Воды мира. Как были разгаданы тайны океанов, атмосферы, ледников и климата нашей планеты: читать книгу онлайн полностью и бесплатно

Но для достижения научных результатов пришлось немало потрудиться. Пьяцци Смит примерно месяц провел в лагере на высоте 2700 м, прежде чем, разочарованный постоянным присутствием пыли в воздухе, перебрался выше, на стоянку Альтависта, название которой объяснялось ее расположением на высоте 3260 м над уровнем моря[86]. Он решил сделать то, на что не решился на Гуахаре, – транспортировать сюда «большой экваториальный телескоп Паттинсона». «Потребовалось напряжение всех нервов, чтобы осуществить главную задачу экспедиции, а именно установить самый большой телескоп на самом высоком доступном участке горы»[87]. Вокруг внутренней «площадки телескопа» работники, нанятые из местных, и члены экипажа парусника Стивенсона сложили каменную постройку из пяти комнат (с крышами, с гордостью отметил Пьяцци Смит) и веранды, где можно было укрыться от непогоды.

Эта «обсерватория» представляла собой смешение разных миров. Стены выложили из камня, взятого тут же, на склоне горы; изнутри комнаты завесили войлочными коврами местного производства; несущие балки вытесали из молодых сосен, срубленных на Тенерифе; стекла для окон, ставни и дверные петли привезли из Эдинбурга. На острове можно было достать только обычные гладкие гвозди, тогда как «хорошие винтовые гвозди», заметил Пьяцци Смит, «похоже, распространялись вместе с продвижением англосаксонской цивилизации»[88]. Это была шутка, которая, однако, показывала, в какой мере успех астрономического предприятия зависел от скрупулезного воссоздания условий, существовавших в британских обсерваториях, вплоть до винтов, используемых для фиксации инструментов.

Все это оказалось нелегким делом. Значительная часть более чем 500-страничного дневника Пьяцци Смита посвящена описанию всевозможных трудностей. Но его тон был не раздраженным, а скорее полным удивления. «То одна, то другая часть фотографического аппарата для съемки Солнца, – писал он, – время от времени раскаляется и начинает дымиться». Окуляры телескопов нагревались так сильно, что приходилось периодически делать перерывы, чтобы не получить ожог[89].

Но он с самого начала знал, что эти усилия себя оправдают, как знал и то, что трудности неизбежны. Момент, когда Пьяцци Смит в первый раз посмотрел в окуляр телескопа и увидел звездное небо таким, каким его никто никогда прежде не видел, стал возможен благодаря прозрачности атмосферы и отсутствию в ней водяных паров, но также благодаря многим людям и их труду, интеллектуальному и физическому, целой цепочке людей, помощь которых сопровождала ученого от Лондона и Эдинбурга до вершины вулкана на Тенерифе. Так всегда и бывает с научными исследованиями: очень много работы и как результат – возможность заглянуть чуть дальше и увидеть чуть больше, чем это удавалось до сих пор.

Итак, когда Пьяцци Смит в первый раз посмотрел в окуляр телескопа, перед ним распахнулся космос и самые далекие звезды. Он мог заглянуть дальше, намного дальше, чем кто-либо до него. Да, это стоит повторить: стоя на вершине, вооруженный мощным телескопом, с чистейшим прозрачным воздухом над ним, Чарльз Пьяцци Смит мог видеть на такие далекие расстояния, какие раньше казались немыслимыми. Первая же ночь наблюдений в высотной обсерватории превзошла весь его предыдущий опыт астрономических наблюдений. Двойные звезды, обычно размытые и нечеткие, ярко сверкали на черном небе. Можно было отчетливо разглядеть даже самые слабые звезды 16-й величины. У Пьяцци Смита быстро закончились астрономические тесты, с помощью которых можно было оценить, насколько улучшилось качество наблюдений[90].

Доказав возможность и ценность астрономических наблюдений высоко в горах, Пьяцци Смит приступил к работе, благодаря которой астрономия должна была сделать впечатляющий шаг вперед – ответить наконец на вопрос, что такое звезды и планеты, а не только где они находятся. С помощью приборов, которые ученый привез с собой и доставил на вершину вулкана, он мог приступить к тому, о чем говорил Гумбольдт: начать распутывать нити физических явлений, переплетение которых и создавало наше представление о земле и небе. Что вызывает циклические изменения пятен на Солнце? Что за красные выступы на поверхности Солнца видны во время затмений, но, вероятно, существуют там постоянно? Какова природа двойных звезд и как меняется со временем их вращение? Наконец, какие силы воздействовали на приливы, погоду Земли, ее магнитное поле?

