Взламывая планету Земля - Том Джексон

Среди записей Даниеля Фаренгейта от 1736 года можно увидеть сделанный от руки эскиз ртутной лампы.

Проект лежачего больного

В 1702 году датский астроном Оле Рёмер сломал ногу и какое-то время был прикован к постели, и чтобы не терять времени даром, он решил заняться улучшением термометра. Сперва Рёмер нашел стеклянную трубку с постоянным диаметром, в чем убедился, следя за шириной залитой в трубку капли ртути. Потом он припаял трубку к небольшому шарику, служившему резервуаром, и наполнил его спиртом, окрашенным шафраном в желтый цвет. По задумке спирт должен подниматься на высоту, равную ширине резервуара, когда температура поднималась на 10 градусов по шкале.

Термоскоп

При ближайшем рассмотрении видно, что термоскоп не слишком отличался от вечного двигателя Дреббеля начала XVII века. Чтобы отмечать повышение и понижение температуры, использовали свойства расширения и сжатия воздуха, заключенного в стеклянном шаре на верхнем конце трубки. При понижении температуры воздух сжимался, и жидкость (обычно вода) поднималась вверх по трубке. Повышение температуры приводило к расширению воздуха, и уровень воды падал. В термометре же все происходило наоборот. На некоторых термоскопах были указаны градусы, но ни одна градуировка не подходила для создания универсальной шкалы, которую можно было бы воспроизвести на другом устройстве.

Что за метод использовал Рёмер – неизвестно. В те времена изготовители термометров держали разработки в тайне, чтобы только они могли создавать и продавать устройства надлежащего качества. Считается, что он отметил на трубке две точки – точку замерзания и точку кипения воды – и нанес между ними семь делений, добавив еще одно, восьмое, ниже нулевой отметки. Верхней точке он присвоил значение 60, что означало, что вода замерзала при 7,5°Rø. Температура замерзания солевого раствора равнялась 0°Rø. На основе этого термометра Рёмер сделал еще несколько устройств для измерения температуры воздуха, воды и человеческого тела. А в 1708 году к нему в гости пожаловал молодой немецкий приборостроитель.

Шкала Фаренгейта

Гостем Рёмера был Даниель Фаренгейт, которому тогда едва исполнилось двадцать лет. Вдохновившись шкалой Рёмера, он создал собственную, которая значительно лучше прошла проверку временем. Фаренгейту понадобилось еще 16 лет, чтобы довести шкалу и устройство термометра до совершенства.

Преимуществом Фаренгейта были навыки стеклодува, которые позволили ему в 1714 году создать первые функциональные ртутные термометры. К 1724 году он переделал шкалу Рёмера, избавившись от бесполезных делений в полградуса, и установил три фиксированных точки на шкале, от которых можно было отталкиваться при градуировке. Нулевой точкой была температура смеси из воды, льда и соли (соединение нашатыря и морской соли) – самая холодная смесь, которую он мог приготовить независимо от времени года. Однако Фаренгейт старался выполнять большую часть работы с низкими температурами зимой, чтобы лед не таял слишком быстро.

Ирландский ученый XVII века Роберт Бойль, один из первых исследователей природы холода, использовал множество различных термоскопов и термометров, но не смог добиться точности в своих измерениях.

Второй отметкой была температура замерзания воды – 32°F – почти в четыре раза больше значения Рёмера. Третьей точкой была температура ротовой полости – 96°F – чуть ниже температуры тела здорового человека. Верхняя отметка, обозначающая точку кипения воды, была установлена на 212°F.

Фаренгейту не удалось заработать на продаже своих точных, но дорогих термометров, и в 1736 году он умер в нищете. Считается, что Фаренгейт слишком рьяно охранял свое изобретение, поэтому покупатели не могли оценить всех его достоинств. Не прошло и десяти лет, как научное сообщество приняло шкалу Фаренгейта за эталон, ею пользовались вплоть до XX века, пока ее не заменила десятичная шкала Цельсия. Однако в США до сих пор используют шкалу Фаренгейта.

Скорость света

Температурная шкала была побочным изобретением Оле Рёмера. Он уже вошел в историю в 1676 году, измерив скорость света. В то время он работал в Парижской обсерватории (на рисунке), изучал Ио – один из четырех крупных спутников Юпитера, открытых Галилеем в 1609 году. Когда Ио находится за Юпитером, его не видно с Земли, но Рёмер рассчитал траекторию движения спутника и точно знал время, когда Ио должен был появиться на небе. Сравнив свои наблюдения с расчетами, Рёмер обнаружил, что Ио всегда «задерживался» примерно на 10 минут, и понял, что свет доходил до Земли не сразу. Проходило некоторое время, прежде чем свет от спутника попадал в окуляр телескопа, причем время увеличивалось по мере удаления Земли (движущейся вокруг Солнца) от Юпитера. Используя эту разницу, Рёмер вычислил, что свет проходит 220 000 км в секунду, что на 25 % меньше современного значения. И до Рёмера были исследователи, которые пытались измерить скорость света при помощи ламп и прочих приспособлений, но он был первым, кому удалось получить конкретный результат.

Ветер

В период великих географических открытий мореплаватели совершили много успешных экспедиций. Но морские путешествия были бы невозможны без ветров, дующих над океанами. В 1735 году загадку направления ветров объяснил не кто иной, как… адвокат.

Теорию циркулирующих ячеек воздуха, сформулированную Джорджем Хэдли в XVIII веке, до сих пор используют при описании механизма возникновения ветров.

Теория Солнечного тепла

В конце 1670-х годов ученый Эдмунд Галлей – известный тем, что предсказал возвращение кометы, которая теперь носит его имя, – отправился на крошечный остров Святой Елены в Южной Атлантике. Помимо отчетов о путешествии, Галлей составил подробную карту пассатов и предложил теорию возникновения ветров. В ней говорилось, что основным источником движения воздуха является солнечное тепло. Он предположил, что теплый воздух поднимается и распространяется в атмосфере, создавая таким образом ветры. По мнению Галлея, пассаты дули на запад, следуя за движением Солнца в небе. Такое представление было созвучно древнекитайским идеям, которые вызывали недовольство Ван Чуна за 1600 лет до этого, – и теория Галлея тоже была признана несостоятельной.