経度の歴史
出発地点の時刻に合わせた時計を持って航海に出る。航海中に天体観測により現在位置の時刻が分かれば、出発地と現地の時間差から経度を求められる。
フランドルの天文学者ゲンマ・フリシウスは1530年、持ち運べる時計があれば経度を測定できるとして、この方法を提案した。また英国のウィリアム・カニンガムも1559年に同様の提案をおこなった。しかしこの時代の時計は誤差が大きく、経度を測定するのに必要な精度は持っていなかった。
1656年、クリスティアーン・ホイヘンスは振り子時計を発明し、1658年には、自分の時計を使えば経度が測定できると述べた。ホイヘンスの時計は何度か船に載せられてテストされ、そのうち1664年に行われた試験航海では経度を正しく測定することができた。しかしこの時計が役を果たすのは天候が良い時に限られ、嵐で船が揺れると時計の振幅が乱れて正しく動かなくなってしまった。
ホイヘンスはこの欠点を改良するため、振り子の代わりにひげぜんまい方式を使用した時計を考案した。同じころ、ロバート・フックも同様の発明を行い、両者は特許を求めて争うことになったが、経度測定の点からいえば、両者の時計は共に実用化に適さないものであった。
日食や月食が起こる日時は事前に予測できる。そのため、航海中に食が起きた時間と、予測していた食の時間の差を見ることで経度が求められる。
この方法の歴史は古く、ヒッパルコスも月食を使って経度を求める案を出していた。またコロンブスも、1494年と1504年の航海で、経度測定のために月食を観測したという記録があり、これが航海者として経度を求めた最初といわれている。しかしこの時の測定結果は、実際の経度とはかけ離れたものであった。
原理的にはこの方法により経度を求めることは可能であるが、日食や月食はそう頻繁に起こるものではなく、そのため観測の機会は限られた。また、特に月食の場合、食が起き始める時間を観測で特定するのは難しく、観測する人の個人差もあるため、正確性においても欠点を抱えていた。
現存する最古の地球儀であるマルティン・ベハイムの地球儀は、経線はないが、赤道上に360度分の経度の目盛が振られている。しかし当時は地球の全体像が明らかになっていなかったため、その経度は特にアジアにおいて、実際と大きなずれが見られる。プトレマイオスの地図もアジアは実際より東に広く伸びた形となっていたが、ベハイムはそこからさらに位置を東に広げた。その結果、ヨーロッパの西端からアジアの端までの距離は、実際と比べると経度にして100度のずれがあった。
このようにアジアの経度を実際より東に広げる傾向は、ベハイムのみに限らなかった。同時代のクリストファー・コロンブスは、プトレマイオスの地図では経度で177度分の広さだったユーラシア大陸を48度引き伸ばし、そしてマルコ・ポーロの記述を元にさらに28度広げ、そのうえ中国から日本の東岸まで30度あると計算したため、結果としてヨーロッパの西端から日本までは283度あると見積もった。さらにコロンブスは経度1度の長さも現在より過少に考えていたので、スペインから大西洋を渡って日本に到達するには4,300kmの航海をすればよいと計算した。これは実際の距離よりも15,000km短い値であった。
月距法(Lunar distance method)とは、月自体の運動・位置を観測し経度を求める方法である。月食を用いる方法とは区別される。
夜、月は夜空の星々の中を移動してゆくので、ある恒星と月との位置関係は時間によって異なる。この動きを予測しておいて、基準となる地点で、ある恒星と月が最も近づく時刻を調べておく。そして航海中に観測を行い、その時間のずれから経度を求める。昼間に月が見える時は、太陽と月の角距離を調べることでも経度が求められる。
この方法はヨハネス・ヴェルナーによって1514年に唱えられた。その後ピーター・アピアンもこの方法を広めた。しかしヴェルナーやアピアンの時代には、恒星の正確な位置や月の動きについて詳しく分かっておらず、船上で月と星の距離を測る技術もなかったため、実用化には至らなかった。
ハリソンは経度委員の指示通り、H-4の設計図を提出し、自らの手でH-4の分解、組み立てを行い、原理を説明した。H-4はその後マスケリンの手により室内でテストが行われたが、この時は1日に20秒進んだりするなど、正確な時を刻むことができなかった。そのためマスケリンは、H-4は経度を測定するのに充分でないと結論した。
ハリソンはこのテストに不満を持ち、批判を行った。一方で規定に従い、1770年にH-4の複製品「H-5」を完成させた。規定によればハリソンはもう1個複製品を作らなければならないが、すでに老年となったハリソンには製作・テストのための時間が残されているとは限らなかった。
ハリソンの息子のウィリアム・ハリソンは1772年、国王に手紙を送り、現在の状況を伝えた。ジョージ3世はハリソンに同情し、H-5を使用して自らテストを行った。このテストでH-5は1日の誤差0.3秒という高い性能を発揮した。そのためハリソンは国王の協力を得ることができ、結果的に1773年、議会から賞金を受け取ることができた。
H-4はハリソン自身が作った複製品H-5の他に、時計職人ラーカム・ケンドール(en:Larcum Kendall)によっても複製が作られた。1770年に完成され「K-1」と名付けられたこの時計は、ジェームズ・クックによる2回目の航海に携行された。クックは航海中に天体観測との比較により精度を確かめ、その結果、高い精度で経度を測定できることが認められた。クックはK-1を「われわれのもっとも信頼できる友人」と呼び、帰国後にその高い性能を褒め称えた。
地図を経線と緯線で区切って、その座標で各地点の位置を表すという発想は古くから存在した。古代に地球の大きさを求めた地理学者エラトステネスは、シェネ(アスワン)とアレクサンドリアを結んだ線を基準として、それと平行に数本の直線を引いた地図を作成した。ただしこの線の間隔は現在の地図のように等間隔ではない。また、基準としたシェネとアレクサンドリアも現在の観点からいえば同一子午線上にはなく、およそ3度ほどずれている。
その後、紀元前の天文学者であるヒッパルコスは、天球と同様に地球を自転軸を持つ球とみなし球面上の角度として経緯度を定義し、360分割した経線と緯線を考え、さらにその分割した1つの区間(1度)を60分、さらにその1分を60秒で表すといった、現在のような等間隔の経緯線網を考案した。
このヒッパルコスの方法を使って、プトレマイオスは実際に経度を記入した地図を作成した。この地図では、当時世界の最西端と思われていた幸福諸島(英語版)(現マカロネシア)を子午線として、そこから経度180度までの間に約8,000箇所の経度が記されている。これらの経度は、旅行記などの資料を参考にしてまとめたものであるが、当時は経度を求める技術がまだ確立されていないため、その経度は実際よりも大きく外れたものになっている。
また同じ頃、中国でも経度の概念が生まれた。プトレマイオスと同じ時代に活躍した張衡は、地図上に縦横の線を延ばしてその座標で距離を求める方法を考え出した。これは、地図を絹織物に刺繍する際に、縦糸と横糸が交じり合うさまを見て思いついたといわれている。また3世紀になると裴秀も同じように縦横の線で位置を示す方法を提案し、その2つの座標にそれぞれ縦糸・横糸を意味する「経」「緯」という文字をあてた。