Вопросов было множество. Ответить на все не представлялось возможным. Но тот факт, что они возникали, показывал, как сильно изменилось отношение человечества к земле и небу. Благодаря усовершенствованию старых и изобретению новых приборов у ученых появилась возможность «увидеть» невидимые физические явления. Все более мощные телескопы позволяли улавливать свечение даже очень далеких объектов и исследовать небесные тела в подробностях. Почти сразу же после изобретения в астрономии была использована фотография: в 1839 г. Луи Дагер сделал первый размытый снимок Луны, а уже год спустя Джон Дрейпер, придумав, как отследить движение Луны в ходе длительной экспозиции, сделал первую четкую фотографию спутника Земли. За этим последовали первые снимки Солнца, сделанные в 1840-х гг., и первая фотография звезды – Веги – в 1850 г. Но самым передовым прибором из всех стал спектроскоп, превративший свет в бесценный источник данных о составе далеких объектов. Спектрографические исследования предоставили очередное мощное доказательство единства природы, показав, что Земля и космос состоят из одних и тех же элементов.

О существовании дисперсии света было известно на протяжении многих веков. Еще Леонардо да Винчи обратил внимание на «цвета радуги» на пузырьках воздуха в стакане воды. Исаак Ньютон впервые заявил о себе научному обществу, показав, что при прохождении через прозрачную стеклянную призму луч света превращается в многоцветную полосу, которую он назвал «спектром» – на латыни это слово (spectrum) имеет двойное значение: «мысленный образ» и «призрак». Именно Ньютон выделил в нем семь основных цветов, и на протяжении всего XVIII в. в науке сохранялось такое представление о спектре. Только в 1802 г. физик Уильям Волластон, наблюдая спектр через очень узкую щель, заметил, что поверх цветовой палитры наложена череда черных линий. Он предпринял попытку картировать эти линии, выделив пять наиболее заметных и обозначив их соответствующими заглавными буквами от A до E. В 1824 г. Йозеф фон Фраунгофер, немецкий оптик, специализировавшийся на изготовлении высококачественных оптических стекол, призм и объективов (и, следовательно, интересовавшийся вопросом, что спектр может сказать о чистоте стекла), значительно расширил эту карту, выделив более 500 таких линий и дав им уникальные обозначения, используемые по сей день.

Наблюдение спектра оказалось непростым делом. Никто не знал, сколько именно в нем должно быть линий. Чем пристальнее вы смотрели, тем больше, казалось, их обнаруживалось. Неясно было их происхождение. Из-за всего этого сложно было понять, насколько в данном случае можно доверять своим глазам. Серьезные затруднения вызывала и фиксация увиденного в графической форме. Пьяцци Смит, смолоду обучавшийся навыкам точного отображения астрономических явлений, в совершенстве овладел такими техниками, как изобретенный Джоном Гершелем способ изображения звезд с помощью «тончайшей кисти из верблюжьего волоса» и последовательного нанесения тонких слоев лака. Достоверно изобразить такие эфемерные явления, как полярное сияние, облако небулярного газа или хвост кометы, можно было только благодаря «точности глаза, умелости рук и должному пониманию предмета»[91]. Спектр с его линиями разной толщины, то возникающими, то сходящими на нет, был в этом смысле особенно сложным объектом.

Выдающийся изобретатель Чарльз Бэббидж, бивший тревогу по поводу упадка британской науки по сравнению с французской и немецкой, считал, что умение видеть – это навык, требующий особого развития и важный для всей национальной науки. В своих «Размышлениях об упадке науки и некоторых причинах этого» он привел пример с наблюдением за спектральными линиями Солнца. Когда он впервые посмотрел через спектроскоп, то, как ни старался, ничего не увидел. Только после того, как Гершель объяснил ему, «как смотреть», Бэббидж сразу же их увидел – и удивился тому, как не разглядел прежде. С тех пор он видел спектральные линии каждый раз, когда смотрел в спектроскоп[92]. Из этого Бэббидж делал вывод, что без хорошей системы подготовки наблюдателей британская астрономия не сможет конкурировать на международной арене.

