Alexander Ross Clarke - Alexander Ross Clarke

Alexander Ross Clarke
Alexander Ross Clarke i 1861
Født	( 1828-12-16 )16. desember 1828 Reading , England
Døde	11. februar 1914 (1914-02-11)(85 år gammel) Reigate , England
Nasjonalitet	Britisk
Kjent for	The Principal Triangulation of Great Britain , Reference ellipsoids , Textbook on geodesy .
Utmerkelser	Royal Medal of the Royal Society , Companion of the Order of the Bath
Vitenskapelig karriere
Enger	Geodesi
Institusjoner	Ordnance Survey

Oberst Alexander Ross Clarke FRS FRSE (1828–1914) var en britisk geodesist , først og fremst husket for sin beregning av Principal Triangulation of Britain (1858), beregningen av Jordens figur (1858, 1860, 1866, 1880) og en av de viktigste lærebøkene i Geodesy (1880). Han var offiser for Royal Engineers ansatt i Ordnance Survey .

Biografiske detaljer

Kilder

De grunnleggende materialkildene om Clarke er de to artiklene av Charles Close , en av direktørene for Ordnance Survey . Den første var en artikkel for Royal Engineers Journal ( Close 1925 ) og den andre, en revidert og utvidet versjon, dukket opp i Empire Survey Review ( Close 1943 ). Selv om Close var nesten tretti år yngre enn Clarke, og begynte i Ordnance Survey først etter at Clarke gikk av med pensjon, kjente de hverandre godt, og de samarbeidet om artikkelen Map for den ellevte utgaven av Encyclopædia Britannica . Mye av Closes materiale er inkorporert på nettsiden REubique ( de Santis 2002 ) sammen med detaljer om hans militære karriere og ytterligere informasjon formidlet av en av Clarkes levende etterkommere. Andre informasjonskilder finnes i Times of London og dødsannonser i flere lærde samfunn. To nylige historier fra Ordnance Survey inkluderer informasjon om Clarke: Owen og Pilbeam og Seymour.

Familiebakgrunn og utdannelse 1828–1850

Clarke ble født i Reading, Berkshire, England 16. desember 1828. Hans skotske far, David Ross Clarke, hadde reist til Jamaica som ung kjøpmann og der giftet han seg med Elizabeth (Eliza) Ann Hall, datter av oberst Charles William Hall og Isabella Ann Ford, 8. mars 1827 i Kingston. De kom til England for fødselen av Alexander, men de må ha kommet tilbake til Jamaica veldig snart etterpå, for Alexander ville senere regalere sine egne barn med historier om barndomsopplevelsene sine i kolonien. ( Close1925 )

Foreldrene, David og Eliza, var tilbake i England i 1834, men de flyttet snart opp til Davids familiehjem på Eriboll helt nord i Skottland. Skolelæringen der var primitiv, men effektiv. Close (1943) gjentar en anekdote fortalt av Alexanders yngre bror: "Jeg vet ikke hvilken skolegang han hadde i de unge dagene, men jeg husker at han fortalte meg om en dominie som satte ham under skrivebordet og sparket ham av og til, også hvordan taws ble brukt. Uansett lærte han latin og matematikk. " Close legger til at "Matematikken som dermed ble sparket inn i ham, bestemte karrieren hans etter livet."

Clarke på 22

David Clarke og familien flyttet til London, før 1846, og bosatte seg til slutt på 35 Devonshire Place, hvor han døde i 1861. Hans kone, Eliza Ann, døde i 1887. Det var fra denne London -adressen Alexander Clarke, i en alder av sytten i 1846, søkte på Royal Military Academy, Woolwich som en gentleman -kadett. Clarke var veldig uforberedt på opptaksprøven, etter å ha forlatt et mellomrom på bare tre uker for revisjon, og han ble plassert nederst på kandidatlisten. På Woolwich ville han gjennomgå grunnleggende militær trening og formell undervisning i emner som matematikk og ingeniørfag. Clarke utmerket seg på studiene, og han sviktet først, med "ryktet for å være en usedvanlig dyktig ung mann" ( Close 1943 ). Han ble bestilt som andre løytnant i Royal Engineers 1. oktober 1847.

