История изобретения метеорологических приборов

Владимир Кучин

Книга посвящена истории изобретения основных метеорологических приборов – барометра, термометра, гигрометра, анемометра. Книга предназначена для прочтения ее пытливым и любознательным читателями, не зависимо от их научных знаний, статуса и возраста.

Глава 3. 1400 лет от Аристотеля до Авиценны

В течение 1200 лет после Аристотеля в метеорологии был очень незначительный прогресс. Большие усилия были посвящены атмосферной оптике, но основная часть работ ученых, занимавшихся метеорологией, представляла собой лишь комментарии к трактату Аристотеля. Однако было несколько ученых, которые развили его идеи, особенно в тех областях, которым сам Аристотель не уделил должного внимания.

Одним из них был его ученик Теофраст из Эреса (ок. 371—287 гг. до Р.Х.), который в основном занимался ботаникой, но также написал трактат о погодных явлениях «De Signis Tempestatum» и трактат «De Ventis» о ветрах (названия латинские). Вся последующая практика прогнозирования погоды с помощью эмпирических правил восходит к этим трактатам Теофраста. Теофраст приводит около восьмидесяти различных признаков дождя, сорок пять признаков ветра, пять признаков шторма, двадцать четыре признака ясной погоды и семь признаков погоды за период длительностью год или меньше года.

Рассматривая картину погоды, Теофраст придерживается общего принципа изложения материала, понятного из следующих цитат [3.1.]:

«Мы записали признаки дождя, ветров, бурь и ясной погоды следующим образом, насколько это было в наших силах, некоторые из которых мы наблюдали сами, другие мы взяли у людей с немалой репутацией».

«Признаки дождя, по-видимому, следующие: когда на рассвете, перед восходом солнца есть явный признак покраснения, — это обычно указывает на «дождь» либо в тот же день, либо в течение трех дней. Другие признаки также ясно указывают на это, ибо, несомненно, покраснение даже на закате является признаком дождя на третий день, если не раньше, но в меньшей степени, чем на восходе солнца.

Кроме того, если солнце садилось в облака зимой или весной — это признак дождя как правило, в течение трех дней; и если есть полосы света на юге. Это также признак дождя.

Если у солнца есть черная метка, когда оно восходит, и если оно поднимается из облаков. И если на рассвете лучи простираются до «фактического» восхода солнца, это признак как дождя, так и ветра. Если перед заходящим солнцем есть облако который расщепляет свои лучи, это признак штормовой погоды. И если солнце садится или встает при невыносимой жаре и нет ветра, это признак дождя.

На эти же вещи [то есть на дождь] указывает восходящая полная 12-летняя луна; полумесяц — менее верный знак. И если луна серебристая, это сигнализирует о хорошей погоде; а если огненная, то о ветре; а если облачно, то о дожде.

Падающие звезды в большом количестве являются признаком дождя или ветра, которые придут с того же направления, что и падающие звезды. И если на восходе или закате солнца лучи поднимаются близко друг к другу, это признак бури. И когда на восходе солнца его лучи имеют тот же цвет, что и во время затмения, это признак дождя, а также когда облака напоминают шерстяное руно. Пузырьки, поднимающиеся на поверхность рек больше, чем обычно, являются признаком обильного дождя».

Необычное поведение животных и птиц на протяжении многих веков рассматривалось как признак характера будущей погоды. В трактате Теофраста перечислены многие еще и сегодня популярные эмпирические правила, основанные на этом поведении. Такие приметы погоды, как «Будет буря или дождь, если бык лижет переднее копыто», «Собака, катающаяся по земле, к сильному шторму» и «Будет ранняя зима, если сезон спаривания у овец начался рано», были хорошо знакомы европейским крестьянам еще не в столь далекие времена.

Правила прогнозирования погоды на основе наблюдений за определенными астрономическими и атмосферными явлениями также в большом количестве содержатся в короткой работе Теофраста. Мы привели цитату про падающие звезды (это метеориты), которые почему-то считались признаком дождя или ветра. Наблюдение за Луной также считалось важным, Теофраст давал такой прогноз: «Если луна выглядит огненной, это указывает на ветреную погоду в этот понедельник, если луна темная, это указывает на сырую погоду».

Некоторые прогнозы Теофраста, сделанные в 3-м веке до Р.Х. были живы и через 2200 лет, к примеру такое правило: «Красноватое небо при восходе Солнца предвещает дождь».

Теофраст не делал попыток объяснить различные атмосферные явления, но относил все подобные соображения к аристотелевскому методу. Таким образом, в то время как работа Аристотеля «Метеорологика» была в основном субъективной и теоретической, трактат Теофраста был полностью практическим, но от этого он не становился более верным с научной точки зрения. Необходимо отметить, что трактат Теофраста — это самый старый из сохранившихся сборников народных примет погоды, и большинство более поздних сборников подобной тематики в той или иной степени были основаны на этом трактате.