Первоначально астрономы стремились к тому, чтобы составить как можно более полную карту спектральных линий. Но довольно скоро стало ясно, что количество видимых линий зависит не только от размера телескопа и качества призмы, но и от времени суток и направления, в котором повернут телескоп. В 1833 г. шотландский физик Дэвид Брюстер опубликовал результаты своего многолетнего труда. Он не только наблюдал спектр с разрешением в четыре раза выше, чем сумел добиться Фраунгофер, но и делал это в разное время года, в разных метеорологических условиях и при разных положениях Солнца на небе. Эти кропотливые наблюдения Брюстера вполне соответствовали учению Гумбольдта о разделении физических феноменов на составляющие ради их лучшего понимания. Но в 1856 г., когда Пьяцци Смит отправился на Тенерифе, происхождение черных линий на солнечном спектре было все еще не ясно.

Вот почему Пьяцци Смит работал не только по ночам, когда видны были звезды, но и днем, занимаясь спектрографическими наблюдениями за солнечным светом – именно для этой цели сам Королевский астроном одолжил ему свой спектроскоп. Британские ученые мужи, ограниченные возможностями своих городских обсерваторий, хотели знать, что станет с этими характерными линиями на солнечном спектре, если посмотреть на них с вершины горы. Изменятся ли они? Или исчезнут вовсе? А как они будут выглядеть на закате и на восходе солнца?

Гора в данном случае помогала преодолеть препятствие в виде поглощающей большую часть солнечного спектра земной атмосферы. Находясь на высоте, вооруженный самым современным научным прибором – спектроскопом, состоявшим из телескопа с узкой входной щелью (последняя растягивала спектр, что позволяло лучше видеть фраунгоферовы линии) и призмы, Пьяцци Смит имел уникальную возможность получить ответы на многие вопросы. Направляя спектроскоп на Солнце в полдень, он в этот момент находился ближе к солнечной атмосфере, чем любой другой наблюдатель на поверхности Земли. А во время наблюдений за солнцем на восходе и на закате, когда оно почти касалось горизонта, Пьяцци был отделен от светила самым толстым слоем земной атмосферы, чем кто-либо другой на планете.

Со своей наблюдательной станции Пьяцци Смит мог безо всяких усилий и с удивительной четкостью увидеть как далекие звезды, так и Солнце. Глядя на него на закате через спектроскоп, он видел, что темных линий буквально на глазах становится больше. Это свидетельствовало о том, что по крайней мере некоторые из них имели земное происхождение, будучи видимым следом какого-то невидимого вещества, количество которого увеличивалось по мере утолщения слоя земной атмосферы, отделявшего его от Солнца. Это также означало, что спектр, показываемый любым направленным в небо спектроскопическим прибором, всегда отражал содержание одновременно и солнечной, и земной атмосфер. Конечно, это существенно осложняло задачу по определению состава такого далекого небесного объекта, как Солнце, да еще фактически с помощью кусочка стекла. Но все же наблюдения Пьяцци Смита на Тенерифе показали, что спектроскоп, используемый в правильном месте правильным образом, может быть полезным инструментом как для выявления различий между содержимым солнечной и земной атмосфер, так и для исследования самого воздушного океана, омывающего нашу планету.

Что вызывало появление этих темных линий, множащихся на глазах, Пьяцци Смит не рискнул предположить. Он также не вдавался в детали происходивших с ними изменений, в частности, он не ответил на вопрос, уменьшались или увеличивались эти линии исключительно в зависимости от толщины атмосферного слоя, через который велось наблюдение, либо же на это влияли внутренние изменения самой атмосферы Земли. Эти мысли придут позже. Пока же он находился на горе и просто наблюдал, используя для этого каждую минуту бодрствования.

