18세기, 범선의 시대는 절정에 달해 있었다. 유럽의 제국들은 광대한 해군 함대를 거느렸고, 상인들은 전 세계 무역을 위해 위험천만한 바다를 가로질렀으며, 제국주의적 야망은 선박들을 지구상의 모든 바다로 몰아넣었다. 그러나 이 시대의 화려한 영광 뒤에는 수많은 생명과 재산을 앗아간 치명적인 항해상의 결함이 존재했다. 그것은 바로, 바다에서 경도를 정확하게 측정할 수 없다는 문제였다.
위도, 즉 남북 위치는 태양이나 북극성의 고도를 이용해 계산할 수 있었다. 그러나 경도를 알기 위해서는 기준점(대개 영국 그리니치)의 정확한 시각과 선박에서 측정한 현지 시각을 비교해야 했다. 시차 1시간은 경도 15도의 차이, 즉 대양 위에서 수백 해리에 달하는 위치 오차로 이어질 수 있었다.
그 결과는 참혹했다. 배들은 종종 목적지 항구를 놓치거나, 숨겨진 암초에 걸려 좌초하거나, 아예 바다 한가운데서 길을 잃었다. 해전조차 약속된 위치에 함대가 모이지 못해 시작도 전에 패배하기 일쑤였다. 1707년 스실리 해역에서 발생한 대참사에서는 항해 오류로 인해 영국 해군 군함 4척이 침몰해 1,400명이 넘는 목숨이 희생됐다. 이는 영국 사회에 큰 충격을 주었고, 의회가 행동에 나서게 만들었다.
1714년, 영국 정부는 경도상을 제정했다. 바다에서 경도를 실용적이고 안정적으로 측정할 수 있는 방법을 찾는 사람에게 최대 2만 파운드(현재 가치로 수백만 파운드에 해당)를 지급한다는 것이었다. 이 발표는 해양사의 흐름을 영원히 바꾸는 신호탄이 되었다.
경도의 문제 – 과학과 바다가 만나다
수세기 동안 선원들은 속도·방향·시간으로 위치를 추정하는 ‘추측항법(dead reckoning)’에 의존했다. 그러나 이 방식은 작은 실수가 시간이 지남에 따라 눈덩이처럼 불어나는 치명적인 약점을 지니고 있었다. 천문학자들이 선호한 ‘달 거리법’은 달과 별 사이의 각거리를 측정하고, 방대한 항해표를 참조하는 방법이었다. 이론상 정확했지만, 실제로는 계산에 시간이 오래 걸리고 고도의 수학 능력을 필요로 했으며, 맑은 날씨가 필수였다.
기계식 시계가 해답이 될 수 있다는 기대도 있었다. 그러나 18세기 시계는 바다 환경에서 극도로 불안정했다. 파도의 흔들림, 습도 변화, 온도 차이로 인해 진자의 진동이 고르지 못했고, 용수철은 팽창과 수축을 반복했다. 하루에 단 몇 초만 오차가 나도, 수주간 항해 후에는 수백 해리의 위치 착오가 발생할 수 있었다.
이것은 단순히 선원 개인의 문제가 아니라 국가적 사안이었다. 정확한 항해는 안전한 무역로, 더 빠른 항해, 그리고 군사적 우위를 의미했다. 경도 문제를 해결하는 것은 곧 제국이 세계 무역을 지배하는 열쇠였다.
존 해리슨 – 시골 시계공에서 국가 영웅으로
존 해리슨은 1693년 영국 요크셔의 시골 마을 폴비에서 태어났다. 그는 정규 교육은 거의 받지 못했지만, 기계에 대한 놀라운 직관을 지니고 있었다. 젊은 시절, 그는 자신이 직접 만든 도구만으로 첫 번째 목제 시계를 제작했다. 정밀함에 대한 그의 집착은 평생 이어졌다.
해리슨은 특별히 설계된 시계라면 바다의 가혹한 환경을 견딜 수 있다고 믿었다. 그는 섬세한 진자에 의존하는 대신, 균형추 메커니즘과 이금속 스트립을 사용해 온도 변화의 영향을 보정하는 새로운 방식을 시도했다. 그의 첫 번째 해상 시계 H1(1735)은 나무와 황동으로 만든 대형 개방형 구조물로, 선박의 흔들림을 상쇄하기 위해 상호 반대 방향으로 움직이는 균형장치를 갖추고 있었다.