Etter igangkjøringen gikk Clarke på Young Officers Course på Royal School of Military Engineering i Chatham, og der ville han ha studert landmåling så vel som militæringeniør. Han ble forfremmet til rang som løytnant 11. juli 1849 på slutten av kurset.

Ordnance Survey 1850–1881

I 1849, i løpet av de siste månedene av sin tid i Chatham, bestemte Clarke seg for å prøve seg på Ordnance Survey, og han tok en indirekte tilnærming til superintendenten, oberst Hall, gjennom de gode kontorene til oberst Reid, hans tidligere professor ved Royal Military Academy ( Lukk 1925 ). Hall hadde ingen midler til å ansette Clarke det året, men han rekrutterte ham året etter da regjeringen godkjente finansiering for utarbeidelse av den endelige rapporten om Principal Triangulation of Great Britain . Dette var et passende øyeblikk, for undersøkelsen hadde nylig mistet noen av sine øverste ansatte, og på samme tid hadde Hall forvist kaptein William Yolland , det dyktigste medlemmet av undersøkelsen, til det fjerneste kontoret i Enniskillen.

Før Clarke kunne gjøre fremskritt i beregningen av trianguleringen, grep krigskontoret inn og sendte ham brått til militærtjeneste i Canada. Innleggets art er ikke registrert, men det hadde et godt utfall. Clarke møtte og giftet seg med Frances Maria, yngste datter av oberst Matthew C. Dixon, hans kommandant.

Superintendent Hall trakk seg i 1854 og Yolland , det mest kompetente medlemmet i undersøkelsen, ble overført til fordel for oberst Henry James . Yolland trakk seg umiddelbart og Clarke var den eneste kvalifiserte kandidaten for analysen av trianguleringen. (James var ikke matematiker.) Omfanget av denne oppgaven diskuteres nedenfor . Rapporten ble fullført innen 1858, en ekstremt kort periode. Hans forsøk ble belønnet av hans militære forfremmelse til 2. kaptein i 1855 og ved å bli utnevnt til sjef for de trigonometriske og utjevningsavdelingene ved Ordnance Survey i 1856.

Clarke jobbet intenst med en rekke store prosjekter ( nedenfor ) i løpet av de 27 årene til 1881, som alle ble beskrevet i omfangsrike rapporter. Det ser ut til at Clarke har fått det godt nok med superintendent James til tross for James's vane med å ha navnet sitt godt i spissen for disse rapportene. Den totale opplevelsen av disse årene ble destillert i Clarkes berømte lærebok, Geodesy .

Clarkes bidrag til undersøkelsen forbedret ryktet sterkt. Selv ble han anerkjent som en av de største geodesistene i verden, og han ble hedret med stipendier ved Royal Society of London (1862) og Philosophical Society of Cambridge (1871). Han ble også valgt til et korresponderende medlem av Russian Imperial Academy of Sciences (1868). Han ble gjort til en ledsager av den mest ærverdige orden i badet i 1870. Hærens forfremmelser var for kaptein (1861), major for hærrangering (1871), major for regimentell rang (1872), oberstløytnant (1872) og oberst ( 1877). (Se de Santis 2002 ).

Familien Clarke bodde i Southampton fra 1854 til 1881, de siste tjue årene i en fasjonabel georgisk eiendom på 21, Carlton Crescent. Familien var stor, ni døtre og fire gutter, hvorav en døde ung. I løpet av intens aktivitet med undersøkelsen foretrakk Clarke å jobbe hjemme med denne store familien rundt seg. ( Lukk 1925 ). To av jentene og de tre guttene giftet seg. En sønn, Eric Manley Clarke, var senere den første læreren i matematikk ved Lincoln Agricultural College (nå Lincoln University ) i Lincoln , New Zealand.

