Текст книги "Михаил Васильевич Ломоносов. 1711-1765"

Автор книги: Александр Морозов

Рассуждения Ломоносова о восходящих и нисходящих токах воздуха, о движении больших воздушных масс, в сочетании с его учением о теплоте и упругой силе газов, положили начало научного познания строения и динамики атмосферы. Замечательные мысли Ломоносова о движении различных токов воздуха нашли свое окончательное раскрытие и завершение в трудах великого русского ученого, создателя аэродинамики, отца русской авиации Николая Егоровича Жуковского.

Ломоносов уделял большое внимание изучению верхних слоев атмосферы и после произнесения своего «Слова о явлениях воздушных». Для этой цели он изобретает небольшой аппарат для подъема на значительную высоту метеорологических приборов. Представленный им 5 марта 1754 года проект и рисунок этой «машины» заслужил одобрение Конференции, которая и постановила «приказать реченную машину по приложенному к сему рисунку для опыта сего изобретения сделать под его господина автора смотрением». 1 июля того же года Ломоносов уже демонстрировал свою, как он ее называл, «аэродромную машину», «имеющую назначением при помощи крыльев, приводимых в движение горизонтально в разные стороны заведенной часовою пружиною, сжимать воздух и подниматься в верхние слои атмосферы для того, чтобы можно было исследовать состояние верхнего воздуха метеорологическими приборами, прикрепленными к этой аэродромной машине».

Протоколом засвидетельствовано, что при заведенной пружине машина «быстро поднималась вверх». Ломоносов, со своей стороны, обещал работать над дальнейшим ее усовершенствованием, чего, по его мнению, можно было достигнуть, «если взять пружину побольше, если увеличить расстояние между крыльями и если коробка, содержащая пружину, для уменьшения весу будет сделана из дерева». Таким образом, Ломоносов был первым изобретателем действовавшего летательного прибора тяжелее воздуха, являющегося прообразом новейших геликоптеров (вертолётов). В то же время ему принадлежит приоритет в отношении идеи зондирования верхних слоев атмосферы и забрасывания в них самопишущих приборов для метеорологических целей, что осуществляется в наше время с помощью шаров-зондов.

Мысль о создании и усовершенствовании приборов для метеорологических наблюдений занимала Ломоносова давно. Еще в 1749 году он описал новый тип анемометра (прибора для определения силы ветра) в виде колеса с лопастями, половина которого была закрыта от действия ветра. Через десять лет, в 1759 году, Ломоносов в «Рассуждении о большей точности морского пути» среди десятка изобретенных им новых приборов сообщает и об остроумном «воздушном барометре», в котором он постарался исключить влияние температуры на упругость воздуха.

Изучение верхних слоев атмосферы входило в общий круг метеорологических интересов и наблюдений Ломоносова. В своем «Слове о явлениях воздушных» Ломоносов делает целый ряд замечаний, относящихся к самым различным областям теоретической и прикладной метеорологии и климатологии, только еще складывавшихся в то время в самостоятельные научные дисциплины. Он ставит вопрос о главнейших факторах климата и в особенности указывает на смягчающее действие моря, на то, что «по повсядневным примечаниям известно, что жестокость мороза в воздухе из глубины моря дышущими бурями умягчается», что морские ветры (Ломоносов их перечисляет) в Петербурге, Архангельске и Охотске «свирепость зимнего холода укрощают, принося дождливую погоду». Он совершенно правильно объясняет это тем, что температура морской воды «выше или около предела замерзания сохраняется для великого пространства моря». И потому моря сообщают воздуху больше теплоты, «нежели матерая земля, мерзлым запертая черепом и засыпанная глубокими снегами». Поэтому-то «в Камчатке от полудни, востока и запада морским ветрам подлежащей, от севера высокими горами покрытой, редко сильные морозы приключаются, между тем среди Сибири лежащие земли под тою же с нею широтою через всю зиму проницательной мороз терпят и редко оттепели имеют».

Ломоносов черпал эти наблюдения из живого народного опыта поморов и замечаний, сделанных путешественниками. Но он стремился превратить эти наблюдения в факты науки. Он увидел в них закономерности, которые легли в основу учения о климате. Ломоносов придавал метеорологии и климатологии огромное, прежде всего народнохозяйственное значение.

