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

Интерес Пьяцци Смита к спектроскопии, угасший было после его экспедиции на Тенерифе, вспыхнул с новой силой, когда стало известно, что Жансен смог увидеть спектр солнечных протуберанцев во время полного солнечного затмения в Индии в 1868 г. Вскоре Пьяцци Смит купил себе новый спектроскоп. Это было небольшое деревянное устройство длиной всего 10 см и диаметром около 2 см с окуляром на одном конце и дифракционной щелью на другом. Внутри находился ряд призм, расположенных таким образом, что, проходя через них, свет выходил из спектроскопа под тем же углом, под которым входил. Хотя карманный спектроскоп не был игрушкой для бедных (его цена составляла целых два фунта стерлингов [97] Для сравнения: в то время квалифицированный английский рабочий, трудившийся на машиностроительном производстве, получал 1 фунт 15 шиллингов в неделю. – Прим. ред. ), он считался любительским прибором, которым не пользовались профессиональные метеорологи и астрономы.

Тем не менее этот прибор позволял увлеченному наблюдателю исследовать физику Солнца в любое время и в любом месте, где бы он ни находился, и безо всякого надзора. Конечно, чтобы это занятие было сколько-нибудь полезным, требовались определенная сноровка, привычка к тщательным наблюдениям. Прибор следовало направлять низко над линией горизонта, чтобы охватить как можно большую часть атмосферы. Разрыв в облаках создавал идеальные условия, но солнце не должно было светить слишком ярко, чтобы не слепить наблюдателя. По этой же причине не рекомендовалось вести наблюдения на восходе и на закате. Туман любой плотности и угольный смог также ухудшали видимость.

Для Пьяцци Смита все это было само собой разумеющимся. Удобный компактный прибор всегда был у него под рукой: иногда, «в порыве энтузиазма», он прикладывал его к глазам по 50 раз на дню [98] Более подробно о методе дождевых полос Пьяцци Смита см.: Anderson, Predicting , chapter 5. Также см.: Charles Piazzi Smyth, «Spectroscopic Weather Discussions,» Nature 26 (5 October 1882): 553. . Ситуация все время менялась: разные сочетания давления, температуры и ветра по-разному влияли на изменение погоды, а каждый разрыв в облаках создавал разные условия для наблюдения. Он не знал, что именно ищет. Да ему и не требовалось искать что-то конкретное в каждый конкретный момент. Он просто наблюдал – и затем думал.

В 1875 г. Пьяцци Смит совершил поездку в Париж, где посетил знаменитого астронома, иностранного члена Лондонского королевского общества Урбена Леверье (которого нашел образцом невоспитанности: по окончании визита тот выставил его и Джесси из дому, несмотря на бушевавшую грозу). Грозовой фронт последовал за супругами в Лондон, и, внимательно наблюдая за ним через свой спектроскоп, Пьяцци Смит обнаружил смутную и нечеткую – но тем не менее постоянно присутствовавшую – «широкую темную полосу», пересекавшую спектр между красным и оранжевым участками. Эта полоса была темнее соседних областей, имела не четкие, а размытые границы и исчезала при перемещении спектроскопа на другой участок горизонта. Когда же Пьяцци Смит убирал прибор и смотрел на грозовой фронт невооруженным глазом, то не видел ничего особенного, что отличало бы этот участок неба. Он продолжал вести наблюдения по пути на север в Йорк и одним солнечным утром, когда, казалось, ничто не предвещало дождя, обнаружил уже знакомую, отчетливо выраженную размытую темную полосу на том же участке спектра. Вскоре действительно пошел дождь, и, глядя на его потоки, Пьяцци Смит с ликованием осознал, что его догадка подтвердилась: карманный спектроскоп может открыть новую эру в прогнозировании погоды.

Открытый им феномен он назвал «дождевой полосой». В отличие от четких линий солнечного спектра, которые, как считалось, вызывались поглощением световых волн различными веществами в солнечной атмосфере, дождевая полоса была размытой, нечеткой и изменчивой. Пьяцци Смит ничего не сказал о ее происхождении, однако тот факт, что он связал эту полосу с приходом дождя, позволяет предположить: ученый увидел в ней характерный признак присутствия водяного пара в атмосфере. О своем открытии он сообщил в письме в журнал Nature , основанный всего за несколько месяцев до этого. Как было ясно из названия письма – «Спектроскопическое предвидение дождя при высоких показаниях барометра», – Пьяцци Смит намеревался внести корректировки в одно из основополагающих метеорологических допущений: «высокие показания барометра» (то есть высокое давление) означают хорошую погоду.

На самом деле в своем письме Пьяцци Смит предоставил крайне мало информации о дождевой полосе. Он не высказал предположение, что могло быть ее причиной, и даже не упомянул «водяной пар». Пьяцци Смит хотел объявить не столько о добытой им новой крупице научных знаний, сколько о новом инструменте их получения. Спектроскопия, которая, как недавно было установлено, позволяла определить состав земной атмосферы, также позволяла отследить изменение этого состава. Это делало ее инструментом практической метеорологии, того, что Пьяцци Смит называл «предсказанием погоды для общих жизненных целей».

Несмотря на энтузиазм Пьяцци Смита, имелась весомая причина быть крайне осторожным с утверждением, будто спектроскоп и феномен «дождевой полосы» могут радикально изменить ситуацию с предсказанием погоды. Размытые дождевые полосы с их очень изменчивым характером были еще труднее для наблюдения, чем фиксированные линии поглощения на солнечном спектре. Они менялись, потому что представляли то, что само претерпевало постоянные изменения, – водяной пар в атмосфере. Удобный и простой в использовании, как утверждал Пьяцци Смит, дождевой спектроскоп в действительности служил инструментом обнаружения очень сложного и специфического явления. Тогда как спектры содержали огромное количество информации обо всей толще наблюдаемой атмосферы, они были подобны моментальным снимкам, отражающим мгновение во времени. Чтобы извлечь из этого практическую пользу, их нужно было интерпретировать в сравнении с другими такими же снимками, сделанными до и после. Даже насыщенность дождевой полосы была полезным параметром только при сравнении ее с предыдущими наблюдениями. Но сравнение интенсивности последовательных дождевых полос было делом в значительной мере субъективным, и лишь относительно немногие могли овладеть этим навыком в такой степени, чтобы превратить его в устойчивый метод. В «Ежеквартальном журнале Королевского метеорологического общества» Ф. У. Кори утверждал, что спектроскоп был слишком сложен в использовании и требовалось два-три месяца «терпения и настойчивости» (что признавал и один из самых горячих защитников этого прибора), чтобы подготовить обученных наблюдателей, способных работать без надзора [99] F. W. Cory, «The Spectroscope as an Aid to Forecasting Weather,» Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society 9, no. 48 (1883): 285. .