Книга - История изобретения метеорологических приборов

История изобретения метеорологических приборов
Владимир Кучин


Книга посвящена истории изобретения основных метеорологических приборов – барометра, термометра, гигрометра, анемометра. Книга предназначена для прочтения ее пытливым и любознательным читателями, не зависимо от их научных знаний, статуса и возраста.





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. 611—547 гг. до Р.Х.)

Анаксимен (ок. 585—528 гг. до Р.Х.)

Анаксагор (ок. 499—427 гг. до Р.Х.)

Эмпедокл (ок. 492—430 гг. до Р.Х.)

Демокрит (ок. 460—370 гг. до Р.Х.)

Гиппократ (ок. 460—375 гг. до Р.Х.)

Евдокс (ок. 408—355 гг. до р.Х.)




Глава 2


Аристотель (384—322 гг. до Р.Х.)




Глава 3


Теофраст (ок 371—287 гг. до Р.Х.)

Эратосфен (ок. 274—194 гг. до Р.Х.)

Прокл Диадох (412—485 гг.)

Посидоний (135—50 гг. до Р.Х.)

Клавдий Птолемей (ок. 85—165 гг.)

Помпоний Мела (ок. 15—60 гг.)

Луций Сенека (3 г. до Р.Х. – 65 г.)

Плиний старший (23—79 гг.)

Беда Достопочтенный (ок. 673—735 гг.)

Исидор, епископ Севильский (ок. 570—636 гг.)

Аль-Кинди (801—873 гг.)

Аль-Динавари (? – 895 г.)

Ибн Вахшийи (? – 930 г.)

Ибн Аль-Хайсам (Альхазен) (ок. 965—1039 гг.)

Ибн-Сина (Авиценна) (980 – 1037 гг.)




Глава 4


Аделард из Бата (ок. 1080—1160 гг.)

Альберт Кельнский (1206—1280 гг.)

Фома Аквинский (1225—1274 гг.)

Бартоломей Английский (1220—1250 гг.)

Роберт Гроссетест (1168—1253 гг.)

Винсент из Бове (ок. 1190—1264 гг.)

Роджер Бэкон (1214—1294 гг.)

Леонард Диггес (1515—1559 гг.)

Николай Орем (ок. 1323—1382 гг.)

Джироламо Кардано (1501—1576 гг.)

Рене Декарт (1596—1650 гг.)




Глава 6


Галилео Галилей (1564—1642 гг.)

Торричелли (1608—1647 гг.)

Блез Паскаль (1623—1662 гг.)

Роберт Гук (1635—1703 гг.)

Роберт Бойл (1627—1691 гг.)

Христиан Гюйгенс (1629—1695 гг.)

Гийом Амонтон (1663—1705 гг.)

Пьер Бугер (1698—1758 гг.)

Жан Андре Делюк (1727—1817 гг.)

Джесси Рэмсден (1735—1800 гг.)

Жан Николас Фортин (1750—1831 гг.)

Жозеф Луи Гей-Люссак (1778—1850 гг.)

Константин Краевич (1833—1892 гг.)

Дмитрий Менделеев (1834—1907 гг.)

Люсьен Види (1805—1866 гг.)

Эжен Бурдон (1808—1884 гг.)




Глава 7


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

Тит Лукреций Кар (99—95 до Р.Х. – 55—51 до Р.Х.)

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

Шипионе Рива-Роччи (1864—1937 гг.)

Гален (129—200 гг.)

Хаслерус (1548 – 1602 гг.)

Джузеппе Бьянкани (1566—1624 гг.)

Санторио Санторио (1561—1636 гг.)

Роберт Фладд (1574—1637 гг.)

Герцог Тосканский Фердинанд II Медичи (1610—1670 гг.)

Князь Лоренцо Маджалотти (1637—1712 гг.)

Граф Гульельмо Либри (1803—1869 гг.)

Франческо Эшинарди (1623—1703 гг.)

