Гаррисон родился в деревне Фоулби прихода Рэгби в Йоркшире в мае 1693 г. Он был сыном плотника и столяра на службе сэра Роланда Уинна из Ностелл-Прайори. Джон был старшим сыном в большой семье. В шесть лет он переболел оспой; выздоравливая, мальчик часами смотрел на работающий механизм и слушал тиканье часов, которые клали на его подушку. Когда ему было семь лет, семья переехала в Барроу в Линкольншире. Там он освоил ремесло отца и несколько лет работал вместе с ним. Иногда ему случалось подзаработать немного на стороне землемерными и геодезическими работами, но его гораздо больше интересовала механика. Вечерами юноша изучал изданные лекции Николаса Саундерсона по математике и физике. Он переписывал их от руки вместе со всеми диаграммами. Одновременно он изучал механизмы больших и малых часов, учился их ремонтировать и размышлял о том, как их можно улучшить. В 1715 г., в двадцать два года, он изготовил свои первые стоячие часы, или «регулятор». Единственной примечательной особенностью их механизма было то, что все шестеренки и колесики в нем, за исключением анкерного колеса, были дубовыми, причем каждый зубчик каждой шестеренки был выточен отдельно и посажен в паз на ободе.

Значительная часть механических неполадок, которые Гаррисону приходилось встречать в самых разных часах, была вызвана тем, что металлы, из которых были изготовлены их детали, сжимались и расширялись. Маятники, например, обычно делали из железного или стального стержня со свинцовым грузиком на конце. Зимой стержень становился короче и часы начинали спешить, а летом стержень удлинялся и заставлял часы отставать. Первым серьезным вкладом Гаррисона в часовое дело стало то, что придумал «решетчатый» маятник, названный так из-за своего вида. Гаррисон знал, что латунь и сталь расширяются при заданном росте температуры в соотношении три к двум (100:62). Поэтому он изготовил маятник из девяти чередующихся стальных и латунных стержней, соединенных таким образом, что температурное расширение или сжатие стержней из разного материала компенсировалось, а общая длина маятника оставалась неизменной.

Точность часов не может быть выше, чем эффективность регулятора хода – устройства, которое высвобождает на секунду, более или менее точно, движущую силу механизма, такую как тяжесть подвешенного груза или натяжение взведенной пружины. Однажды Гаррисона пригласили отремонтировать башенные часы, которые отказывались идти. Осмотрев часы, мастер обнаружил, что требуется всего лишь смазать места крепления оси регулятора хода. Он смазал их и вскоре начал придумывать устройство такого регулятора хода, который не требовал бы смазки. В результате появился остроумный регулятор хода – «кузнечик», который работал почти без трения, а заодно и без шума. Однако устройство это было чрезвычайно чувствительным – без всякой на то необходимости – и часто выходило из строя из-за пыли или ненужной смазки. Этих двух изобретений уже было бы достаточно – или почти достаточно – для того, чтобы произвести революцию в часовой индустрии. Одни из двух изготовленных Гаррисоном напольных часов, которые он снабдил усовершенствованным маятником и регулятором-«кузнечиком», в течение четырнадцати лет ни разу не отстали и не ушли вперед больше чем на секунду в месяц.

Гаррисону было двадцать один год, когда парламент объявил о награде в 20 000 фунтов стерлингов за надежный метод определения долготы в море. Он не закончил еще даже первых своих часов, и сомнительно было всерьез рассчитывать выиграть такие огромные деньги, но, безусловно, ни один молодой изобретатель не имел перед собой столь сказочной цели – и при этом столь малой конкуренции. Но все же Гаррисон не спешил, не торопился даже тогда, когда ему, вероятно, стало очевидно, что он почти уже может требовать обещанное вознаграждение. Наоборот, подлинной его целью было довести до совершенства морской хронометр – и как точный инструмент, и как совершенное произведение искусства. А денежное вознаграждение мастер рассматривал всего лишь как неизбежный результат.

Первый морской хронометр Джона Гаррисона, № 1, и его же № 4, который взял приз и решил проблему определения долготы в море

Сцена топографической съемки XVI в. Показано изготовление инструментов и их использование в полевых условиях

Первые двое чудесных напольных часов Гаррисон закончил в 1726 г., в возрасте тридцати трех лет. В 1728 г. он отправился в Лондон, прихватив с собой полномасштабные модели решетчатого маятника и регулятора-«кузнечика», а также рабочие чертежи морских часов, которые он надеялся изготовить, если сможет получить финансовую помощь от Комиссии по долготе. Он нанес визит Эдмунду Галлею, Королевскому астроному, который одновременно являлся членом комиссии. Галлей посоветовал ему не полагаться на помощь Комиссии по долготе, а переговорить с Джорджем Грэхемом, ведущим английским часовых дел мастером. Гаррисон пришел к Грэхему однажды утром в десять часов, и они вдвоем проговорили до восьми вечера о маятниках, регуляторах хода, заводных механизмах и пружинах. Гаррисон ушел оттуда счастливым. Грэхем посоветовал ему сначала сделать часы, а уже потом обращаться в Комиссию по долготе. Он также предложил Гаррисону деньги в долг для работы над часами и не захотел даже слышать о процентах и обеспечении. Гаррисон вернулся домой в Барроу и провел следующие семь лет в работе над первым морским хронометром – своим № 1, как его позже назвали.

Кроме жары и холода – главных врагов любого часовых дел мастера, – Гаррисон сосредоточился на исключении трения – или, по крайней мере, на уменьшении его до абсолютного минимума. Он неустанно работал над каждой подвижной деталью и придумал множество остроумных способов избавляться от трения; некоторые из этих способов шли вразрез с общепринятыми тогда принципами изготовления часов. Вместо маятника, который не годится для работы в море, Гаррисон разработал два гигантских баланса весом примерно по пять фунтов каждый и соединил их проволокой, пропущенной по латунным дугам таким образом, что их движения в любой момент были противоположны. Благодаря этому любое действие, произведенное на один из балансов движением судна, компенсировалось вторым балансом. Он модифицировал и упростил свой регулятор хода – «кузнечик» и установил на двух барабанах две отдельные ходовые пружины. Эти часы были закончены в 1735 г.

В № 1 Гаррисона не было никакой красоты или изящества. Он весил 72 фунта и выглядел просто как какая-то неуклюжая машина. Однако всякий, кому случалось видеть его и изучить его устройство, спешил объявить прибор шедевром изобретательности; кроме того, его работа не соответствовала его внешнему виду. Гаррисон установил корпус часов на карданной подвеске и некоторое время неофициально испытывал их на барже на реке Хамбер. Пять членов Королевского общества осмотрели его часы, изучили механизм и выдали Гаррисону сертификат, в котором подтверждалось, что принцип действия его хронометра обещает достаточную точность, чтобы удовлетворить требованиям акта королевы Анны. Этот исторический документ, открывший перед Гаррисоном двери Комиссии по долготе, подписали Галлей, Смит, Брадлей (Брэдли), Мэчин и Грэхем.