История изобретения метеорологических приборов - Владимир Кучин

История изобретения метеорологических приборов

Владимир Кучин

Редактор Владимир Кучин

Иллюстратор Владимир Кучин

Переводчик Владимир Кучин

Фотограф Владимир Кучин

© Владимир Кучин, 2023

© Владимир Кучин, иллюстрации, 2023

© Владимир Кучин, перевод, 2023

© Владимир Кучин, фотографии, 2023

ISBN 978-5-0059-9676-3

Создано в интеллектуальной издательской системе Ridero

Интродукция. Философы, естествоиспытатели, ученые, врачи, инженеры, изобретатели  герои нашей книги

Имена наших героев даны по первому появлению их в нашем повествовании.

Глава 1

Иов (5-й век до Р.Х.)

Фалес (около 650 г. до Р.Х.)

Анаксимандр (ок. 611547 гг. до Р.Х.)

Анаксимен (ок. 585528 гг. до Р.Х.)

Анаксагор (ок. 499427 гг. до Р.Х.)

Эмпедокл (ок. 492430 гг. до Р.Х.)

Демокрит (ок. 460370 гг. до Р.Х.)

Гиппократ (ок. 460375 гг. до Р.Х.)

Евдокс (ок. 408355 гг. до р.Х.)

Глава 2

Аристотель (384322 гг. до Р.Х.)

Глава 3

Теофраст (ок 371287 гг. до Р.Х.)

Эратосфен (ок. 274194 гг. до Р.Х.)

Прокл Диадох (412485 гг.)

Посидоний (13550 гг. до Р.Х.)

Клавдий Птолемей (ок. 85165 гг.)

Помпоний Мела (ок. 1560 гг.)

Луций Сенека (3 г. до Р.Х.  65 г.)

Плиний старший (2379 гг.)

Беда Достопочтенный (ок. 673735 гг.)

Исидор, епископ Севильский (ок. 570636 гг.)

Аль-Кинди (801873 гг.)

Аль-Динавари (?  895 г.)

Ибн Вахшийи (?  930 г.)

Ибн Аль-Хайсам (Альхазен) (ок. 9651039 гг.)

Ибн-Сина (Авиценна) (980  1037 гг.)

Глава 4

Аделард из Бата (ок. 10801160 гг.)

Альберт Кельнский (12061280 гг.)

Фома Аквинский (12251274 гг.)

Бартоломей Английский (12201250 гг.)

Роберт Гроссетест (11681253 гг.)

Винсент из Бове (ок. 11901264 гг.)

Роджер Бэкон (12141294 гг.)

Леонард Диггес (15151559 гг.)

Николай Орем (ок. 13231382 гг.)

Джироламо Кардано (15011576 гг.)

Рене Декарт (15961650 гг.)

Глава 6

Галилео Галилей (15641642 гг.)

Торричелли (16081647 гг.)

Блез Паскаль (16231662 гг.)

Роберт Гук (16351703 гг.)

Роберт Бойл (16271691 гг.)

Христиан Гюйгенс (16291695 гг.)

Гийом Амонтон (16631705 гг.)

Пьер Бугер (16981758 гг.)

Жан Андре Делюк (17271817 гг.)

Джесси Рэмсден (17351800 гг.)

Жан Николас Фортин (17501831 гг.)

Жозеф Луи Гей-Люссак (17781850 гг.)

Константин Краевич (18331892 гг.)

Дмитрий Менделеев (18341907 гг.)

Люсьен Види (18051866 гг.)

Эжен Бурдон (18081884 гг.)

Глава 7

Филон Византийский (жил около 250 г. до Р.Х.)

Тит Лукреций Кар (9995 до Р.Х.  5551 до Р.Х.)

Герон Александрийский (около 10 г.  около 75 г.)

Шипионе Рива-Роччи (18641937 гг.)

Гален (129200 гг.)

Хаслерус (1548  1602 гг.)

Джузеппе Бьянкани (15661624 гг.)

Санторио Санторио (15611636 гг.)

Роберт Фладд (15741637 гг.)

Герцог Тосканский Фердинанд II Медичи (16101670 гг.)

Князь Лоренцо Маджалотти (16371712 гг.)