Pensjon og arv 1881–1914

Superintendent James trakk seg i 1875, og han ble etterfulgt av hans stedfortreder, oberst John Cameron. Han døde plutselig i 1878, og etter hans død ble Clarke utnevnt til fungerende sjef for undersøkelsen til utnevnelsen av oberst Anthony C. Cooke. Det var overraskende at Clarke selv ikke ble utnevnt. Tre år senere grep krigskontoret inn i karrieren igjen; "en tjenestemann av en kjent type våknet til det faktum at han hadde vært på en hjemmestasjon ( dvs. undersøkelsen i Southampton) i tjue-sju år, og han ble beordret til å dra til Mauritius " ( Close 1943 ). Clarke, en mann med noe forhastet humør (Close), var sterkt lei for denne oppsummeringsordren som innebar et så fullstendig brudd på hans livsverk, og han sendte straks sin avgang fra hæren. Til tross for protester mot krigskontoret fra det vitenskapelige etablissementet, fikk Clarkes avgang stå. "Clarkes pensjonisttilværelse var en virkelig katastrofe for undersøkelsen, og hans avgang senket hele tonen og vitenskapelige statusen til avdelingen i mange år." ( Lukk 1925 ).

Fra 1881 blir Clarkes engasjement med geodesi mer og mer uklar. I oktober 1883 var han og Airy de britiske delegatene på den internasjonale geodetiske konferansen i Roma, og i 1884 representerte han Storbritannia på den internasjonale meridiankonferansen . Deretter publiserte han ikke ytterligere arbeider om emnet bortsett fra hans revisjon, sammen med Helmert , av hans Encyclopædia Britannica -artikler. Hans berømmelse ble ikke redusert på noen måte: han ble utnevnt til æresstipendiat for både Royal Society of Edinburgh (1892) og Royal Astronomical Society . Hans mest prestisjefylte utmerkelse var Royal Medal of the Royal Society of London i 1887. Teksten i sitatet er som følger:

"Medaljen, som i henhold til den vanlige regelen er viet matematikk og fysikk, har i år blitt tildelt oberst A. Clarke for hans sammenligning av standarder for lengde og bestemmelse av jordens figur. Oberst Clarke var i rundt 25 år den vitenskapelige og matematiske rådgiveren for Ordnance Survey, og mens han handlet i denne egenskapen, ble han kjent for hele den vitenskapelige verden som besitter unik kunnskap og makt for å håndtere de komplekse spørsmålene som oppstår innen geodesi -vitenskapen. sammenligning av lengdestandarder, utført under general Sir Henry James, RE, blir universelt sett sett på som modeller for vitenskapelig presisjon Hans bestemmelse av jordens elliptisitet og dimensjoner ut fra de store buer av meridian og lengdegrad innebar en meget høy matematisk evne og en enorm mengde arbeid. Konklusjonen han kom til fjernet en tilsynelatende uoverensstemmelse mellom resultatene av pendeleksperimenter og de d hentet fra geodesi, og er generelt akseptert som den beste tilnærmingen som hittil har oppnådd med hensyn til jordens figur. "

Clarke med døtre

Ved pensjonisttilværelse flyttet Clarke til Reigate med sin kone og flere ugifte døtre. Hans kone døde i 1888. Med bare hans hærpensjon for å forsørge familien var han under trange omstendigheter, og han ble tvunget til å si opp abonnementene til London -klubber og de lærde samfunnene. Disse inkluderte hans medlemskap i Royal Society, men i 1888 ble han hedret ved re-opptak uten gebyrer. Sønnen hans forteller at han til og med solgte sin kongelige medalje, for førti pund, men ga halvparten bort til veldedighet. Selv om Clarke koblet seg fra studiet av geodesi, var han tydelig mentalt aktiv til en veldig god alder. Beretningene fra Close nevner mikroskopi, problem med fire farger, musikk og fremfor alt religion.

Alexander Ross Clarke døde 11. februar 1914 i Reigate . Det er en kort nekrolog i Times (1914), men Royal Society nekrolog og Nature nekrolog er mer omfattende. I mange år var han den mest fremtredende geodesisten i Storbritannia.