Изучение метеорологических явлений и основанное на этом изучении предсказание погоды было для него «великое дело», которое «гор златых достойно».

С редкой проницательностью Ломоносов указывал на значение метеорологических наблюдений для сельского хозяйства и мореплавания. В своем «Письме о пользе Стекла» Ломоносов мечтает о таком времени, когда с помощью барометров и других метеорологических приборов можно будет повсеместно «предвозвещать»:

 
…Коль  скоро  будут ветры,
 
 
Коль скоро дождь густой на нивах зашумит,
 
 
Иль облаки прогнав, их Солнце осушит…
 
 
Коль могут щастливы селяне быть оттоле,
 
 
Когда не будут зной ни дождь опасен в поле?
 
 
Какой способности ждать должно кораблям,
 
 
Узнав, когда шуметь или молчать волнам,
 
 
И плавать по морю безбедно и спокойно!
 

Эту же мысль о важности метеорологических прогнозов Ломоносов развивает и поддерживает и в своем «Рассуждении о большей точности морского пути» (1759): «Предзнание погод, коль нужно и полезно, на земли ведает больше земледелец, которому во время сеяния и жатвы вёдро, во время ращения дождь благодарственный теплотою надобен. На море знает плаватель, которому коль бы великое благополучие было, когда б он всегда указать мог на ту сторону, с которой долговременные потянут ветры или внезапная ударит буря». В этих словах явственно слышится голос помора, выходца из тех стран, где земледелие и мореходство шли рука об руку.

Ломоносов не ограничивается тем, что разъясняет значение и возможную практическую пользу метеорологической науки.

В области метеорологии Россия шла впереди Западной Европы. В 1706 году Петр I, развернув строительство новой столицы, распорядился вести регулярные наблюдения над вскрытием и замерзанием Невы. С 1726 года Петербургская Академия наук стала производить систематические наблюдения над температурой воздуха, а с 1741 года над осадками, тогда как в Западной Европе только около 1780 года были установлены регулярные и единообразные метеорологические наблюдения.

Но Ломоносов идет еще дальше. Он думает о том, как бы реально обеспечить «предзнание погод». Он утверждает, что создание «истинной теории», которой можно будет надежно руководствоваться для этой цели, «ничем другим, как частыми и верными мореплавающих наблюдениями и записками перемен воздуха утверждено и в порядок приведено быть должно. А особливо, когда бы в разных частях света в разных государствах те, кои мореплаванием пользуются, учредили самопишущие метеорологические обсерватории, в коих расположению и учреждению с разными новыми инструментами имею новую идею…» Ломоносов первый в мире поставил вопрос об организации службы погоды, своеобразной сети метеорологических станций и обсерваторий, снабженных лучшими (в том числе самопишущими) приборами, т. е. выдвинул мысль, к осуществлению которой стали приближаться только во второй половине XIX века.

Горячим поборником идей Ломоносова выступил Д. И. Менделеев, написавший целую серию статей, в которых настойчиво указывал на необходимость всемерного развития отечественной метеорологии и ее громадное практическое значение в жизни страны. Особенное внимание уделял Менделеев изучению верхних слоев атмосферы, так как справедливо считал, что именно здесь «образуется большинство метеорологических явлений земной поверхности». Изучение этих явлений Менделеев, как в свое время и Ломоносов, связывает с общими проблемами теоретической физики. «Занимаясь вопросом о разреженных газах, я невольно вступил в область, близкую метеорологии верхних слоев атмосферы», – писал Менделеев в одной из своих статей. Продолжая замыслы Ломоносова, Менделеев и сам проектировал самопишущие приборы для исследования верхних слоев атмосферы и поддерживал идею об использовании для этой цели небольших аэростатов. И он с гордостью подчеркивал приоритет в этих вопросах своего великого предшественника и соотечественника. «Не мы первые поняли необходимость и пользу такого изучения атмосферы, – писал Менделеев. – О нем раньше многих других думал Ломоносов».