Крупным достижением в области наблюдения за погодой можно считать сообщение знаменитого математика и географа Эратосфена (ок. 274—194 гг. до Р.Х.) об окончательном решении загадки ежегодных катастрофических разливов Нила. В комментариях к «Тимею» Платона Прокл Диадох (412—485 гг.) пишет [3.2.]:

«Эратосфен же вообще отрицает необходимость дальнейшего выяснения причин подъема Нила, поскольку добравшиеся до истоков Нила путешественники ясно видели идущие там ливни…».

«Золотой период» греческой классической науки закончился в 1-ом веке до Р.Х. с захватом Римом территорий в восточном Средиземноморье. Римляне вообще не занимались чистой наукой, которая для них всегда оставалась экзотикой. Наука для римлян была важна только в том случае, если у нее было практическое применение в гражданской, либо военной сфере. В результате, не прикладная математика, не прикладная физика, и почти все естественные науки пришли в полный упадок.

Одним из немногих известных естествоиспытателей «римского» периода истории был грек Посидоний (135—50 гг. до Р.Х.), который с большим рвением занимался физическими исследованиями. Этому способствовало то, что Посидоний около 90 г. до Р.Х. переехал из Афин в Рим, там познакомился с римской знатью, и когда уехал из Рима на о. Родос, то там в его философской школе занимались многие римляне, в том числе знаменитый Цицерон, а дважды к Посидонию приезжал сам могущественный Помпей. Работы Посидония дошли до нас лишь фрагментарно. Посидоний интересовался метеорологическими гипотезами и внимательно изучал теоретические работы Аристотеля. В частности, Посидоний предположил, что гром — это взрыв сухого выдоха, скопившегося в облаках. Кроме того, Посидоний утверждал, что ветры и облака встречаются в атмосфере до высот всего около пяти миль, за пределами которых воздух остается чистым, жидким и совершенно прозрачным [3.3.]. При этом, большинство натурфилософов того времени считали, что максимальная высота облаков и ветра достигает 100 миль и более. Утверждение Посидония явно повторяло идеи Аристотеля из трактата «Метеорологика», который считал, что облака не могут быть выше самых высоких гор.

К концу второго века до Р.Х. мировым центром научной деятельности были не Афины, а город Александрия, который Александр Македонский основал в дельте Нила. Там были создана величайшая из библиотек древнего мира, а в 5-м веке основан первый международный университет, проработавший до 7-го века.

Одним из многих ученых, чье имя связано с Александрией, был Клавдий Птолемей (ок. 85—165 гг.). Его «Альмагест» — самый сложный астрономический и астрологический трактат древности. Поскольку древние обычно считали метеорологию разделом астрономии, неудивительно, что Птолемей проявлял интерес к погодным явлениям и прогнозированию. В трактате «Тетрабиблос» Птолемей дал несколько астрологических прогнозов погоды, подобных следующему, [3.4.]:

«13. О значении атмосферных явлений

Наблюдение за явлениями, которые можно видеть вокруг Солнца, Луны и планет, также приносит пользу с точки зрения предсказания частных событий.

Мы должны, таким образом, наблюдать Солнце на восходе, чтобы оценить, какой будет погода в течение дня, и при заходе, чтобы определить погоду на ночь, а также его аспекты с Луной, чтобы определить погодные условия на более продолжительный период, принимая, что каждый из аспектов способен охарактеризовать ситуацию в целом вплоть до следующего аспекта. Так, если восходящее или заходящее Солнце ясное, незатемненное., ровное и не закрыто облаками, это означает хорошую погоду; однако если его диск содержит пятна другого оттенка или имеет красноватый цвет, или испускает красновато-коричневые лучи, либо направленные наружу, либо обращенные внутрь, а также если он покрыт с одного бока так называемыми паргелическими облаками, то есть желтоватыми скоплениями облаков, и испускает длинные лучи, это указывает на сильные ветры, дующие из углов, на которые указывают вышеупомянутые явления. Если на восходе или заходе Солнце окрашено в темный или серовато-лиловый цвет и покрыто облаками, а также при наличии гало с одной из сторон или паргелических облаков по обеим сторонам и испускании темных или лиловых лучей, можно говорить о грозе и дожде.

Мы должны изучать движение Луны в течение трех дней до и трех дней после новолуния, полнолуния и четвертей. Когда появляется Луна тонкая и ясная, и вокруг нее ничего нет, то это означает ясную погоду. При тонкой и красной Луне и видимости всего диска неосвещенной части, форма которого несколько нарушена, следует ожидать ветров в том направлении, в котором она особенно наклонена. Если Луна темная или бледная и утолщенная, то это указывает на грозы и дожди.