Карло Ринальдини (1615—1698 гг.)

Исаак Ньютон (1642—1727 гг.)

Габриель Фаренгейт (1686—1736 гг.)

Рене де Реомюр (1683—1757 гг.)

Андерс Цельсий (1701—1744 гг.)

Питер ван Мушенбрук (1692—1761 гг.)




Глава 8


Николай Кузанский (1401—1464 гг.)

Леон Баттиста Альберти (1404—1472 гг.)

Леонардо да Винчи (1452—1519 гг.)

Джон Коньерс (1633—1694 гг.)

Уильям Молинье (1656—1698 гг.)

Уильям Ардерон (1703 -1767 гг.)

Джеймс Фергюсон (1710—1776 гг.)

Иоганн Генрих Ламберт (1728—1777 гг.)

Джон Смитон (1724—1792 гг.)

Гораций Бенедикт де Соссюр (1740—1799 гг.)

Анри Реньо (1810—1878 гг.)




Глава 9


Витрувий (около 80—70 гг. до Р.Х. – после 13 г. до Р.Х.)

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

Леон Баттиста Альберти (1404—1472 гг.)

Джеймс Линд (1736—1812 гг.)

Авраам Фоллетта Ослер (1808 – 1903 гг.)

Джон Томас Ромни Робинсон (1792—1882 гг.)

Генрих Вильд (1833—1902 гг.)

Рудольф Фюсс (1838—1917 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:



«Ручьи мутнеют от талого льда и принимают в себя снег, – но в летнее время пропадают они и в жару исчезают с лица земли». [1.1.].


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.:



«Так с переменным успехом продолжалась эта затяжная война, и на шестой год во время одной битвы внезапно день превратился в ночь. Это солнечное затмение предсказал ионянам Фалес Милетский и даже точно определил заранее год, в котором оно и наступило. Когда лидийцы и мидяне увидели, что день обратился в ночь, то прекратили битву и поспешно заключили мир».


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. 611—547 до Р.Х.) и Анаксимена (ок. 585—528 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. 499—427 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.].



Чтобы объяснить снижение теплоты (температуры) с увеличением высоты, Анаксагор утверждал, что увеличение высоты вызывает постепенное уменьшение интенсивности солнечного света, отраженного от поверхности земли, что, в свою очередь, и вызывает понижение температуры воздуха. Этот тепловой (температурный) эффект, однако, наблюдается только до определенной высоты. Выше некоторой точки атмосфера начинает принимать иную форму – форму огнеподобной субстанции, которую Анаксагор называл «эфиром». Следовательно, где-то в верхних слоях атмосферы температура должна была повышаться, и становилась очень высокой. Это изменение, однако, происходило за пределами высот, которые были значимыми для метеорологических процессов на поверхности земли. Таким образом, на основе неверной физической модели Анаксагор удивительным образом пришел к истинной картине взаимосвязи температуры воздуха и высоты. Интересно, что такая зависимость температуры воздуха от высоты, предложенная Анаксагором, не была общепринятой в научных кругах до 19-го века, т. е. Анаксагор заглянул вперед на 2400 лет!



Анаксагор также использовал свою теорию наличия эфира в верхних слоях атмосферы, чтобы объяснить причину возникновения грома и молнии.



Как сообщал Аристотель, Анаксагор предположил, что в облаках есть огонь. Этот огонь был частью эфира, который опустился в нижние слои атмосферы. Молния вызывалась именно этим огнем, сверкающим сквозь облака, а гром был шумом огня, шипящего, когда влага в облаках его гасила. Почему горячая субстанция в атмосфере (эфир) могла опускаться, а не подниматься, как указывала его теория о летнем граде, Анаксагор так и не ответил.