H1과 그 후속기 H2는 가능성을 보여주었으나 여전히 기계적 한계가 있었다. 해리슨은 굴하지 않고 19년 넘게 연구를 이어가 H3를 완성했으며, 여기에는 새로운 이스케이프먼트 설계와 롤러 베어링이 도입되었다. 그러나 진정한 혁신은 네 번째 시도인 H4에서 탄생했다.
H4 – 손바닥 위의 정밀함
1759년에 완성된 H4는 이전 모델들과 달리 직경 약 13cm의 대형 회중시계 형태였다. 고주파 밸런스 휠을 장착해 시간 오차를 대폭 줄였고, 온도 보정 장치 덕분에 금속의 팽창과 수축이 정밀도에 거의 영향을 주지 않았다.
1761년, 해리슨의 아들 윌리엄은 H4를 가지고 HMS 뎁트포드 호에 승선해 자메이카로 향했다. 81일간의 항해 후, 시계의 오차는 단 5초에 불과했으며, 이는 약 1해리(약 1.85km)의 위치 오차에 해당했다. 당시 해양사에서 전례 없는 기록이었다.
그럼에도 불구하고, 기계식 해법에 회의적인 천문학자들이 장악한 경도위원회는 해리슨에게 상금을 전액 지급하길 주저했다. 그들은 추가 시험을 요구하며 절차를 10년 이상 지연시켰다. 결국 1773년, 조지 3세 국왕의 개입 후 의회는 해리슨에게 8,750파운드를 지급했다. 이때 그는 이미 80세였다.
해상 크로노미터의 영향 – 제국, 탐험, 그리고 안전
해리슨의 시계 덕분에 선장은 이제 전례 없는 정확도로 항해할 수 있었다. 영국 해군은 즉시 이 기술을 도입해 세계 해상 전쟁에서 결정적인 우위를 점했다. 상선들은 더 빠르고 직선에 가까운 항로를 선택할 수 있었고, 긴 항해에서 걸리는 시간을 단축해 폭풍과 해적의 위험을 줄였다.
항해 위험이 감소하자 해상 보험료가 내려갔고, 무역이 안정되면서 상품 가격도 하락했다. 증기선이 등장하기 전까지, 이는 사실상 전 세계를 실시간으로 연결하는 혁신이었다.
19세기에 들어서면서 크로노미터는 모든 선박의 필수 장비가 되었고, 매년 수천 대가 제작됐다. 이 덕분에 제임스 쿡 선장 같은 탐험가들은 새로운 지역을 정확히 지도에 기록할 수 있었으며, 현대 지도 제작의 기틀이 마련되었다.
황동 톱니에서 원자 초까지
해리슨이 세운 정밀 시계 제작 원리는 현대 항법 시스템의 토대가 되었다. 해상 크로노미터가 경도를 결정하던 역할은 오늘날 GPS 위성과 동일하다. GPS는 수십억 분의 1초 단위까지 정확한 원자 시계에 의존하며, 이 정밀성이 없으면 항공, 해상 물류, 심지어 스마트폰 내비게이션도 불가능하다.
이처럼 바다 위의 모든 선박, 하늘 위의 모든 항공기, GPS로 길을 찾는 모든 차량은 자학(自學)으로 기술을 익힌 요크셔의 한 장인에게 빚을 지고 있는 셈이다. 그의 시계는 단순한 기계가 아니라 탐험·무역·문화 교류를 가능하게 한 글로벌 네트워크의 초석이었다.
결론 – 집념이 남긴 유산
존 해리슨은 학문적 의미에서 과학자를 자처하지 않았지만, 장인정신·실험정신·완고한 집념의 결합으로 역사상 가장 위대한 과학적 난제를 해결했다. 그의 해상 크로노미터는 수많은 목숨을 구했을 뿐 아니라 18세기와 19세기 세계의 지정학적 판도를 바꾸었다.
오늘날, 위성이 우리의 기기에 정확한 좌표를 전송하는 시대에, 한때 시간 측정의 정밀도가 국가의 운명을 좌우했다는 사실을 잊기 쉽다. 해리슨의 발명은 인류의 야망과 거대한 바다 사이의 간극을 메운, 톱니와 용수철이 이룬 조용한 혁명이었으며, 그 울림은 지금도 우리가 떠나는 모든 여정 속에 살아 있다.
답글 남기기