Мы должны также осуществлять наблюдение за гало вокруг Луны. Так наличие одного гало, четко выраженного и затем постепенно бледнеющего, говорит о ясной погоде, двух-трех гало — о буре; если они имеют желтоватый цвет и разорванный контур, то гроза будет сопровождаться сильным ветром; широкое, туманоподобное гало — признак снегопада, бледное или темное и разорванное гало означает бури со снегом и ветром; чем больше число гало, тем сильнее будет ураган. Гало вокруг звезд как планет, так и ярких фиксированных звезд, обычно означают вещи, соответствующие их цвету и природе светил, которые они окружают.

Что касается фиксированных звезд, расположенных очень близко друг к другу, мы должны отметить их цвет и величину. Так, если они ярче и больше обычного, то независимо от расположения в той или иной части неба они свидетельствуют о ветрах, которые дуют из их собственной области. Однако, что касается скоплений звезд в подлинном смысле, таких, например, как Ясли и тому подобное, то всякий раз, когда на фоне яркого неба они излучают тусклый свет, невидимы или размыты, это означает ливни, если же они ясны постоянно мигают — сильные ветры. Когда одна из двух звезд, называемых Ослами, расположенная к Северу от Яслей, становится невидимой, то это означает северный ветер; если же это происходит со звездой, находящейся на юге, — то южный».

В течение следующих 1000 лет этот трактат Птолемея был основным источником астрологического предсказания погоды.

Рис. 3.1. Карта мира Птолемея, [3.5.].

Птолемей также был известным географом и составил карту мира (Рис. 3.1.), разделенную на климатические зоны, которые классифицировались исключительно по условиям их освещенности, в которых продолжительность самого длинного дня последовательно увеличивалась на полчаса между экватором и Полярным кругом. Птолемей обсуждал общие колебания температуры между этими зонами, [3.5.].

Разделение земли Птолемеем на климатические зоны было произведено исключительно на астрономической основе. Поскольку температура является основным элементом в любой климатической классификации и поскольку температура в значительной степени зависит от поступающей солнечной радиации, для такого разделения было некоторое основание. Однако другие важные элементы, такие как осадки, могут значительно варьироваться в пределах такой климатической зоны.

За 60 лет до Птолемея формализовал систему климатических зон Земли римский географ Помпоний Мела (ок. 15—60 гг.). Он составил первую латинскую географию в трех книгах под заглавием «De Chorographia», ее называли также «De situ orbis». Помпоний Мела не был исследователем — географом или путешественником, он писал по литературным источникам, поэтому труд его представляет собой не оригинальное исследование, а компиляцию доступных ему, главным образом греческих, источников. Его целью было дать читателю живо изложенные и интересные сведения о быте, нравах и местностях, ему известных.

Автор ведет описание последовательно, по берегам Средиземного моря, потом Черного и, наконец, океана. Он является сторонником океанической теории. Помпоний Мела пишет, [3.6.]:

«На земле различают пять зон. Средняя зона самая жаркая, а крайние зоны холодные. Остальные зоны обитаемы и имеют одни и те же времена года, но не одновременно».

Мы не должны оставлять начало Новой эры без краткого упоминания о римских комментаторах, в трудах которых сохранились многие греческие теории в области естественных наук. Для истории метеорологии двумя наиболее важными комментаторами были Луций Сенека (3 г. до Р.Х. — 65 г.) и Плиний старший (23—79 гг.).

Ближе к концу своей жизни (63—64 гг.) Сенека написал трактат «Quaestiones Naturales», посвященный главным образом астрономии и метеорологии, в котором автор объединил открытия римской науки с открытиями греков, вавилонян и египтян. Сенека охватил всю область метеорологических явлений — от ветров до грома и молнии. Труд Сенеки был компромиссным и компилятивным. Так, например, Сенека считал ветер результатом не только движения атмосферы (как Анаксимандр), но и «испарения» с суши (как Аристотель). Сенека использовал и теологические объяснения природных явлений, поэтому на раннем этапе развития метеорологии значение его трактата заключалось в том, что в нем были собраны многие древнегреческие метеорологические теории.

Наиболее важной научной работой Плиния старшего была его «Естественная история» [3.7.], которая была составлена примерно из 2000 работ 146 римских и 326 греческих авторов, большинство из которых в настоящее время утрачены. Вторая книга этой истории посвящена метеорологии. Плиний отметил, что с древнейших времен велись постоянные метеорологические исследования и что более двадцати греческих авторов опубликовали наблюдения на метеорологические темы. Плиний обсудил различные теории более ранних натурфилософов, но сам не внес никакого научного вклада в метеорологию. Таким образом, как и трактат Сенеки, «Естественная история» Плиния старшего имеет ценность, только как обзор и хранилище более ранних воззрений на метеорологические темы.

