Navegación: cuestión de tiempo

Se comienza en estos días la celebración del quinto centenario de la expedición de la primera vuelta al mundo de Fernando de Magallanes y Juan Sebastián Elcano. En 2019 se cumplirán 500 años del inicio de la expedición naval promovida por la Corona de España y capitaneada inicialmente por el navegante portugués al servicio de la Corona española Fernando de Magallanes, con el propósito de abrir una nueva ruta a las islas de las Especias. Tras unas semanas de preparativos en Sanlúcar de Barrameda, la expedición zarpó el 20 de septiembre de 1519 con cinco naves y 265 hombres para regresar al cabo de tres años, después de completar la vuelta al globo, únicamente integrada por 18 supervivientes y la nao Victoria, al mando de Juan Sebastián Elcano.

Este periplo de la Marina española, a través de los océanos Atlántico, Pacífico e Índico y los cinco continentes, supuso un decisivo avance científico al confirmar la forma esférica de la Tierra, revalidando el legado de la antigüedad, y un paso de gigante en la apertura a escala mundial de los conocimientos, las comunicaciones y los intercambios de todo orden, así como en el desarrollo y proyección de Europa y, en especial, de los países ibéricos. Hoy en día casi nos parece increíble que con los medios de la época pudiera haberse efectuado tal hazaña.


La navegación en el mar fue en un principio muy similar a lo que se hacía en los primeros tiempos de la aviación, es decir, se solía navegar a la estima (dead reckoning en inglés). Para ello era necesario medir bien los tiempos y los rumbos. Al igual que en la aviación, la medición del tiempo en el mar siempre fue algo importantísimo. Desde los primeros días de la navegación marítima para poder orientarse era preciso saber la hora y el tiempo transcurrido entre marcaciones. Gracias a la medición del tiempo se podía determinar la posición del barco en alta mar. En las rutas de cabotaje (sin perder de vista la costa), la orientación era menos complicada pues siempre había algún punto reconocible que ayudaba a situar la posición del barco en un mapa. El problema surgía cuando queríamos explorar mar a dentro, perder de vista la costa durante semanas o incluso meses era muy arriesgado. Incluso con la ayuda de la brújula y la posición de las estrellas o el Sol, era bastante común desviarse de una ruta planeada y perderse. Para trazar correctamente el rumbo del barco es necesario saber con precisión en qué lugar se encuentra éste. ¿Pero cómo saberlo en alta mar?

Saber la latitud en la que nos encontramos no es complicado, pero el cálculo de la longitud hasta bien entrado el siglo XVIII fue un verdadero problema. Para calcular la latitud es suficiente con esperar a mediodía, o sea, en el momento en el que el sol está en lo más alto, para determinar el ángulo entre el astro rey y el horizonte. Sabiendo el mes y día y con ayuda de las tablas correspondientes es fácil calcular la latitud del lugar en en el que nos encontramos. Algo parecido se pueden efectuar también por la noche con las estrellas. La estrella Polar siempre nos indica la posición del Polo Norte. El ángulo también nos da la latitud. Antes de la medición del tiempo con relojes marinos de precisión, los barcos Españoles que hacían rutas comerciales podía navegar de Norte a Sur sin problemas, pero lo que no se podía era aventurarse a rutas en dirección Oeste por mucho tiempo, es decir, el problema era saber la longitud geográfica. La mejor forma que se tenía entonces era la de mantener constantes medidas de velocidad y tiempo, aunque este último no fuera muy preciso. La velocidad se medía con las famosas correderas con los nudos equidistantes hechos en de cuerda.

El famoso nudo marino que es el mismo que seguimos utilizando en aviación es ni más ni menos que la velocidad de 1.852 metros (una milla náutica) por hora. Ocurre que 1.852 metros es precisamente un minuto de arco de meridiano (...y por lo tanto 1° son 60 millas náuticas), por ello se adoptó esta medida en náutica para la navegación. Navegar Norte-Sur es de esta forma un juego de niños. Una carabela española podría navegar a unos 8 nudos (casi 15 km/h). En rutas Norte-Sur 10 horas representaban 150 km (más o menos), pero el problema de navegar Este-Oeste estriba en que los meridianos convergen en los polos y solo son paralelos en el ecuador. La distancia entre meridianos varía con el coseno de la latitud, esto es lo que se conoce en inglés como "Departure". Un minuto o un grado de arco de paralelo en cualquier sitio que no sea el ecuador (círculo máximo) es diferente al minuto o grado de arco de un meridiano en términos de distancia (millas náuticas). 

La longitud se define como el punto en que corta un meridiano el ecuador o cualquier otra punto de un paralelo de latitud norte o sur, al ser la tierra redonda el ecuador es un círculo de 360º, como además el día tiene veinticuatro horas, si dividimos los 360 grados entre 24 horas sabremos que a cada hora de diferencia le corresponden 15 grados.

En realidad el radio polar de la tierra es 6.356.800 metros. La longitud de la circunferencia con este radio son 39.940.952,36 metros y si dividimos esta cantidad por 360° obtenemos 110.947,09 metros cada grado. Como cada grado son 60 minutos; 110.947,09/60 = 1.849,11 metros. Por convención en 1929 se adoptó la distancia de 1.852 metros como milla marina (la misma que utilizamos en los aviones). 