Идеи Фалеса и Анаксагора о первичном, универсальном элементе вдохновляли многочисленных исследователей природы и философов. [1.7.]. Наиболее общепринятая теория, которая доминировала в метеорологии в течение 2000 лет, и которой придерживался Аристотель, была предложена сицилийцем Эмпедоклом из Аргигента (ок. 492—430 гг. до Р.Х.). Эмпедокл утверждал, что во Вселенной есть четыре основных элемента: воздух, земля, огонь и вода, которые ассоциируются с четырьмя основными свойствами природных веществ: теплом, холодом, влажностью и сухостью. Поскольку вода гасит огонь, Эмпедокл пришел к выводу, что эти два элемента находятся в оппозиции.






Рис. 1.1. Концепция Эмпедокла о природе Вселенной. Рисунок автора.



Вода и воздух, однако, сочетались друг с другом или обладали сродством друг к другу. Таким образом, Вселенная состояла из четырех основных элементов, связанных с четырьмя первичными качествами и обладавшими парными свойствами сродства и противоположности (Рис. 1.1.).



Эмпедокл заинтересовался причинами проявления метеорологических явлений, в частности он размышлял о причинах появления грома и молнии. Его теория была по существу такой же, как у Анаксагора, за исключением того, что Эмпедокл утверждал, что огонь в облаках был вызван лучами солнца, которые оказались в облачной ловушке. Он, по-видимому, был первым, кто предположил, что молния была порождена именно облаками.



Применяя свою четырехэлементную концепцию Вселенной, Эмпедокл попытался использовать противопоставление огня и воды, чтобы объяснить причину различия климатических условий летом и зимой. Основные элементы – огонь и вода – постоянно противостояли друг другу в атмосфере. Когда горячий и сухой огонь одерживал верх, – наступало лето. Когда одерживала верх влажная и холодная вода, – наступала зима. [1.7.]. То, что эти два основных элемента всегда перемещались случайным образом, не объясняло, однако, почему летние и зимние сезоны на Земле появлялись так регулярно, никогда не изменяя своей строго календарной последовательности возникновения.



Другим известным натурфилософом 5-го века до Р.Х., интересовавшимся погодными явлениями, был Демокрит (ок. 460—370 гг. до Р.Х.), атомист и геометр. Он был, по его собственному признанию, великим путешественником, известна его фраза:



«Я объехал часть земли, наибольшую по сравнению с любым другим человеком моего времени, я исследовал самые отдаленные уголки; я наблюдал очень много климатов и земель и слушал очень многих ученых людей.»


Вероятно, именно во время пребывания в Египте Демокрит задумался о проблеме ежегодного огромного разлива Нила. Подобно Фалесу, он указал на этесианские ветры как на виновника этой природной аномалии. Объяснение Демокрита, при этом, сильно отличалось от объяснения Фалеса и указывало на его большую осведомленность об атмосферной деятельности. Демокрит утверждал, что снег в северных регионах таял во время летнего солнцестояния и растекался в виде весенних вод. Затем из паров этой воды образовывались облака, которые, уносились «ветрами Этесии» (ветрами с Севера) на юг, в результате у берегов Египта начинались сильные штормы, и именно эти штормовые воды заполняли прибрежные озера и останавливали Нил.



Хотя это указывает на то, что Демокрит признавал определение ветра Анаксимандром как потока воздуха, но он, возможно, частично понял природный сценарий формирования и сезонного движения штормов, который не был признан и оценен учеными вплоть до 18-го века. До Демокрита считалось, что конкретный шторм не может перемещаться по морскому пространству с одного места на другое. Однако не было найдено никаких доказательств того, что Демокрит действительно пришел к такому важнейшему климатическому выводу.



Демокрит использовал свою атомистическую теорию в определении ветра, утверждая, что, когда в маленьком пустом пространстве присутствует много частиц («атомов»), то результатом будет ветер, с другой стороны, когда пространство большое, а частиц в нем мало, наблюдается «тихое, спокойное состояние атмосферы».



Эта теория была немедленно раскритикована и отвергнута, поскольку часто наблюдалось, что ветер не всегда сопровождает облачную атмосферу.