Падение Римской империи в конце 4-го века стало началом периода застоя в развитии метеорологии. Светские ученые и естествоиспытатели уступили свое место духовенству. Одним из величайших средневековых церковных ученых был Беда Достопочтенный (ок. 673—735 гг.), первый англичанин, написавший о погоде. Среди его научных работ был трактат «De Natura Rerum» («О природе вещей»), написанный около 703 года. В этом трактате есть главы, посвященные атмосфере, ветру, грому, молнии, облакам и снегу. Эти метеорологические главы состояли из краткого изложения имеющихся на тот момент знаний, полученных главным образом из классических источников.

О том, что метеорологические рассуждения Беды не всегда были свободны от суеверий, свидетельствует его утверждение, что гром с западным ветром означал «очень сильную эпидемию». Однако в целом, поскольку «De Natura Rerum» Беды был попыткой рассматривать метеорологию в менее философском, и более научном свете, это действительно было о некоторым продвижением вперед.

Беда был не единственным средневековым ученым, проявлявшим интерес к метеорологии. В начале 7-го века в христианском мире не было более способного прелата, чем Исидор, епископ Севильский (ок. 570—636 гг.). В работах «Этимология», «Порядок творения», «О Природе вещей», испанский ученый уделил значительное внимание метеорологическим вопросам. Как и англичанину Беде, мышлению испанца Исидора препятствовали господствовавшие в то время теологические взгляды на науку. Однако он проявил значительную силу мысли, когда обсуждал такие погодные явления, как мороз, дождь, град и снег, его теории были рациональными и свидетельствовали о том, что, если бы он имел возможность отказаться от своей приверженности букве Священного Писания, то, вероятно, был способен дать большой импульс для развития метеорологии как науки.

На рубеже 1-го тысячелетия Новой эры центр развития науки, в том числе и метеорологии, переместился на Восток в мусульманские страны.

Важнейшая роль мусульманских ученых в истории науки заключалась также и в том, что они выступили в роли «хранителей» древних культур и знаний. Мусульманские ученые перевели на арабский язык многие греческие и даже индуистские труды, в том числе и трактат «Метеорологика» Аристотеля, который мы обсуждали в Главе 2, и только позже работа Аристотеля была повторно переведены на латынь западными учеными.

Но только переводами вклад ученых Востока в развитие науки не ограничился, у них появились свои новые оригинальные работы по метеорологии. Кратко остановимся на этом вопросе.

В 9-м веке арабский ученый аль-Кинди (801—873 гг.), живший в Багдаде, написал трактат по метеорологии под названием «Рисала фи ль-Илла аль-Файлали ль-Мадд ва ль-Фазр» — «Трактат о действительной причине приливов и отливов», где аль-Кинди представляет теорию приливов, которые «зависят от изменений, происходящих в море», [3.8.].

В 9-м веке курдский натуралист аль-Динавари (? — 895 г.), живший в Динаваре, Персия, написал трактат «Китаб аль-Набат» — «Книгу растений», в котором рассматривает применение метеорологии в сельском хозяйстве. Он описывает метеорологический характер неба, планет и созвездий, Солнца и Луны, приводит фазы Луны, указывающие на времена года и дождь, и описывает природные явления, такие как ветер, гром, молния, снег, наводнения и т.п., [3.9.].

10-й веке иракский натуралист Ибн Вахшийи (? — 930 г.), живший близ Куфы, Ирак, в книге «Набатейское земледелие» обсуждает прогнозирование погоды по атмосферным изменениям и знакам планетарных астральных изменений, дает признаки дождя, основанные на наблюдении за фазами Луны, рассказывает о природе грома и молнии, дает прогнозы погоды, основанные на направлении ветров, и т.п., [3.9.].

Величайшим мусульманским физиком и одним из самых известных основоположников оптики как науки был уроженец иракской Басры Ибн Аль-Хайсам (Альхазен) (ок. 965—1039 гг.), живший в Каире. Латинский перевод его главного труда, «Opticae Thesaurus» — «Сокровище оптики», оказал большое влияние на западную науку и имел, в том числе, большое значение для развития метеорологии. В своей работе Аль-Хайсам, известный в Европе как Альхазен, обсуждал атмосферную рефракцию и дал первое правильное определение сумерек. Он показал, что сумерки начинаются, когда солнце находится на 19° ниже горизонта. Используя этот результат, Альхазен попытался измерить высоту атмосферы, и получил результат в 52 000 «пассуумов» — около 65 000 метров. [3.10.]. Таким образом, результат Альхазена практически точно совпадает с нижней границей мезосферы, и в вычисленном им слое воздуха содержится до 98% всего воздуха, составляющего атмосферу Земли.

Конец ознакомительного фрагмента.