Граф Гульельмо Либри (18031869 гг.)

Франческо Эшинарди (16231703 гг.)

Карло Ринальдини (16151698 гг.)

Исаак Ньютон (16421727 гг.)

Габриель Фаренгейт (16861736 гг.)

Рене де Реомюр (16831757 гг.)

Андерс Цельсий (17011744 гг.)

Питер ван Мушенбрук (16921761 гг.)

Глава 8

Николай Кузанский (14011464 гг.)

Леон Баттиста Альберти (14041472 гг.)

Леонардо да Винчи (14521519 гг.)

Джон Коньерс (16331694 гг.)

Уильям Молинье (16561698 гг.)

Уильям Ардерон (1703 -1767 гг.)

Джеймс Фергюсон (17101776 гг.)

Иоганн Генрих Ламберт (17281777 гг.)

Джон Смитон (17241792 гг.)

Гораций Бенедикт де Соссюр (17401799 гг.)

Анри Реньо (18101878 гг.)

Глава 9

Витрувий (около 8070 гг. до Р.Х.  после 13 г. до Р.Х.)

Андроник Киррест (середина 1-го века до Р.Х.)

Леон Баттиста Альберти (14041472 гг.)

Джеймс Линд (17361812 гг.)

Авраам Фоллетта Ослер (1808  1903 гг.)

Джон Томас Ромни Робинсон (17921882 гг.)

Генрих Вильд (18331902 гг.)

Рудольф Фюсс (18381917 гг.).

Глава 1. Первые метеорологические знания

Как и в случае с любой естественной наукой, для метеорологии невозможно определить точную дату ее начала развития. При этом необходимо отличать метеорологию как науку, и метеорологию как отрасль знаний. И, хотя метеорология как наука сравнительно молода, метеорология как отрасль знаний восходит к ранним истокам человеческой цивилизации.

Древние люди, которые были и полеводами и охотниками, в течение всей своей жизни были очень сильно зависимы от погодных условий, что понуждало их наблюдать за атмосферными явлениями в поисках признаков, которые могли бы предсказать будущую погоду. Накапливающиеся «приметы погоды» передавалась из поколения в поколение, постепенно приобретая форму коротких пословиц, чтобы облегчить запоминание примет погоды, например, «Май холодный  год плодородный (хлебородный)» и т. п.

Некоторые из самых ранних известных рукописей содержат фрагментарные упоминания о погодных явлениях. Книга Иова, предположительно написанная в начале 5-го века до Р.Х. содержит несколько рассуждений о погоде, в частности:

При этом многие из этих примет погоды, вероятно, были древними уже к моменту их записи. Большинство этих примет были основаны на таких погодных явлениях как ветер, облака, дождь, но многие другие были основаны на суевериях, мистике либо религии.

Первые цивилизации древности сложились в долинах великих рек: Нила в Африке; Тигра и Евфрата, Инда и Ганга, Хуанхэ и Янцзы в Азии. Хотя сегодня появляется новая информация о древних китайских и индийских цивилизациях, большая часть наших знаний о догреческих цивилизациях ограничена древним Египтом и древним Междуречьем  Вавилоном.

В древнем Египте та отрасль знания, которую мы сегодня называем метеорологией, носила ярко выраженный религиозный характер. Еще в 3500 году до Р.Х. у египтян была религия неба с ритуалами «вызывания дождя». Как и во всех религиях древности, в Египте считали, что все атмосферные явления находятся под полным управлением богов.

Вавилонская цивилизация существовала примерно с 3000 по 300 год до Р.Х. и развивалась в междуречье рек Тигр и Евфрат. В этой местности нет растений, подобных папирусу, который египтяне использовали для приготовления бумаги, поэтому вавилоняне для письма применяли глиняные таблички. На сырых глиняных табличках с помощью клиновидного инструмента  «стилуса» выдавливались надписи, затем таблички обжигались в печи и все записи закреплялись на табличках буквально «на века».

