, la navegación por estima acumulaba errores que crecían cuanto más tiempo pasara sin avistar un punto de referencia conocido en tierra. Los errores en la navegación por estima se trasladaban a las nuevas cartas náuticas, lo que tenía consecuencias desastrosas en una época en la que los viajes oceánicos se habían incrementado dramáticamente. Una alternativa era navegar por la costa hasta una latitud en la que los vientos y corrientes fueran favorables, viajar siguiendo esa latitud hasta la costa de destino y desde ahí costear de nuevo hasta el punto de llegada. Era un método seguro, pero también predecible frente a un posible enemigo.

Dar remedio al problema del cálculo de longitud se convirtió en uno de los mayores esfuerzos científicos de la historia. Navegantes y científicos de la mayoría de los países europeos participaron en la búsqueda de una solución. España, los Países Bajos o Francia ofrecían diferentes premios por su descubrimiento. Y en Inglaterra, el desastre naval de las Sorlingas, una de las mayores tragedias marítimas de la historia británica, fue el detonante para que el gobierno de las islas ofreciera también una recompensa. El 22 de octubre de 1707 entre 1400 y 2000 marineros perdieron la vida tras el naufragio de los buques HMS Association, HMS Eagle, HMS Romney y HMS Firebrand mientras navegaban a estima hacia Portsmouth. Entre las causas del desastre se encontró la incapacidad de los pilotos para calcular con exactitud su posición y los errores en las cartas y libros de navegación disponibles.

Siete años después, el Parlamento Británico promulgó la Ley de Longitud de 1714 que establecía una recompensa para cualquiera que pudiese encontrar un método simple y práctico para la determinación precisa de la longitud geográfica de un barco en alta mar. Una Junta de Longitud formada por 24 comisionados entre políticos, la armada británica y matemáticos se encargaría de analizar las soluciones propuestas y otorgar la recompensa en el caso de que alguien hallase una solución. Las cantidades ofrecidas variaban entre 10.000, 15.000 o 20.000 libras esterlinas de la época para aquel que diseñara un sistema para determinar la longitud tras un viaje de seis semanas en el mar con un error menor de 60 millas náuticas (un grado), 40 millas náuticas (⅔ de grado) o 30 millas náuticas (medio grado).
Aunque algunos métodos propuestos se basaban en la posición de diferentes astros en el cielo, la clave estaba en el tiempo. Conociendo la hora exacta en dos puntos de la tierra, por ejemplo, al mediodía, podemos usar la diferencia entre ellas para calcular la distancia en longitud entre esos dos puntos. Como el movimiento de rotación de la Tierra sobre su eje dura 24 horas, cada hora de diferencia que midamos entre esos dos puntos equivale a una veinticuatroava parte de 360º, es decir, 15º o 900 millas náuticas. Tomar la medición del mediodía localmente era relativamente fácil. Lo complicado era conocer la hora del punto de partida, ya que, aunque a principios del siglo XVIII ya existían relojes de péndulo precisos, los movimientos de un barco y los cambios en humedad y temperatura afectaban a los mecanismos y piezas de forma que impedían que estos relojes mantuvieran su precisión en el mar. Hacía falta un reloj inmune a todos estos problemas y además de una gran precisión. Nadie, ni siquiera Isaac Newton, creía que un reloj así pudiera ser construido. Tuvieron que pasar veinte años hasta que alguien mostrara a la Junta una solución digna de tenerse en cuenta. Y ese fue John Harrison, un humilde carpintero y relojero de Yorkshire.

Harrison había nacido en Foulby el 24 de marzo de 1693. Hijo de un carpintero y el mayor de cinco hermanos, poco se conoce de su infancia y juventud, más allá que siguió el oficio familiar y de manera autodidacta se introdujo en el mundo de la relojería, fabricando su primer reloj de péndulo a la temprana edad de 20 años, con la singular característica de que apoyándose en sus conocimientos de carpintería, construirlo completamente con madera de roble para la caja y lignum vitae para los engranajes y partes móviles, en una momento en que todos los relojes de precisión se fabricaban con metales como el latón y el acero por ser considerados más estables y duraderos. Su experiencia con la madera continuó con la fabricación de otros dos relojes en 1715 y 1717, y ya junto con su hermano James, de otros tres entre 1725 y 1728. Además, desarrolló diferentes innovaciones en el mundo de la relojería como el péndulo de compensación o el escape saltamontes.