Los marinos necesitaban para saber con precisión dónde estaban, la hora exacta de su posición y la hora de referencia de un lugar concreto, con esos dos datos se podría calcular perfectamente la longitud. El problema es que entonces no se disponía de un reloj suficientemente fiable. En realidad, hasta la segunda mitad del siglo XVIII no se inventaron relojes específicos para ser embarcados y que soportasen los vaivenes de un barco, la humedad, el salitre y los cambios bruscos de temperatura.

Todos los países poderosos de la época (siglos XVII y XVIII) se dieron cuenta inmediatamente de la importancia de poder saber la posición exacta de sus navíos, Para evitar que se perdieran cargas valiosas, se promovieron por parte de los gobiernos diferentes proyectos científico-técnicos para la búsqueda de un cronómetro suficientemente preciso que pudiera superar los inconvenientes de los viajes en barco. El Rey de España Felipe III asignó una recompensa de mil escudos para la solución de la medición del tiempo de forma precisa y los Estados Generales de Holanda establecieron un premio de treinta mil florines para la solución de esa tarea. Se hizo famoso el Decreto de la Longitud aprobado por el parlamento británico en 1714, por el que se otorgaba un premio de 20.000 libras esterlinas a quien lograse determinar la longitud con precisión. Para ello, el reloj que ganase se debía someter a la prueba de un viaje desde Inglaterra hasta América y los cálculos que realizase no debían tener un error de más de un grado de diferencia. Hacia el año 1735, John Harrison, un relojero inglés desconocido logró construir el primer cronómetro que reunía las características necesarias para superar los problemas de a bordo. No se parecía en nada a los relojes de péndulo convencionales, utilizó diferentes materiales para contrarrestar las dilataciones y presiones.

El parlamento inglés tambien creó una comisión especial para la definición de las longitudes en la que participaron los científicos más importantes del momento: Sir Isaac Newton, Samuel Clarke y otros. Newton en su informe ante la comisión del parlamento expuso la esencia del problema y las dificultades en su solución. ¿Y en qué consistían esas dificultades?

El determinar la longitud del lugar dado significa saber en cuántos grados, minutos y segundos angulares dista el meridiano que atraviesa ese punto con relación al meridiano cero. Supongamos que ya contamos con un reloj suficientemente exacto, como el inventado por John Harrison. Ahora vamos a desplazarnos con ese reloj desde el meridiano cero u origen hacia el Este. Vamos a parar en un lugar que se encuentra en el grado 15 de longitud Este y esperamos el mediodía. En este lugar el mediodía tendrá lugar a las 12 según la hora local. Aquí mismo en ese mismo momento el reloj que hemos cogido y que anda según la hora del meridiano cero muestra solamente las 11 de la mañana. Eso está claro pues nos hemos desplazado en 1/24 parte de la circunferencia terrestre al encuentro del Sol. Si nos hubiésemos desplazado 30° hacia el Este, la diferencia entre el tiempo local y el del meridiano cero sería de dos horas, etc. Lo mismo es válido para cualesquier par de puntos de observación, así que como punto de referencia no es necesario elegir el meridiano cero, pues puede servir también el meridiano de Madrid u otro cualquiera. De esta manera por la diferencia de las horas locales de dos puntos de observación puede determinarse la diferencia de sus longitudes. Además, si se conoce la longitud de uno de los lugares respecto al meridiano cero, se puede saber la longitud del segundo.

Así, pues, para determinar la longitud del punto de observación dado es necesario saber la hora local del lugar dado y la hora local del otro lugar, cuya longitud es de antemano conocida exactamente. La hora local para el lugar dado se determinaba por medio de observaciones con un sextante. El navegante comienza las observaciones un poco antes del mediodía y calculando los ángulos bajo los que se ve el Sol, el momento en el que el astro Rey se ve bajo el ángulo máximo nos encontramos en el verdadero mediodía para el lugar dado. El ángulo bajo el cual se ve en ese preciso momento el Sol permite calcular la latitud geográfica del punto de observación. Para determinar la longitud geográfica es necesario saber además la hora local del meridiano cero o de cualquier lugar determinado, por ello era tan importante contar con un buen reloj. Para determinar en el lugar dado la hora local de otro punto, cuya longitud es conocida, se solía hacer por el denominado método de transporte del reloj. Este consistía en ajustar el reloj antes de emprender el viaje por mar con la hora local de Sevilla por ejemplo, con ello se podía dar solución a la segunda parte de la tarea: indicar la hora local del lugar, cuya longitud es conocida. El método de transporte del reloj fue propuesto por primera vez en 1510 por el español Alonso de Santa Cruz. Pero entonces aún no existían relojes lo suficientemente precisos para ese fin. Los relojes de ruedas eran enormes y poseían una precisión muy baja. Los relojes de péndulo fueron inventados sólo medio siglo después. Después de eso se necesitaron unos 150 años más para hacerlos lo suficientemente exactos.

Hoy en día con los satélites espaciales y los relojes atómicos de nuestro sistema GPS somos tan precisos navegando, que podemos hacer aproximaciones instrumentales curvas "a ciegas" entre montañas, con una precisión en la desviación lateral de 0,1 millas náuticas. Pero si todo fallara, todavía llevamos en nuestras cabinas de pilotaje los relojes cronómetro (de última generación) que nos ayudarían a continuar navegando a la estima como en aquellos años de la navegación marítima.