Вавилоняне (это обобщенное наименование, более подробно мы остановимся на этой теме в главе об изобретении анемометра) были опытными хозяйственниками, математиками и астрономами. Тексты на некоторых табличках открыли, что метеорология в вавилонской цивилизации приобрела особые черты. Пытаясь связать земные атмосферные явления с движением небесных тел, вавилонские жрецы основали своеобразную науку  астрометеорологию. Жрецы записывали на табличках такие прогнозы, как «Когда темный ореол окружает Луну, месяц принесет дождь или соберет облака» и «Когда на небе темнеет облако, подует ветер» и т.п., и это было результатом их попыток найти связь между астрономией и метеорологией. Изучение облаков, бурь, ветра и грозы служило основой для предзнаменований хороших и плохих событий, например, «Если прогремит гром в день отсутствующей Луны, то урожай будет богатым, а торговля будет устойчива» и т. п.

Расшифровка тысяч глиняных табличек, найденных при раскопках в междуречье Тигра и Ефрата, показала, что вавилоняне уже определяли розу ветров в восемь румбов. Они знали четыре стороны света: юг  суту, север  ильтану, восток  саду, запад  амурра. Еще четыре промежуточных румба назывались так: юго-восток (суту у саду) и северо-запад (ильтану у амурра), северо-восток (ильтану у саду), юго-запад (суту у амура). До 20-го века считалось, что этот способ объединения четырех основных румбов (ветров) для обозначения четырех промежуточных румбов возник в Европе гораздо позже, во времена правления Карла Великого.

Первыми людьми, которые проводили документально подтвержденные регулярные метеорологические наблюдения и разрабатывали целенаправленные метеорологические теории, были древние греки. При этом мы должны упомянуть о древних финикийцах, и минойской цивилизации на Крите. Эти морские цивилизации использовали астрономию для навигации, и, вероятно, пытались прогнозировать погоду. Но надежных источников об их достижениях не сохранилось. Некоторые сведения по данному вопросу можно почерпнуть в книге автора «Древнее мореплавание и морская торговля» [1.2.].

Греческие города были разбросаны по всему Восточному Средиземноморью, и в одном из них, в Милете в Малой Азии жил известный философ и математик Фалес (около 650 г. до Р.Х.). Традиционно Фалеса называют первым натурфилософом, и приписывают ему некоторые математические открытия и доказательства. [1.3.]. Известно, что Фалес интересовался и метеорологическими явлениями. Древнегреческий историк Геродот [1.4.] сообщает, что около 585 года до Р. Х. Фалес предсказал солнечное затмение, вполне вероятно, что это было затмение 28 мая 585 года до Р. Х.:

Следуя примеру вавилонян, чьи труды он, по-видимому, изучил, Фалес пытался связать погодные явления с движением небесных тел. Сообщается, что он писал о равноденствии и солнцестоянии и изучал группу звезд, известных как Гиады (звездное скопление в созвездии Тельца). Гиады, как предполагали древние, указывали на приближение дождя, когда они восходили вместе с Солнцем. Начиная с начала записанной истории, человек размышлял об основных элементах, из которых состоит наш мир. Фалес также размышлял об этом, и утверждал, что мир состоит из одного основного элемента  воды, которая лежит в основе всего сущего и своей подвижностью образует жизненный цикл, в ходе которого проходит с неба на землю, через все живые существа, а затем снова на небо. По мнению Фалеса, Земля была плоской и плавала на воде. [1.5.].

Таким образом, Фалес знал о циклическом движении воды, падающей с неба в виде дождя и конденсирующейся обратно на небе. Хотя Фалес, несомненно, знал, что облака состоят из воды, не было никаких свидетельств того, что он точно понимал процессы образования облаков.

Фалес был заядлым путешественником, и совершил, по крайней мере, одно путешествие в Египет, где узнал о проблеме, которая веками ставила египтян в тупик. Каждый год летом воды Нила поднимались выше своего нормального уровня и затапливали всю окружающую местность. Египтяне, страдавшие от разливов Нила, считали, что вода в Нил поступает буквально из-под земли, просачиваясь через речное дно. Как сообщает Сенека в трактате «О природе» [1.6.], Фалес нашел явлению катастрофических разливов Нила свое научное объяснение: северные ветры  «этесии» или «бореи»  дуют в этой части Средиземноморья каждое лето 40 дней с начала июля до середины августа и мешают водам реки Нил, поэтому именно ветры сдерживают речное течение, прижимая морские воды к речному устью. Таким образом, именно напор (нагон) морской воды препятствует течению Нила. Подъем Нила, по мнению Фалеса, не являлся результатом увеличения количества его вод, «просачивающихся из-под земли»,  Нил просто останавливается из-за того, что его водам мешает напор морской воды, и это приводит к тому, что, когда это возможно, Нил вырывается из своих берегов и затапливает окружающие земли.