Store geodetiske bidrag

Principal Triangulation, 1858

Det viktigste trianguleringsnettet over Storbritannia, 1860.

The Principal Triangulation of Great Britain ble initiert av Board of Ordnance i 1791 og utført under ledelse av William Mudge og Thomas Frederick Colby . Feltarbeidet ble fullført i 1853, akkurat som Clarke begynte i styret. Analysemetodene hadde blitt planlagt i kontur av William Yolland , hans forgjenger i spissen for den trigonometriske seksjonen, men det falt på Clarke å fullføre metodene og gjennomføre dem til ferdigstillelse. Dette oppnådde han i de fire årene fra 1854 til 1858: rapporten ble utgitt som Clarke & James (1858b), men det er helt og holdent Clarkes verk. Grunndataene var innsamling av vinkellagre tatt fra hver av de 289 stasjonene mot en rekke andre stasjoner, vanligvis fra tre til ti i antall. De flere observasjonene ble først utsatt for en analyse av minst kvadraters feil for å trekke ut de mest sannsynlige vinklene, og deretter ble trekanter dannet av de korrigerte lagrene justert samtidig, igjen med minst kvadraters metoder, for å finne den mest sannsynlige geometrien for hele masken. Dette var et enormt foretak som involverte løsningen av 920 ligninger uten hjelp av matrisemetoder eller digitale datamaskiner. De eneste tilgjengelige datamaskinene var det levende personellet i den trigonometriske seksjonen, tjueen av dem. Når trekantene var fikset, var det da mulig å beregne alle sidene av masken i form av lengden på en av basene, den ene av Lough Foyle i Irland og den andre på Salisbury -sletten . Undersøkelsens nøyaktighet var slik at når lengden på Lough Foyle -basen ble beregnet gjennom trianguleringsnettet fra Salisbury -basen, var feilen bare 5 tommer sammenlignet med den målte lengden (41,640.887 fot eller omtrent 8 miles). Det siste trinnet var å bruke avstandene og vinklene til å regne ut breddegrad og lengdegrad for hvert trianguleringspunkt på Airy ellipsoid.

Det naturlige hendelsesforløpet etter en primær triangulering er å konstruere en sekundær triangulering med sider på noen få miles, og deretter en tertiær triangulering på menighetsnivå for å vise alle viktige detaljer. Dessverre skjedde dette ikke fordi utfyllingen hadde pågått i femti år med topografisk kartlegging, med kart som allerede var publisert på fylkesbasis. Noen av disse kartene hadde opprinnelse som var knyttet til den primære trianguleringen, og noen ikke. Som et resultat var fylkeskartene bare løst knyttet til hovedtrianguleringen, og det ble ikke forsøkt å revidere dem.

Figur av jorden, 1858

En perspektivprojeksjon som viser meridianbuer som ble brukt til å beregne jordens figur, 1860.

Triangulasjonens breddegrader og lengdegrader ble beregnet på den luftige ellipsoiden som halvakselen ( a ) og omvendt utflating ( c = 1/f med f = 1-b/a ) er

• a = 20923713 fot,      c = 280,4. (Luftig 1830)

I den nest siste delen av Principal Triangulation sammenlignet Clarke de beregnede breddegrader med de faktiske observerte verdiene, og han justerte ellipsoidparametrene slik at forskjellene ble minimert i minst kvadrater. Resultatet ble

• a = 20927005 fot,      c = 299,33. (Best passende ellipsoid for GB, 1858)

Disse verdiene var av akademisk verdi bare siden Storbritannia fortsatte å definere breddegrad og lengdegrad på Airy ellipsoid eller, etter 1936, en litt modifisert versjon.

I den siste delen av rapporten kombinerte Clarke de britiske dataene med dataene for meridianbuer i Frankrike, Russland, India, Preussen, Peru, Hannover og Danmark. Resultatet ble

• a = 20926348 fot,      c = 294,26. (Clarke 1858.)

