Сара Драй - Воды мира. Как были разгаданы тайны океанов, атмосферы, ледников и климата нашей планеты

После его смерти для надзора за деятельностью Метеорологического департамента был создан специальный комитет, состоявший из членов Королевского общества. К несчастью, обнаружилось, что Фицрой управлял правительственным департаментом как личной вотчиной. Он предпочитал все делать сам и почти не вел записей. При составлении своих метеопрогнозов адмирал не применял никаких научных принципов, законов или уравнений и опирался только на интуицию, рассматривая эти прогнозы как дополнение, а не замену знаниям и опыту моряков, привыкших полагаться только на себя. Члены Королевского комитета неодобрительно отнеслись к тому, что сочли финансируемым из кармана государства индивидуальным проектом, результаты которого были сродни гаданию. Опасаясь ответственности за гибель людей в море из-за ошибочного прогноза, а также стремясь защитить репутацию зарождающейся метеорологической науки от обвинений в любительстве, они рекомендовали закрыть программу Фицроя.

Спустя 10 лет ситуация с правительственной программой прогнозирования погоды все еще оставалась тупиковой. Британские моряки и рыбаки отчаянно нуждались в метеопрогнозах и штормовых предупреждениях и требовали вернуть их. Но научный комитет сопротивлялся, предлагая вместо этого наладить рассылку прогнозов в частном порядке. Между тем газета «Таймс» приняла смелое решение и с 1 апреля 1875 г. впервые в истории начала публиковать синоптическую карту. Что до Пьяцци Смита, то он тоже отмечал сходство между прогнозами Метеорологического департамента и народными приметами, но, в отличие от членов Королевского общества, не видел в этом ничего плохого. Пьяцци Смит устал от бюрократии и буквоедства этого научного парламента и сетовал на то, что его члены стремятся сделать науку личной вотчиной, застолбить за собой право на высшее научное знание таких погодных феноменов, как перемещение облаков, водяного пара, холода и тепла, которые, несмотря на это, оставались все такими же неуправляемыми, как человеческая толпа на железнодорожной платформе перед посадкой на поезд. Воодушевленный возможностями нового прибора – карманного спектроскопа, он решил, что теперь сумеет обойти комитет Королевского общества и сделает прогнозы погоды общедоступными. Пьяцци Смит был убежден, что этот спектроскоп позволит ему выявить взаимосвязи между земными и небесными явлениями и благодаря этому глубже понять единство природы, а также законы земной погоды. Словом, его план состоял в том, чтобы с помощью этого «потомка» тех спектроскопов, которые он использовал на Тенерифе и во множестве других экзотических мест планеты, исследовать самый изменчивый и непредсказуемый феномен, который только есть на земном шаре, – небо над Британией. Погода по своей сути была парадоксальным явлением: формируясь в результате взаимодействия одних и тех же веществ, она находилась в состоянии непрерывного изменения.

После экспедиции Пьяцци Смита на Тенерифе спектроскопия переживала этап стремительного развития. В 1859 г. Густав Кирхгоф и Роберт Бунзен доказали, что линии в солнечном спектре соответствуют химическому составу атмосферы Солнца, а затем Кирхгоф пошел еще дальше и соотнес многие из линий Фраунгофера с конкретными металлами. Но все еще оставалось неясно, чем конкретно вызывалось появление этих линий, возникали ли они в результате поглощения в солнечной атмосфере или в земной, или же в них обеих. В 1860 г. Дэвид Брюстер опубликовал большую статью, написанную в соавторстве с Дж. Гладстоном, в которой представил результаты «грандиозной работы по картированию разделения» между линиями поглощения солнечного и земного происхождения. Кульминацией почти 30-летнего исследования стала карта солнечного спектра длиной в 1,5 м, в которой Брюстер четко разделил солнечные и земные линии (не выдвинув, однако, никаких предположений о том, что могло порождать их). В статье Брюстер и Гладстон ссылались на наблюдения Пьяцци Смита на Тенерифе, отмечая, что у того «была возможность изучать солнечный свет, когда атмосфера препятствовала этому в наименьшей степени – то есть в наиболее благоприятных условиях по сравнению с теми, что выпадали на долю любого другого исследователя» [96] David Brewster and J. H. Gladstone, «On the Lines of the Solar Spectrum,» Philosophical Transactions of the Royal Society of Edinburgh 150 (1860): 152. . Несмотря на успех в картировании линий, разработанный Брюстером и Гладстоном эксперимент по воспроизведению полос в лабораторных условиях провалился, и происхождение атмосферных линий так и осталось необъясненным.

