Пьер Руссо - Землетрясения

Говорят, что этот странный прибор относится к 132 году. Его создал китаец, по имени Чжан Хэн, человек широкой эрудиции, которого многие сравнивают с Леонардо да Винчи или с Омаром Хайямом. Полюбуемся же его искусным изобретением. Оно состоит из колокола, внутри которого подвешен язык. По окружности колокола сделаны отверстия, причем из каждого высовывается голова дракона. Каждый дракон держит в своей пасти шарик. Стоит только разразиться землетрясению, как язык начнет резко раскачиваться. Он ударит изнутри в один из шариков и тот упадет в пасть лягушки, сидящей внизу. Под ударом шарика она издает резкий звук. Так лягушка оповещает о подземном толчке и указывает его направление. Во II веке, подумаете вы, люди не предъявляли слишком больших требований к опознаванию землетрясений.

Вы заблуждаетесь, дорогой читатель! Сейсмоскопами, которые произошли от этого простейшего прибора, пользовались в течение многих веков. Только в 1703 году французский физик Жан Отфёй решил сделать их менее занятными внешне, но несколько более научными. Он заменил шарики ванночкой, наполненной ртутью. Прошло еще более столетия, прежде чем догадались добавить вращающийся барабан с регистром, чтобы отмечать время землетрясения.

Систематически сейсмоскопами [55] Под сейсмоскопом в отличие от сейсмографа автор, следуя Рихтеру, подразумевает приспособление, которое отмечает возникновение землетрясения, но не дает записи. — Прим. ред. начали пользоваться в 1865 году в Маниле. Впрочем, они были тогда крайне примитивны и их показания имели значение только при единичном толчке. Если же толчки следовали один за другим, начиналась путаница. Вот почему физики решили серьезно заняться вопросом, как поточнее выявить и зарегистрировать движения грунта.

Проблема кажется простой только на первый взгляд. Стоит немного призадуматься, и становится ясным, что движение грунта нельзя установить с такой же легкостью, как какого-либо тела. Действительно, идет ли речь о пешеходе, повозке или самолете, их движение заметно лишь по отношению к окружающей местности, то есть по отношению к дороге, деревьям, домам и т. д. Но если движется сама местность, то из чего исходить при определении ее движения?

Что же принять за фиксированное основание, достаточно независимое от грунта, чтобы малейшие его движения были бы заметны относительно этой основы?

Нужно было найти абсолютно неподвижное тело, подвешенное над грунтом и не касающееся его: тогда можно было бы заметить движение грунта по отношению к этому телу.

К сожалению, нельзя зафиксировать тело в пространстве, поскольку все тела падают. Нужно, следовательно, смириться с тем, что тело должно на чем-то покоиться, и постараться, чтобы его связь с грунтом была предельно слабой. Это условие подсказывает решение. Не подойдет ли в данном случае маятник? Подвесим тяжелый шар за нить, которую в свою очередь прикрепим к какой-нибудь опоре. Дадим щелчок по этой опоре: шар остается неподвижным. Инерция шара гарантирует его неподвижность, а сама инерция зависит от массы шара. Всем известно: чем тяжелее гиря маятника, тем менее она чувствительна к резким движениям опоры.

«Итак, — решили физики в середине XIX века, — вот он, наш идеальный сейсмоскоп — это маятник! Поскольку он остается более или менее неподвижным, нет ничего проще, как определять движения грунта относительно маятника. Мы можем даже прикрепить к маятнику карандаш, который, когда грунт заколеблется, оставит черту на бумаге, положенной под ним на полу».

Впрочем, поскольку грунт может смещаться в трех направлениях, важно, чтобы прибор записал три компоненты движения. Нужно, следовательно, чтобы наблюдение производилось тремя приборами; один запишет колебания в направлении север — юг, другой — восток — запад и третий — вертикальную компоненту.

Эти соображения породили целую серию тромометров, которыми пользовались на первых сейсмологических станциях. Конструкция тромометров очень проста: штатив, к верхней точке которого подвешен маятник. К его гире-шарику прикреплена игла. Шарик движется над закопченной поверхностью. Как только начинается землетрясение, поверхность сдвинется по отношению к маятнику и острие прочертит зигзаг (рис. 13).

Поскольку движения грунта никогда не достигают большой амплитуды, зигзаг не бывает длинным. Чтобы его изучить, ученым при применении тромометра приходилось прибегать к микроскопу. Естественно, что вскоре они задумались над тем, как увеличить зигзаг. Казалось, что для этого достаточно удлинить иглу. Но вслед за этим потребовалось удлинить и нить, чтобы колебания грунта как можно слабее действовали на маятник. Маятник с короткой нитью будет колебаться в унисон с грунтом. Удлинение нити устраняет этот недостаток.

Тогда ученые начали конструировать тромометры с нитью в несколько метров. Итальянец Вицентини из Падуи сконструировал пользовавшийся большим успехом тромометр с нитыо длиной 10 метров. Однако и этого оказалось недостаточно. Для замедления периода колебаний до 10 секунд нужна нить длиной в 25 метров. Разумеется, установить маятник с такой нитью немыслимо. Ученые быстро сообразили, что надо вести поиски в другом направлении. И в 1880 году это новое направление нашел англичанин.

Англичанин этот, Джон Милн, работал горным инженером в Японии.

Разве мог специалист по горному делу не заинтересоваться землетрясениями, самым обыденным явлением в этой стране? Милн, склонный к научным исследованиям, заинтересовался этой проблемой и задался целью изобрести для изучения землетрясений более чувствительный прибор, чем маятник.

Проблема заключалась в том, чтобы увеличить период колебаний маятника. Но как добиться этого, не удлиняя нити? Известен и другой способ: уменьшить тяжесть гири [57] Поскольку период маятника Т равен , можно достигнуть одинакового результата, либо увеличивая l (приведенная длина маятника), либо уменьшая g (ускорение силы тяжести). . Как это осуществить? Да заменить обычный вертикально подвешенный маятник горизонтальным! И вместе со своими друзьями физиками Юингом и Грейем Милн сконструировал первый сейсмограф.