* * *

Ломоносов имел все основания считать свою теорию оригинальной и независимой от Франклина. Чувство национального достоинства заставило его заявить во всеуслышание, что он в своей теории Франклину «ничего не должен». «О погружении верхнего воздуха я уже мыслил и разговаривал за несколько лет; Франклиновы письма увидел впервые, когда уже моя речь была почти готова, в чем я посылаюсь на своих господ товарищей». Далее Ломоносов указывает на разработанную им оригинальную теорию «погружения верхней атмосферы» и на то, что им истолкованы «многие явления, с громовою силою бывающие, которых у Франклина нет и следу». «Франклинова догадка о северном сиянии, которого он в тех же письмах несколькими словами касается, от моей Теории весьма разнится», – говорит Ломоносов и добавляет: «Сверьх сего ода моя о северном сиянии, которая сочинена 1743 года, а в 1747 году в Риторике напечатана, содержит мое давнейшее мнение, что северное сияние движением Ефира произведено быть может».

Ломоносов не случайно ссылается на свою гениальную оду «Вечернее размышление… при случае великого северного сияния». Эта ода не только отразила беспокоившее его с юных лет желание раскрыть тайну северного сияния, но и содержала в себе смелую попытку научно истолковать это загадочное явление. Вероятно, еще у себя на родине Ломоносов подмечал, что северные сияния появляются чаще всего с установлением морозной погоды, слышал рассказы поморов о том, что «сполох трещит – словно из ружей палят», знал о наблюдениях народного календаря, указывавшего, что в поморских широтах северное сияние разгоралось всего сильнее и ярче в марте и в конце сентября (по старому стилю). В то время как редкие на юге явления северного сияния вызывали суеверные толки и считались необыкновенным знамением, в котором часто усматривали столкновение «небесных воинств», для поморов это было делом обыкновенным. Подобные «знамения» они видели каждую зиму и притом неоднократно и всегда были склонны если не прямо искать естественных причин, то во всяком случае делать из своих наблюдений выводы, скорее относящиеся к области практической метеорологии, нежели религии. Есть указания, что северяне установили, что «на пазорях матка (компас. – Л. М.)дурит», и, следовательно, подметили, что стрелка компаса дрожит и отклоняется во время северных сияний под влиянием магнитной бури.

Но все это, разумеется, не объясняло причин северного сияния, до которых допытывалась неугомонная мысль молодого помора Ломоносова. Ответа на свои вопросы он не получил и тогда, когда приобрел естественнонаучное образование.

Западноевропейская наука мало интересовалась северными сияниями и еще меньше знала о них. Сведения о них черпались из редких сообщений путешественников, посетивших полярные страны. Рене Декарт в своей книге «De meteoris» откровенно признавался, что он никогда не видел северного сияния, однако это не помешало ему предложить сразу две теории для его объяснения. По одной из них сияние происходит от сжатия и трения частиц воздуха, по другой – они являются отблеском бушующего где-либо в облаках огня.

Большой интерес возбудило северное сияние 17 марта 1716 года, наблюдавшееся почти во всей Европе. Для объяснения его было предложено множество самых разноречивых теорий. В 1730 году академик Крафт поместил в «Примечаниях к Ведомостям» статью, в которой подвергал критическому разбору все, что было к тому времени высказано западноевропейскими учеными. Особенно обращала на себя внимание «гипотеза» бреславльских натуралистов, полагавших, что северные сияния не что иное, как отражение огней исландского вулкана Геклы в морских северных льдах при их передвижении. Крафт справедливо недоумевал: «Как можно горе Гекле со своими огненными угольями и… чтоб оной лед так жестоко освещен был, чтоб отсвечение от того всей Европе видно было?»