Мы знаем, что чувствовал Пьяцци Смит, глядя в небо со склона вулкана, благодаря его замечательной книге. Главной страстью был сам процесс наблюдения, и буквально в каждой сделанной им записи проглядывает он, Пьяцци Смит, великий наблюдатель. Убежденный в преимуществах фотографии для научных наблюдений, «все свободные моменты» на горе он не выпускал из рук фотографическую камеру, которую сумел раздобыть лишь в последнюю минуту перед отплытием. Он снимал все: окружающие пейзажи, необычную растительность и сам процесс научных наблюдений. Описание, на которое я опиралась выше, занимает около пяти страниц в его книге «Тенерифе: Эксперимент астронома, или Особенности пребывания над облаками» (Teneriffe, an astronomer's experiment: jr, specialities of a residence above the clouds), опубликованной в 1858 г. В ней он в мельчайших подробностях, очень ярким, но без витиеватой вычурности языком описывает всю экспедицию. Свой рассказ Пьяцци Смит дополнил 20 собственноручно сделанными стереофотографиями – впервые в истории печатная книга была иллюстрирована таким количеством фотоснимков.

В предисловии ученый объяснил причину, по которой приложил столько усилий, чтобы сделать и напечатать стереофотографии: они обладали качеством, которое он назвал «необходимой достоверностью». Тогда как обычные фотоснимки могли быть недостаточно четкими или содержать искажения, стереофотография обеспечивала своего рода самокоррекцию. Сравнение двух изображений позволяло увидеть, что реально, а что есть следствие случайного эффекта. Дополнительная достоверность достигалась благодаря стереоскопическому объединению изображений, что создавало впечатление объема (прежде это было доступно только великим художниками). Таким образом, стереофотографии выполняли двойную функцию: обеспечивали научную точность и эстетическое воздействие, присущее гениальным произведениям живописи.

Пьяцци Смит не только занимался наукой, но и наблюдал за тем, как он сам (и другие) делают это. Природные явления и процесс их изучения были ему одинаково интересны. Он зарисовывал яхту, на которой шел на Тенерифе и которая, по сути, тоже была инструментом научных исследований, и фотографировал ее экипаж за работой. Вел подробнейший журнал экспедиции в принятой в те времена манере – описывая то, что он видел в окружающем мире, и сопровождая эти описания своими впечатлениями наблюдателя. Внимательно наблюдал за моряками на корабле, которые благодаря ему сами превратились в дисциплинированных наблюдателей. Он включил в книгу фотографию второго помощника капитана, занятого измерением температуры: в одной руке тот держит хронометр, чтобы узнать время измерения, в другой – записную книжку, куда собирается внести данные. Будучи, как и другие фотографии в книге, стереографией, это двойное изображение удваивало и без того двойной акт наблюдения: Пьяцци Смит наблюдает за вторым помощником капитана, ведущим наблюдения за температурой. Более того, за научными наблюдениями Пьяцци Смита в свою очередь внимательно следили читатели его официальных отчетов и статей в популярных научных журналах. Наука, будучи актом наблюдения, требовала строгого многоуровневого контроля.

Для официального отчета об экспедиции Пьяцци Смит выбрал всего две фотографии. На первой изображено то, чего никто, включая самого Пьяцци Смита, никогда не видел: это стереофотография вершины горы – вернее говоря, ее макета, который был сделан на основе данных, собранных в ходе экспедиции, талантливым шотландским инженером и астрономом-любителем Джеймсом Несмитом. Пьяцци Смит сфотографировал макет сверху, показав, как выглядят пик и вулканический кратер в глазах самого совершенного наблюдателя, имеющего совершенную наблюдательную позицию и совершенное зрение, – самого Бога. Вторая фотография – обычный снимок (увеличенная фотокопия) обсерватории Альтависта, также сделанный сверху. Эта фотография, в отличие от предыдущей, была реальной: ради нее Пьяцци Смит забрался с фотокамерой на соседний склон, с которого открывался хороший вид на лагерь. На снимке видна труба большого телескопа, возвышающаяся над «телескопной площадкой» – прямоугольным участком, защищенным со всех сторон строениями из камня, – и развевающийся на ветру флаг.

Это изображение акта наблюдения, обращенного на самого себя, было призвано напомнить Королевскому обществу, кто совершил это восхождение на вершину и чего он там достиг. Пьяцци Смит выполнил главную цель экспедиции – устранить из астрономических наблюдений препятствие в виде земной атмосферы. Он также показал, что любое наблюдение даже самых отдаленных небесных объектов одновременно является и наблюдением за атмосферой земли. Наконец, он пришел к пониманию того, что каждое обращенное вовне наблюдение также неизбежно является наблюдением за собой – приникшим к окуляру телескопа.