Как мы увидим, эта важнейшая для Египта погодная проблема продолжала занимать внимание натурфилософов в течение примерно трехсот лет после Фалеса, и мы вернемся к этой проблеме и ее решению в Главе 3.

На протяжении всей ранней истории метеорологии погодные явления, такие как гром и молния, были важной темой для размышлений натурфилософов. У двух последователей Фалеса, Анаксимандра (ок. гг. 611547 до Р.Х.) и Анаксимена (ок. 585528 гг. до Р.Х.), были схожие теории о причине грома и молнии. Они утверждали, что гром происходит от столкновения воздуха с облаками, и пробиваясь сквозь облака, гром разжигает пламя молнии. [1.7.]. Эта теория подразумевала, что в атмосфере присутствует огнеподобное вещество, и это убеждение преобладало в метеорологических теориях еще более 2000 лет.

Анаксимандр был земляком и сподвижником Фалеса. В конце своей жизни Анаксимандр написал трактат «Peri physeos» («De natura rerum»), первое в истории человечества сочинение по натурфилософии. Однако до нас дошло лишь несколько строк из этого трактата. Анаксимандр был проницательным наблюдателем атмосферных явлений, и, вероятно, именно эта проницательность привела его к определению ветра как «потока воздуха». Он был первым, кто дал такое научное определение ветра, определение, которое, как ни удивительно, не было общепринятым среди последующих натурфилософов на протяжении многих веков.

Анаксимен, другой милетянин, принял теорию Фалеса о «базовом элементе», лежащем в основе мира, но считал, что это воздух, а не вода, ввиду того, что в результате наблюдений он пришел к выводу о необходимости воздуха для поддержания жизни на Земле. Анаксимен предположил, что воздух содержит сущность, которую он назвал «пневма», и верил, что эта сущность поддерживает Вселенную таким же образом, как воздух поддерживает человеческое существование. Несмотря на то, что воздух был основным веществом, он мог принимать всевозможные обличия в результате конденсации или сгущения, а также в результате разрежения или разжижения. Изменения в температуре воздуха были связаны с этими качественными изменениями. Обнаружив, что воздух, выдыхаемый человеком через открытый рот, теплый, в то время как воздух, выдуваемый через почти сомкнутые губы, холодный, Анаксимен ошибочно заключил, что разрежение повышает температуру, в то время как сжатие снижает ее.

Последним из знаменитых древних философов Ионийской школы был Анаксагор (ок. 499427 гг. до Р.Х.), который преподавал в Афинах и прославился как блестящий натурфилософ. Достижения Анаксагора, которого часто называют «Первым ученым», сделали его большим авторитетом в области натуральной философии. Метеорология входила в круг многочисленных интересов Анаксагора. Его научная система, пожалуй, лучше всего проявилась именно в исследованиях метеорологических явлений. Основной научный подход Анаксагора состоял в первоначальном внимательном наблюдении за природой, а затем в проведении экспериментов для проверки гипотез там, где простое наблюдение не давало результатов. Одним из метеорологических явлений, которое Анаксагор попытался объяснить, был летний град, который ставил в тупик тех натурфилософов, которые думали, что вода не может замерзнуть в теплую погоду.

Обнаружив в ходе наблюдений то, что теплота (температура) воздуха вероятно снижается с увеличением высоты от земли, и что облака содержат влагу, Анаксагор пришел к выводу, что вода замерзает на очень больших высотах даже летом. Но как можно было заставить облака подняться на такие большие высоты? На этот вопрос Анаксагор легко ответил, потому что он знал, что тепло заставляет объекты подниматься и создает, как бы мы сегодня сказали, конвекционные потоки в атмосфере. Таким образом, жара летнего дня была способна поднять облака, насыщенные влагой, на такую высоту, что влага могла бы замерзнуть там, а затем упасть обратно на землю в виде града. [1.7.].