И здесь на помощь британцам пришел француз. В 1865 г. астроном Пьер Жюль Жансен направлял спектроскоп в небо, стоя на балконе своего дома на улице Лабат на Монмартре в Париже. Для небогатого ученого атмосфера Земли была бесплатной лабораторией, всегда находившейся в его распоряжении. Рассмотрев все любопытные явления, обнаруженные Брюстером в 1833 г., он решил исследовать убывающие и нарастающие спектральные линии, которые Пьяцци Смит наблюдал на Тенерифе, и попытаться определить их происхождение. Используя усовершенствованный самодельный спектрометр с продуманной системой призм, Жансен сумел разглядеть то, чего никто прежде не видел, а именно что так называемые темные полосы в действительности представляли собой скопления темных линий, по структуре схожих с более знакомыми, менее вариабельными спектральными линиями, изначально идентифицированными Фраунгофером; некоторые из них, как было установлено, имели солнечное происхождение. Наблюдая за этими линиями в разное время дня, Жансен заметил кое-что еще. Они были особенно яркими на восходе или закате солнца, но никогда не исчезали полностью, даже когда он смотрел на него в полдень (открытие, которое противоречило более ранней работе Брюстера). Следовательно, предположил ученый, спектральные линии должны были быть вызваны чем-то, что присутствует в атмосфере Земли постоянно. (Это также объясняло тот факт, почему на рассвете и закате линии были наиболее яркими: чтобы попасть в спектроскоп, солнечному свету приходилось проходить через более толстый слой земной атмосферы.)

Жансен решил выяснить причину этого явления. Он отправился в Швейцарию, где сначала поднялся на гору, чтобы проверить, не станут ли линии слабее, если смотреть на них через более тонкий слой атмосферы. Они стали. Затем поехал к Женевскому озеру, в Ньон, где договорился о том, чтобы на берегу разожгли большой костер. Глядя на огонь с близкого расстояния, Жансен не увидел никаких темных полос, только нормальный спектр. Но, посмотрев на него с башни в Женеве, находящейся в 20 км на другой стороне озера, ученый обнаружил все те же темные линии, которые Пьяцци Смит наблюдал на Тенерифе, а сам он видел над Парижем. Теперь Жансен был почти уверен, что их происхождение связано с водяным паром, которым был насыщен воздух над озером. Но нужно было подтвердить эту догадку экспериментальным путем. Заручившись поддержкой парижской газовой компании, ученый создал впечатляющую размерами экспериментальную установку: многометровую металлическую трубу – длина которой должна была имитировать слой атмосферы – поместили в ящик с опилками и закупорили с обоих концов толстыми стеклами. Труба заполнялась водяным паром под давлением, чтобы воссоздать искусственную атмосферу. На одном ее конце находилось несколько газовых горелок, направлявших в трубу мощный луч света, в то время как Жансен наблюдал за ним с другого конца трубы через спектроскоп. Он увидел те же самые темные полосы, которые видел над Парижем! Те полосы, которые впервые были обнаружены Брюстером в 1833 г., за нарастанием и убыванием которых наблюдал Пьяцци Смит на вершине горы на Тенерифе в 1856 г. Чем выше было давление пара внутри трубы, тем темнее становились эти полосы. То же самое происходило и при увеличении длины трубы. Эксперимент подтвердил, что темные полосы вызывались не чем иным, как водяным паром в земной атмосфере. Из этого Жансен тут же сделал вывод, что линии могут быть использованы для поиска водяного пара и в атмосфере других небесных тел, после чего с замечательной самоуверенностью заявил, что в атмосфере Солнца водяных паров нет.