По общему признанию, экспедиция убедительно доказала преимущества высокогорных астрономических наблюдений. И все же Пьяцци Смиту удивительным образом удалось вырвать поражение из уверенных лап победы. Группа рецензентов Королевского общества, занимавшаяся оценкой его работы перед публикацией, сочла, что Пьяцци Смит в геологических и ботанических наблюдениях слишком отклонился от области своей компетенции, и отказалась печатать фотографии, стоившие ему большого труда, сославшись на дороговизну такого издания. Пьяцци Смит отреагировал на это со свойственными ему дерзостью и непокорством. Через несколько месяцев они с Джесси опубликовали собственный отчет о путешествии, в который включили все сделанные ими фотографии и наблюдения. (Как язвительно заметил Пьяцци Смит, в отличие от Королевского общества, его жена сумела в одиночку напечатать все 300 фотографий, необходимых для книги.) Это было первой ласточкой грядущих проблем, с которыми вскоре столкнется Пьяцци Смит с его стремлением нарушать границы научных дисциплин и готовностью действовать наперекор научному сообществу.

Беспокойный ум ученого не давал ему сидеть сложа руки, и через несколько лет после возвращения с Тенерифе он нашел новое увлечение, которое сулило ему еще больше проблем. С горных вершин, созданных природой, он переключился на вершины, созданные человеком. По-прежнему увлеченный проблемой наглядного подтверждения, Пьяцци Смит задался вопросом: можно ли увидеть Бога, если смотреть достаточно внимательно и достаточно скрупулезно производить научные измерения?

Искусственной горой, заинтересовавшей Пьяцци Смита, оказалась Великая пирамида в Гизе. Она уже много лет была предметом любопытства европейцев. Со времен Египетского похода Наполеона европейцы стремились узнать, как и кем были построены пирамиды. Было установлено, что соотношение между периметром основания пирамиды и ее высотой в точности совпадает с соотношением между длиной окружности и ее радиусом, что заставляло некоторых верить в то, что древние строители знали число пи. В 1850-х гг. британец Джон Тейлор выдвинул еще более интригующую, хотя и замысловатую гипотезу, что основной мерой длины в конструкции пирамиды был локоть, равный примерно 25 британским дюймам (63,5 см), и точно так же, согласно Тейлору, с британским дюймом соотносился локоть, который Ной применял при постройке ковчега, а Моисей – своей Скинии.

Прочитав работу Тейлора, Пьяцци Смит настолько увлекся его идеями, что обратил свой талант писателя на то, чтобы на основе не слишком вразумительной брошюры создать захватывающее повествование, доказывающее Божественное происхождение пирамиды и, соответственно, британского дюйма. Его книга «Наше наследие в Великой пирамиде» была написана всего за полгода напряженного труда, но мгновенно обрела широкую и восторженную читательскую аудиторию[93]. В условиях соревнования с французами за то, какая метрическая система станет международной, многие в Англии с энтузиазмом приветствовали «научное» доказательство божественности и древности британских единиц измерения. Вскоре супруги Пьяцци Смит решили на собственные деньги совершить экспедицию к пирамидам, чтобы увидеть все своими глазами и провести измерения. Если кто и обладал достаточной зоркостью, чтобы разглядеть следы Бога в этих древних камнях, то именно Пьяцци Смит.

[86] В переводе с испанского Альтависта означает «вид сверху». – Прим. пер.

[87] Charles Piazzi Smyth, Astronomical Observations Made at the Royal Observatory Edinburgh (Edinburgh: Neill and Company, 1863), 444.

[88] Piazzi Smyth, Teneriffe, 274.

[89] Ibid., 320.

[90] Ibid., 288.

[91] Charles Piazzi Smyth, «On Astronomical Drawing,» Memoirs of the Royal Astronomical Society 15 (1946): 75–76.

[92] Charles Babbage, Reflexions on the Decline of Science in England (London: B. Fellowes, 1830), 210–211.

[93] Charles Piazzi Smyth, Our Inheritance in the Great Pyramid (London: Alexander Strahan, 1864).