Петербургские академики живо интересовались этим явлением, которое они могли наблюдать гораздо чаще. «Наша должность есть сия, чтобы мы о том как о естественном фейерверке веселилися», – важно писал Крафт, приноравливаясь к придворному языку. Однако петербургские академики пытались более научно подойти к решению этого вопроса, хотя и их выводы оставались спорными и ненадежными. Умерший в 1726 году Мейер утверждал, что с осени, по мере удаления солнца, на северном полушарии накопляется материя «стужи», вместе с тем с теплых частей земли «как бы великий мех снимается», а в результате происходит возгорание паров. Погасшие пары и образуют ту темную завесу, или «пропасть», которая и занимает один из сегментов северного сияния. В 1740 году в «Примечаниях к Ведомостям» академик Гейнзиус излагал новейшую французскую теорию де Мерана, по которой северное сияние было обязано своим происхождением материи, приносимой в земную атмосферу из атмосферы Солнца зодиакальным светом. Когда Земля идет Северным полюсом вперед, тогда сияния учащаются. Темная завеса – это сгустившиеся солнечные пары, светлые столбы – пары легкие. Точно так же и марбургский учитель Ломоносова Христиан Вольф не мог предложить ничего удовлетворительного. Вольф полагал, что причину северных сияний надо искать в образующихся в недрах Земли «тонких испарениях» – сернистых и селитренных, образующих в верхних слоях атмосферы множество искр, но полностью не воспламеняющихся и потому не превращающихся в молнию, так как в те времена и молнию чаще всего объясняли мгновенным воспламенением подобных горючих «испарений». Северное сияние, по Вольфу, – как бы недоразвившаяся гроза. К Вольфу прежде всего и относится недоуменный вопрос Ломоносова, когда он спрашивает в своей оде:

 
Как может быть, чтоб мерзлый пар
Среди зимы рождал пожар?
 

Находясь в 1743 году под арестом, адъюнкт Ломоносов вспоминает и критически оценивает всё, что было к тому времени высказало в науке о северных сияниях. Хорошо зная условия, в которых проявляется это явление, Ломоносов не может остановиться ни на одной из предложенных теорий.

 
Там спорят жирна мгла с водой;
 
 
Иль солнечны лучи блестят,
 
 
Склонясь сквозь воздух к нам густой;
 
 
Иль тучных гор верьхи горят;
 
 
Иль в море дуть престал зефир,
 
 
И гладки волны бьют в ефир?
 

Последнее толкование отражает складывающееся воззрение самого Ломоносова. Его не удовлетворило ни одно из существующих объяснений, и он пошел своим путем. И этот путь оказался верным! Он первый в мире раскрыл электрическую природу северных сияний, оставив далеко позади наивные домыслы и бессодержательные теории своих западноевропейских современников. Свое объяснение северных сияний Ломоносов связывал со своей теорией атмосферного электричества и процессов, совершающихся в верхних слоях атмосферы. «Зимним временем часто случается, что верхняя Атмосфера погружением своим внезапный мороз приносит, без чувствительного дыхания ветра, после теплой погоды. Явления северного сияния зимою по большей части после оттепели случаются, так что весьма часто мороз предвозвещают или с ним вдруг приходят. Електрическое шаров трение производится в воздухе погружением верхней и восхождением нижней Атмосферы, что из вышепоказанной теории о происхождении молнии и грома известно. И так весьма вероятно, что северные сияния раждаются от происшедшей на воздухе Електрической силы». [289]289
  Электрическая природа северных сияний не вызывает сомнений, хотя причины их теперь усматривают в деятельности Солнца, испускающего лучи наподобие катодных, что, в свою очередь, связывают с образованием солнечных пятен. Делаются попытки установить периодическую зависимость между появлением солнечных пятен (и северных сияний) и усилением гроз и других метеорологических явлений на Земле.


[Закрыть]

Ломоносов подметил и некоторую связь между грозами и появлением северных сияний. «Северное сияние и зарничные блистания приметил я вместе 1745 года августа 25 дня в И часу по полудни. Иногда громы и северные сияния по переменам одни за другими случаются. Например, 1748 года августа 5, 6, 9, 23 и 28 чисел были громовые сильные тучи, а 17, 18, 19 являлись северные сияния».

Прежде чем прийти к своей собственной оригинальной теории, Ломоносов много лет кряду вел наблюдения над северными сияниями, появлявшимися над Петербургом. «С 1743 года редко пропущено мною северное сияние, виденное без записи при прочих воздушных переменах. А с 1747 года я записываю обстоятельно большого внимания достойные сияния с обстоятельствами, редко случающимися, а иные срисовывал, сколько дозволяла скорость и переменчивость», – писал Ломоносов в конце жизни.