En esa época Harrison comenzó a interesarse por dar solución al problema de la longitud. Sabía que un reloj de péndulo no soportaría los vaivenes de un barco, así que sustituyó los péndulos por un resorte espiral, tiras laminadas de diferentes metales para resistir los cambios de temperatura y diminutas piezas de joyería y madera de lignum vitae auto lubricante para que los mecanismos funcionan casi sin fricción. Con su diseño bajo el brazo Harrison se presentó en 1730 en Londres ante Edmond Halley, Astrónomo Real y parte de la Junta de Longitud, en busca de financiación. Incapaz de juzgar su trabajo, Halley llevó a Harrison ante George Graham, el relojero más importante del país. Harrison y Graham hablaron durante horas sobre el diseño del primero, quedando el segundo tan fascinado que decidió financiarlo para poder llevarlo a cabo. Así, entre 1730 y 1735, Harrison y su hermano James se dedicaron en cuerpo y alma a la fabricación de su primer cronómetro marino, el H1, tal y como su biógrafo Rupert Gould lo bautizaría casi 200 años más tarde. El H1 era en esencia una versión portátil de sus relojes de madera, un aparato de 35 kilos de peso. El reloj fue instalado en el taller de Graham para que la comunidad científica de Londres pudiera verlo en funcionamiento. Tras 21 años tras establecerse la Junta de Longitud, el H1 fue la primera propuesta tenida en cuenta y considerada para una prueba real.

En 1736 el H1 y Harrison partieron a bordo del HMS Centurion hacia Lisboa. El viaje de ida no fue del todo bien y el reloj no se mostró del todo preciso. Todo lo contrario que en el viaje de vuelta a bordo del HMS Orford. Su llegada a Lizard Point en Cornualles, el punto más meridional de la isla de Gran Bretaña, demostró que los cálculos del piloto navegando por estima fallaban ubicando al buque 60 millas más al este de su situación real, mientras que gracias el H1 ubicaba correctamente el buque en ese punto de la costa. El 30 de junio de 1737 se reunía por primera vez la Junta de Longitud para analizar los resultados de la prueba, y aunque la misma no cumplía la condición de un viaje transoceánico de seis semanas, decidieron recompensar a Harrison con 500 libras esterlinas, que este utilizó para desarrollar un segundo modelo.

El H2, fabricado entre 1737 y 1739, era un poco más pequeño que su predecesor, pero dos kilos más pesado. Tras dos años de pruebas en tierra, en 1741 el nuevo cronómetro estaba listo para ser probado en el mar. Pero la guerra de sucesión austríaca había estallado un año antes. Ante el riesgo de que el cronómetro cayera en manos españolas o francesas se decidió no sacar el nuevo reloj de Harrison al mar. Además, el relojero había encontrado que el mecanismo del H2 podría verse afectado por los movimientos de guiñada del buque influyendo en la precisión del cronómetro. La Junta de Longitud premió a Harrison con otras 500 libras por su diseño, y esté, esperando el fin de la guerra, comenzó a trabajar en un nuevo modelo. Tuvieron que pasar dieciséis años para que Harrison finalizara su tercer cronómetro marino. En 1740 se presentó el H3, un ejercicio en el que el relojero había conseguido reducir el tamaño hasta los 27 kilos, ocho menos que el H1, y formado por 753 piezas. Todo esto hizo del H3 un reloj tremendamente complicado y que nunca alcanzó la precisión necesaria para ser presentado a la Junta para ser probado en el mar.

En 1753 Harrison encargó al relojero John Jefferys un pequeño reloj de bolsillo para su uso personal basado en sus propios diseños. Este tipo de relojes nunca habían sido contemplados como cronómetros ya que atrasaban varios segundos cada día, pero el nuevo reloj de Harrison y Jefferys era muy preciso. Tanto que Harrison decidió que su H4 sería una versión un poco más grande de este reloj de bolsillo, nada parecido a los tres anteriores. El resultado de seis años de trabajo fue todo un ejercicio de miniaturización, un reloj de bolsillo de plata de solo 127 milímetros de diámetro 1360 gramos de peso, diminuto comparado con sus predecesores. La Junta de Longitud dio permiso a William, hijo de Harrison, para preparar un viaje de prueba desde Portsmouth a Kingston (Jamaica). William y el H4 se embarcaron en el HMS Deptford, que partió hacia América el 18 de noviembre de 1761. Harrison, ya con 68 años, prefirió quedarse en Londres.

