Том Джексон - Взламывая планету Земля

Научные интересы Стено были весьма разнообразны. Он исследовал не только процессы напластования горных пород и формирование окаменелостей, но и микроструктуру кристаллов, составляющих основу горных пород.

Понемногу человечество научилось измерять влажность воздуха, атмосферное давление, скорость и направление ветра. Но есть еще одна важная составляющая погодных измерений — температура. Путь к созданию надежного термометра оказался длинным.

Попыток измерить температуру воздуха было много, но создать точный прибор, который можно было бы изготавливать в больших количествах, было крайне трудно. Такой прибор, независимо от места и времени использования, должен показывать достоверные значения, которые можно было бы сравнить с показаниями такого же прибора в другом месте или в другое время. Для температурной шкалы нужны всего лишь верхняя и нижняя точки с равными делениями между ними — градусами. Сначала температуру пытались измерять с помощью термоскопов, но они оказались бесполезными: несмотря на то, что трубки, наполненные подкрашенным спиртом, работали исправно, показания были противоречивыми. Требовалось усовершенствовать прибор и создать более точную градуировку.

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

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.

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.

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.

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.