Ломоносов старался определить высоту северных сияний. В «Изъяснении», приложенном к «Слову о явлениях воздушных», он сообщает: «Северное сияние нарочито порядочное Октября 16 сего года (1753.– A.M.)приметил я здесь в Санктпетербурге и, сколько возможно было смерив, вышину нашел 20, ширину 136 градусов; откуду выходит вышина верьхнего края дуги около 420 верст». Профессор Б. Н. Меншуткин по этому поводу писал в 1936 году: «Новейшие исследования высоты северных сияний, сделанные за последние десять лет… вполне подтверждают эти данные Ломоносова: чаще всего сияния возникают на высоте 130–150 километров над поверхностью земли, причем простираются вверх иногда до 720 километров».

Во время большого северного сияния, наблюдавшегося 12 (23) февраля 1753 года, Ломоносов пытался обнаружить присутствие электричества в воздухе. Он выставил «Електрическую стрелу, которая летом громовую силу показывала», однако стрела «не подала ни единого знаку, чтоб она была хоть мало наелектризована». Через десять лет, в декабре 1763 года, Ломоносов снова сообщал Конференции, что он вел наблюдения над Aurorae borealis (латинское наименование северного сияния) и выставлял на крыше своего дома на Мойке «две стрелы» – одну железную, другую бронзовую, и на сей раз «видел движение Електрического указателя при северном сиянии».

Ломоносов даже предпринял попытку искусственно воспроизвести условия, вызывающие северное сияние, и для этого производил опыты со свечением разреженного воздуха в стеклянном шаре. «Возбужденная Електрическая сила в шаре, из которого воздух вытянут, внезапные лучи испускает, которые во мгновение ока исчезают и в то же время новые на их место выскакивают, так что беспрерывное блистание быть кажется», – сообщает о своих наблюдениях Ломоносов. По его мнению, и «в северном сиянии всполохи или лучи хотя не так скоропостижно происходят по мере пространства всего сияния, однако вид подобный имеют». Подобные же опыты с воспроизведением полярных сияний стали производить только в XX веке.

Ломоносов всю жизнь продолжал собирать материалы для изучения северных сияний. В шестидесятых годах он расспрашивал о северных сияниях своего земляка груманлана [290]290
  Груманлан – промышленник и зимовщик на Груманте (старинное название Шпицбергена).


[Закрыть]Аммоса Корнилова. С его слов Ломоносов записал, что на Груманте «северные сияния бывают без дуги, видны одни только сполохи; в западные ветры оные сполохи идут от запада над головою и по всему небу; во время северных ветров показываются они и на полудни, а в южные ветры являются на севере… во время восточного, восточно-южного и восточно-северного дыхания оного сияния не бывает».

Ломоносов готовил большую книгу «Испытание причины северных сияний», для которой были «нагрыдырованы» на 11 медных досках 48 северных сияний, лично уже наблюдавшихся и зарисованных Ломоносовым. Сохранился план его работы, по которому книга должна была состоять из трех частей: «Часть первая, содержащая наблюдения северных сияний: 1) о собственных наблюдениях; 2) о наблюдениях, описанных у разных авторов; 3) о наблюдениях по словесным известиям. Часть вторая. Теория Електрической силы: 1) о явлениях и действиях Електричества; 2) о Ефире; 3) о причине притягательной и отбивательной Електрической силы; 4) о причине Електрического света; 5) о причине Електрического огня; 6) о причине ударов Електрических. Часть третья. Изъяснение северных сияний: 1) о причинах Електрической силы в воздухе; 2) о силе и явлении ее в разных слоях атмосферы и выше оныя; 3) о дугах и порядочных северных сияниях; 5) о цветных северных сияниях». [291]291
  Б. Н. Меншуткин. Труды М. В. Ломоносова по физике и химии. М.—Л., 1936, стр. 186–187. (Пункт 4-й в программе третьей части не указан. – А. М.)