La prueba fue un éxito. William fue capaz de prever la llegada a Madeira antes de lo que esperaba el piloto de a bordo, lo que impresionó tanto al capitán que se ofreció a comprar su siguiente cronómetro. Al llegar a Kingston, tras 81 días y 5 horas de viaje, el H4 solo falló el cálculo de longitud por una milla náutica. William y el cronómetro retornaron a Londres a bordo del HMS Merlin, llegando a Inglaterra el 26 de marzo de 1762. Los Harrison se dirigieron inmediatamente a la Junta para reclamar su recompensa de 20.000 libras esterlinas. Pero aquí empezaron los problemas. La Junta aseguraba que era imposible que tras solo seis años de trabajo el reloj pudiera alcanzar esa precisión y que todo era un golpe de suerte. Solicitaban una nueva prueba. A pesar de las quejas de los Harrison y de que el Parlamento les había ofrecido 5.000 libras, se vieron obligados a realizar un nuevo viaje de prueba, esta vez hacia Bridgetown, en las islas Barbados. Junto a ellos, se probarían otros dos métodos: las tablas lunares de Tobias Mayer y un sistema basado en la observación de las lunas de Júpiter defendido por Christopher Irwin.

Tanto el método de las tablas lunares como el cronómetro de Harrison resultaron exitosos en este viaje, aunque es verdad que el primero exigía una cantidad enorme de trabajo y cálculos mientras que el reloj era directo, y mientras el primer método obtuvo una desviación de 30 millas náuticas el H4 solo se desvió 10. Nevil Maskelyne, astrónomo al cargo de la expedición, presentó los resultados a la Junta de Longitud en febrero de 1765. La Junta decidió que ambos métodos eran complementarios. El método de las tablas lunares podía ser implementado más rápido mediante la creación de un calendario lunar anual que ayudase a los pilotos a calcular su posición, mientras que tenían dudas acerca de la posibilidad real de fabricar en serie el cronómetro de Harrison por él mismo o por otros relojeros. La junta premió a Harrison con 10.000 libras esterlinas, con la promesa de pagarle las 10.000 restantes si podía demostrar la replicabilidad de su cronómetro. Además, se quedarían con el H4, para someterlo a más pruebas.
John Harrison se sentía ultrajado. No solo la Junta había cambiado a última hora sus propias normas para negarle la recompensa total, sino que habían secuestrado su único modelo. Además, diez meses después, el informe de las pruebas realizadas por Maskelyne, nuevo Astrónomo Real, fue negativo, alegando que su la cantidad de tiempo que ganaba o perdía por día se debía a imprecisiones que se anulaban a sí mismas. La recomendación de Maskelyne era que se prohibiera el uso del cronómetro para medir la longitud. La tenacidad de Harrison le llevó a fabricar un nuevo cronómetro, su último modelo. Ya un anciano de 77 años, presentó el H5 en 1770. Era un modelo muy similar al H4, que simplificaba algunos aspectos para ganar fiabilidad. Esta vez no lo presentó a la Junta, sino que fue directamente a pedir ayuda al rey de Inglaterra, Jorge III. Entre mayo y julio de 1772 el propio rey probó el nuevo cronómetro, quedando impresionado por su precisión, y solicitó al Parlamento que se entregase la recompensa total al relojero, amenazando con comparecer ante la cámara para reprender personalmente a los parlamentarios si no lo hacían. Finalmente, el Parlamento accedió a premiar a Harrison en 1773 con otras 8.750 libras esterlinas.

La Junta encargó una copia del H4 al relojero Larcum Kendall. Su cronómetro, conocido hoy en día como K1, acompañó a James Cook en su segundo viaje de exploración entre 1772-1775. Cook, que había utilizado el método de las tablas lunares en su primer viaje, solo tuvo palabras de elogio para el reloj de Kendall. Su piloto, John Gilbert, describió al K1 como «el mecanismo más grande que el mundo haya visto jamás». La opinión de Cook ayudó a la implantación de los cronómetros marinos en la flota británica como método para el cálculo de la longitud. John Harrison falleció tres años después, el 24 de marzo de 1776, con 83 años recién cumplidos. Sus restos descansan en el cementerio de la iglesia de San Juan en Hampstead, al norte de Londres, junto con su segunda esposa y su hijo William. Aunque no pudo disfrutarlo en vida, su cronómetro fue todo un éxito y ayudó a salvar muchas vidas, además de impulsar la expansión del Imperio Británico. Mientras el K1 tenía un coste de 450 libras esterlinas, la posterior industrialización de la producción gracias a relojeros como John Arnold y Thomas Earnshaw hizo que su precio bajase en menos de una década a unas 65 libras esterlinas. El Almirantazgo británico impulsó la adopción de la nueva tecnología ofreciendo financiar un segundo dispositivo para cualquier capitán que comprara el primero. Si en 1736 el H1 era el único cronómetro marino en el mundo, para 1815 ya existían más de 5.000 en uso. El propio Charles Darwin llevó a bordo del HMS Beagle 22 cronómetros en 1831. La Junta de Longitud fue disuelta en 1828 sin haber entregado la recompensa a pesar de considerarse que el problema ya había sido resuelto.