Triaksial figur av jorden, 1860

I Clarke (1861) bemerker han at general TF de Schubert hadde publisert et papir der han hevdet at meridianbue -dataene viste at jordens ekvator var elliptisk i form. Clarke ble bedt om å analysere et større datasett hvorfra han utledet at hvis jorden virkelig var en treaksial ellipsoid med en polær halvakse ( c ) og halvakser a (maksimum) og b (minimum) i ekvatorialplanet , deretter

• c = 20853768 fot,      a = 20926485 fot, ved 13 ° 58′30 ″ E       b = 20921177 fot, ved 103 ° 58′30 ″ E

slik at den inverse utflatingen varierte mellom 309,4 og 286,8. (Forskjellen i de ekvatoriale halvakser er omtrent en kilometer.) Imidlertid estimerte Clarke feilene i resultatene og fant at feilen i lengdegrader kan være så mye som 20 °. Derfor fastholdt han at dataene ikke var nøyaktige nok til å rettferdiggjøre en treaksial modell.

Utjevning av Storbritannia, 1861

Hovedlinjer for spiritutjevning i England, 1860

I tillegg til bestemmelsen av den nøyaktige plasseringen av de trigonometriske punktene, har undersøkelsen fastslått den nøyaktige høyden til en rekke grunnleggende referanseverdier ved å utjevne vann i årene 1839 til 1860. Denne høydeundersøkelsen var helt uavhengig av posisjonsundersøkelsen, i motsetning til moderne GPS -fikser som gir begge. Rapporten om utjevningen i Irland hadde blitt publisert i 1855, og det falt på Clarke å utarbeide rapportene for England og Skottland. For England innebar dette en analyse av minst kvadrater for de 62 linjene med primærutjevning med 91 grunnleggende referanser ved endepunktene og i skjæringspunktene. Referansenivået var høyden på Mean Water i Liverpool. 32 endepunkter ble koblet til tidevannsstasjoner, og derfor ble variasjonen av gjennomsnittlig vann rundt om i landet løst. Benchmarkingen fortsatte langs veiene, men sidelinjer ble ført til og over mange av de øverste trigpunktene på fjellet, hvorfra andre trigpunkthøyder ble målt ved trigonometrisk nivellering. Rapportene ble publisert i 1861. I motsetning til hovedtrianguleringsrapporten ble ingen teori inkludert i Clarkes nivelleringsrapporter.

Internasjonale forbindelser: langsbuen ved 52 ° N, 1863

I James (1863) er det en diskusjon om det europeiske samarbeidet foreslått av Otto Struve , nemlig at trianguleringene i Russland, Preussen, Belgia, Frankrike og Storbritannia skal kobles slik at lysbue langs parallellen ved 52 ° N kan måles. Denne store buen, på 75 ° lengdegrad, ville gi en svært verdifull begrensning for forsøk på å beregne jordens figur . Ordnance Survey hadde fullført en undersøkelse på tvers av kanaler over 50 år tidligere, og hadde som en del av Principal Triangulation i 1858 målt avstanden fra Valentia Island (51 ° 28′N, 10 ° 20′W) til Greenwich (51 ° 55′N). Nøyaktigheten av kryss-kanalundersøkelsen var dårlig etter standardene fra 1860, og det var også tvil om trianguleringen i Valentia, så det ble besluttet å gjenta begge målesettene.

Utvidelsen til Frankrike og Belgia er rapportert i James (1863) , og gir data for seksjonen av 52 ° N -buen mellom Valentia og Mount Kemmel i Belgia. Beregningene ble utført av Clarke, som brukte dataene for å gi en ytterligere forbedring for Jordens figur. De samme dataene ga også et mye strammere grunnlag for den anglo-franske meridionalbuen. Dataene for re-analyse av trianguleringen nær Valentia er rapportert i Clarke & James (1867) .

Den fulle 52 ° N -buen som foreslått tok ytterligere tretti år å fullføre. Det diskuteres i artikkelen om figuren av jorden i Britannica (1911a) .