[Закрыть]Ломоносов хотел не только дать научное объяснение северного сияния, но и привести его в связь с другими родственными явлениями природы. Он обращает внимание на искры, которые «за кормою выскакивают», на «вечерние блистания, что просто зарницею называются», на огни Кастора и Поллукса, или, иначе, «огни св. Эльма», появляющиеся на корабельных реях, и т. д. У него складывается представление об единстве этих явлений, начиная от невинных зарниц до испепеляющей всё молнии, об их электрической природе.

Ломоносов выводил все разнообразные проявления атмосферного электричества из земных причин, подчиняя их единому принципу. Но вместе с тем он отважился поставить вопрос и о космическом электричестве. Он смело говорит об электрических явлениях в хвостах комет, хотя «сему противно остроумного Невтона рассуждение, который хвосты комет почел за пары, из них исходящие и солнечными лучами освещенные».

Ломоносовское понимание электрических явлений, его замечательные открытия и наблюдения, его глубокие теоретические выводы значительно опережали и превосходили все, что к тому времени было сделано для изучения электричества западноевропейской и американской наукой. В этом смысле дилетантские опыты Франклина не могут идти ни в какое сравнение с блестящими исследованиями Ломоносова. Франклин не задумывался над вопросом, откуда и почему возникает атмосферное электричество. Он принимал это как непреклонный факт и все свое внимание устремил на решение узкой практической задачи – изобретение громоотвода. Ломоносов стремился поставить общую проблему электричества в природе, связав ее со всей системой своих физических представлений.

Ломоносов выдвинул идею особого «молниеотвода», который привлекал бы на себя, собирал и отводил в землю «громовую силу» в местах, удаленных «от обращения человеческого», чем достигалась бы полнейшая безопасность. Для этого он предлагал ставить высокие заостренные шесты, или, как он называл их, «стрелы», «дабы ударяющая молния больше на них, нежели на головах человеческих и на их храминах силы свои изнуряла».

Ломоносов всегда соединял смелый исследовательский почин с помыслами о непосредственном благе родины. Надо ли говорить, какое практическое значение имело изобретение громоотвода для России, когда во времена Ломоносова сама Москва несколько раз жестоко выгорала, а по деревням и маленьким деревянным уездным городкам «красный петух» то и дело скакал с крыши на крышу. Через три года после трагической смерти Рихмана тот же В. А. Нащокин записал в своем дневнике, что в ночь с 29 на 30 апреля 1756 года «по полуночи в первом часу» в самом Петербурге была сильная гроза и от молнии «в третьем часу по полуночи зажгло Петропавловский шпиц (шпиль. – А. М), который горел с час и свалился». Сгорел не только шпиль, но и «на соборной церкви купол сгоря свалился же, от чего и церкви иконостас повредился». Нащокин теперь не задавался вопросом, чем вызвана такая небесная кара, так как Академия наук тут уж была совершенно ни при чем.

Ломоносов не только предлагал ввести в обиход новое полезное изобретение. Он должен был защищать его от суеверных нападок. Он отводил от ученых голов зловещие «перуны», готовые обрушиться на них из свинцовых туч невежества. Против обвинений в дерзком и кощунственном испытании воли небес Ломоносов выставлял остроумные и убедительные доводы: «Не одни молнии из недра преизобилующия натуры на оную устремляются, но и многие иные: поветрия, наводнения, трясения земли, бури, которые не меньше нас повреждают, не меньше нас устрашают. И когда лекарствами от моровой язвы, плотинами от наводнений, крепкими основаниями от трясения земли и от бурь обороняемся… того ради какую можем мы видеть причину, которая бы нам избавляться от громовых ударов запрещала?»

Ломоносов защищал не только право на свободное научное исследование, но и право на свободное практическое применение результатов науки. Ученый не должен робеть ни перед грозными тайнами природы, ни перед слепым осуждением невежд. Ломоносов славит мужей науки, великий подвиг исследования природы: «Не устрашил ученых людей Плиний, в горячем пепле огнедышущаго Везувия погребенный, ниже отвратил пути их от шумящей внутренним огнем крутости. Смотрят но вся дни любопытные очи в глубокую и яд отрыгающую пропасть. И так не думаю, чтобы внезапным поражением нашего Рихмана натуру испытающие умы устрашились и Електрической силы в воздухе законы изведывать перестали».