Александр фон Гумбольдт. Вестник Европы - Александр Филиппов-Чехов

VI

Изучение атмосферного давления

Обращаясь к совершенно другой отрасли естествознания, к давлению воздуха, мы и здесь встречаем следы деятельности Гумбольдта. При тех сбивчивых понятиях, которые имели древние на счет тяжести, нелегко было решить вопрос – давит ли воздух или нет? Аристотель утверждал, что давит, так как, говорит он, воздухом наполненный пузырь весит больше, чем пустой. Но положение это не осталось без возражений: уже Птолемей утверждал, что воздух внутри собственного пространства, т. е. воздух в пространстве, наполненном воздухом, не давит, точно также как и вода при подобных же условиях, т. е. в пределах занимаемого ею пространства, не оказывает давления. Положение свое относительно воздуха Птолемей доказывал тем, что опыт Аристотеля с пузырем неверен; а относительно воды тем, что опускаясь на дно реки, мы не чувствуем давления сверху, как бы ни глубок был слой воды, лежащий над водолазом. Спор этот, длящийся в продолжение средних веков, можно было бы, конечно, решить и известным уже древним законом Архимеда, по которому всякое тело, взвешенное в жидкости, теряет столько своего веса, сколько весит равный объем этой жидкости. Применяя этот закон к взвешиванию Аристотелем воздуха, можно было убедиться, что воздух, взвешенный в воздухе, должен столько потерять своего веса, сколько сам весит, т. е. все.

Если мы опустим стеклянную трубочку в воду и станем через верхний конец ее тянуть воздух из нее, то вода поднимается в трубочке. Мы знаем теперь, что это происходит оттого, что внешний атмосферический воздух, давя на воду, вгоняет ее внутрь трубочки, из которой мы высосали воздух. Древние объясняли себе это явление совершенно иначе, именно тем, что «природа боится пустоты» (horror vacui), т. е. что вода только потому подымается в трубочке, чтобы не осталось в ней пустого пространства! Известен случай с Торричелли, учеником знаменитого Галилея. Когда огородники, рывшие в Пизе насосный колодец, остановились изумленные перед фактом, что вода его не поднимается выше 32 футов, ученый этот объяснил это явление тем, что воздух, оказывая давление на воду, должен подымать ее только до той высоты, пока давление воды в насосе на его основание не уравновесит давления внешнего воздуха на воду вне насоса. Из законов давления жидкостей нам известно, что давление их увеличивается по мере увеличения высоты столба жидкости и плотности ее, и потому, когда Торричелли заменил воду ртутью, которая в 13 Ѕ раз тяжелее воды, то он в самом деле нашел, что ртуть поднялась только на 28 дюймов. С этой минуты Торричелли стал отвергать мнимую «боязнь природы к пустоте» и поставил законом, что явления, приписываемые прежде horror vacui, зависят от давления воздуха. Он стал утверждать далее, что трубкой, содержащей столб ртути и запаянной сверху для того, чтобы воздух не мог давить на этот столб с другого конца, одним словом, барометром, можно измерять давление воздуха. Как всякая новая идея, как бы справедлива она ни была, но потому только, что она не согласуется с вековыми предрассудками, идея Торричелли встретила сильную оппозицию, пока наконец Паскаль не напал на мысль, доказавшую окончательно неопровержимую ее справедливость. Если, говорил он, учение Торричелли справедливо, то столб ртути в барометре при поднятии на высоты должен понижаться, так как по мере поднятия вверх столб давящего на ртуть воздуха уменьшается. В 1648 г. шурин Паскаля, Флорен Перье, желая решить спорный вопрос путем опыта, подымается на Пюи-де-Дом, близ Клермона, высотой в 500 туазов. Оказалось, что барометр действительно понизился на 3 дюйма ниже того уровня, на котором находился на равнине. С этих пор, а в особенности с того времени, как Мариотт открыл закон, по которому плотность воздуха усиливается по мере возвышения, наука узнала, какой высоте слоя воздуха соответствует высота барометра. С этого времени инструмент этот и вошел во всеобщее употребление для измерений высот.

Если бы шар земной представлял бы тело покоящееся, не вращающееся, окруженное со всех сторон одним и тем же веществом и если бы на всех точках поверхности его не было разницы в температуре, то окружающий его воздушный океан не представлял бы тоже никаких уклонений. В этом «идеальном» случае мы видели бы на всех точках земли одинаковое давление воздуха. Но действительность учит нас противному: мы знаем, что земля не есть покоящийся шар, а неправильный, вращающийся элипсоид, на поверхности которого встречаем разнообразнейшие температуры. Кроме того, течения воздуха, известные нам под именем ветров, показывают тоже, что воздух на одинаковой высоте над уровнем моря испытывает неодинаковое давление. Все части воздушного океана не только подвижны, но находятся в постоянном движении.

Для того чтобы пользоваться барометром для измерения высот, необходимо всегда сравнивать между собой высоту ртутных столбов в двух точках, находящихся на различной высоте. Если мы знаем высоту одной точки, то в таком только случае можем отыскать высоту другой. Если мы находимся внутри какой-нибудь страны и нам неизвестна из непосредственного измерения высота данной точки, то необходимо знать высоту барометрического столба ртути ближайшего моря, ибо, так как высота считается от морской поверхности, то, зная его, мы узнаем и высоту точки, с которой сравниваем ее. Наблюдения показали, что высота барометра у берегов морей неодинакова под различными градусами широты; притом она непостоянна даже в одном и том же месте. Колебания эти бывают правильны, т. е. они могут повторяться в течение известных периодов; но они бывают и неправильны. Понятно, что если мы прибегаем к барометру для измерения высоты какого-нибудь места, то мы должны принять в расчет эти колебания барометра в обоих пунктах; иначе разница, выведенная из показаний этого инструмента, даст нам ложные показания; притом мы должны знать их в самый момент наблюдения. Эта высота столба ртути должна быть выведена из средней высоты барометра соответствующей широты места, принимая также в расчет влияние правильных колебаний. Мы здесь не имеем причины останавливаться на другом, каждому известном применении барометра к так называемым предсказаниям погоды, при которых «хороший» барометр дает нам весть об атмосферных переменах, совершающихся в высших слоях атмосферы.

Уже из сказанного мы можем заключить, что задачи, которые при исследовании барометрических колебаний предстояло разрешить, касались трех вопросов: 1) необходимо было определить среднюю высоту барометра у уровня моря под различными градусами широты; 2) нужно было отыскать пределы правильных колебаний его и, наконец, 3) величину неправильных колебаний, равно как второстепенные обстоятельства, играющие при этом известную роль, чтобы по крайней мере со временем допытаться причины их и перевести их тогда из категории неправильных в правильные.