Lengdesammenligninger og figur av jorden, 1866

Så snart forslaget om å forene en rekke europeiske trianguleringer hadde blitt fremsatt, var det tydelig at innsatsen ville være til liten nytte med mindre konverteringer mellom de forskjellige lengdenhetene ble etablert så nøyaktig som mulig. Dette hadde allerede blitt gjort for noen par standarder, men det var nå nødvendig med en ny, presis sammenligning av alle standardene. Resultatene vil også ha implikasjoner for å kombinere lysbue målinger for å bestemme Jordens figur, så derfor ble ikke-europeiske standarder også inkludert. Sammenligningene ble utført under Clarkes tilsyn i en spesiell bygning som ble konstruert ved Survey -hovedkvarteret i Southampton. Han presenterte resultatene i to rapporter: Clarke & James (1866a) sammenlignet versjoner av standard fot/verft (brukt i undersøkelser av Storbritannia, India og Australia), versjoner av toise (fra Russland, Belgia og Frankrike), den franske måleren , og den britiske kopien av måleren. I hvert tilfelle ble en av verftstandardene tatt som grunnenhet. Deretter utvidet Clarke & James (1872) sammenligningene til en annen russisk toise, den østerrikske klafteren (og to av dens kopier) og spanske og amerikanske kopier av måleren. Clarke fant ut at nominelt identiske standarder skilte seg ut med små mengder som var målbare i milliondeler av en hage (eller tusendels millimeter).

Clarke & James (1866a) inkluderer et vedlegg der Clarke vurderer Jordens figur igjen. Han finner:

• a = 20926062 ft.,       c = 294,98, (Clarke 1866)
• a = 6378206,4 m.,     c = 294,98, (Clarke 1866)

Konverteringen er 1 meter = 3,280869367 fot (som gitt i papiret fra 1866). Denne ellipsoiden ble viktig fordi USCGS vedtok den for undersøkelser i 1880. Den er fortsatt relevant fordi mange amerikanske topografiske kart fortsatt er basert på Clarkes ellipsoid fra 1866. Videre inkluderer mange amerikanske juridiske dokumenter grensedefinisjoner når det gjelder bredde- og lengdegrader som er definert på den ellipsoiden.

Lærebok Geodesi , 1880

Geodesy ( Clarke 1880 ) var den første store undersøkelsen av emnet siden arbeidet til Airy . Den ble godt mottatt i hele Europa, og den ble oversatt til en rekke språk. Den inneholdt 14 kapitler. Geodetiske operasjoner - Sfærisk trigonometri - Minste firkanter - Teorien om jordens figur - Avstander, Azimuter og trekanter på sfæren - Geodetiske linjer - Måling av grunnlinjer - Instrumenter og observasjon - Beregning av triangulering - Beregning av breddegrader og lengdegrader - Høyder på Stasjoner - Tilkobling av geodetiske og astronomiske operasjoner - Figur av jorden - Pendler.

Det nest siste kapitlet inneholder enda et sett med verdier for Jordens figur. Denne ellipsoiden kalles Clarke 1880 : den brukes av mange afrikanske land.

• a = 20926202 ft.,       c = 293.465, (Clarke 1880)
• a = 6378249,4 m.,     c = 293,465, (Clarke 1880)

Andre artikler og bidrag fra leksikon

I tillegg til bidragene hans til rapportene fra Ordnance Survey, publiserte Clarke også et lite antall artikler i de lærde tidsskriftene. Papirene som er oppført i bibliografien er nesten alle relatert til et aspekt av geodesi, de eneste unntakene er en studentpublikasjon med tittelen Propositions on the Tetrahedron og en kort artikkel om Just Intonation som gjenspeiler hans interesse for musikk.

Clarke bidro også med to viktige artikler til den niende utgaven av Encyclopædia Britannica (1878), en om Geodesy og en andre om figuren av jorden (med tittelen på sistnevnte er Earth, Figure of the ). Disse artiklene vises uendret i den tiende utgaven (1903). Store utvidede versjoner, co-authored with Helmert , vises i den ellevte utgaven (1911) sammen med en ny artikkel om Map co-authored with Close . For detaljer, se bibliografien .

Se også

• Alwyn Robbins
• Målerenes historie
• Sekunder pendel

Merknader

Bibliografi