Явление грома и молнии также интересовало Демокрита. На основе своей атомистической теории он объяснил гром и молнию как неравномерную смесь частиц, вызывающих бурные движения облаков. Он верил, что гром и молния происходят одновременно, а воспринимаются по отдельности, потому что зрение быстрее слуха – это было правильное понимание одновременности грома и молнии, проигнорированное последующими натурфилософами и не появлявшееся примерно в течение 2000 лет.



Следует также упомянуть метеорологические объяснения Гиппократа из Коса (ок. 460—375 гг. до Р.Х.), которого часто называют «Отцом медицины». Важной частью его медицинской доктрины была необходимость понимания явлений природы для понимания состояния тела и души человека. Гиппократ считал, что знание метеорологии необходимо для того, чтобы стать успешным врачом. В своем трактате «О воздухе, водах и местах» Гиппократ обсуждал различные климатические условия, влияние этих климатических условий на здоровье жителей и их болезни, распространенные в местностях, характеризующихся воздействием определенных ветров. Гиппократ, однако, по-видимому, не предпринимал никаких попыток рассуждать о причинах из метеорологических явлений, которые он изучал. Его исследования были сосредоточены только на влиянии погоды на здоровье человека. [1.8.].



Последним натурфилософом до аристотелевского периода, который, как известно, интересовался метеорологией, был Евдокс из Книда (ок. 408—355 гг. до р.Х.), ученик Платона. Считается, что Евдокс был автором трактата «Ceimonos Prognostica» о предсказаниях плохой погоды, который, вероятно, имел вавилонскую предисторию. Также у Евдокса была интересная теория о периодичности погодных явлений. Плиний в своей «Естественной истории» сообщает, что Евдокс утверждал, что все метеорологические явления регулярно повторяются. Эта периодичность наблюдается не только при ветрах, но и при других формах плохой погоды. По мнению Евдокса это повторение происходило в течение четырехлетних периодов, и период всегда начинается в високосный год с восходом звезды Сириус. [1.9.].



Как мы увидели, на ранней стадии развития метеорологии многие натурфилософы посвятили свое внимание изучению погоды. Их исследования, однако, проводились без использования метеорологических приборов, которые не были изобретены до 15-17-го веков. Следовательно, изучение метеорологических явлений учеными древности было в основном качественным, а не количественным. Предложенные теории, за возможными исключениями по наблюдению движения облаков, не были проверены измерениями явлений, которых они касались. Эти теории можно было принять или отвергнуть, только умозрительно соотнеся их с более общими теориями природы, такими как теория четырех элементов. Тем не менее, подобные теории легли в основу трактата «Метеорологика» Аристотеля [1.7.], который, в свою очередь, стал авторитетом в области теории погоды на последующие 2000 лет. Трактату Аристотеля «Метеорологика» мы посвятим Главу 2.



Литература к Главе 1.



1.1 С. Аверинцев. Собрание сочинений. Переводы: Евангелие. Книга Иова. Псалмы. М.: «Дух и Литера», 2004.

1.2. В. Кучин «Древнее мореплавание и морская торговля», Екатеринбург: «Ридеро», 2019.

1.3. Г. Г. Цейтен, «История математики в древности и в средние века», М.-Л.: ГГТИ, 1932.

1.4. Геродот, «История в 9-ти книгах», М.: АСТ, 2001.

1.5. А. Паннекук, «История астрономии», М.: «Наука», 1966.

1.6. Луций Анней Сенека, «Философские трактаты», СПб.: «Алетейя», 2001.

1.7. Аристотель. Собрание сочинений в 4-х томах. М.: «Мысль», 1981.

1.8. Гиппократ. Сочинения, в 3-х томах, М.: Медгиз, 1944.

1.9. Caius Plinius, Naturalis Historia. Libri I – XV, lat, Berolini: APUD WEIDMANNOS, MDCCCLXVI.




Рисунки к Главе 1


Рис. 1.1. Концепция Эмпедокла о природе Вселенной. Рисунок автора.




Глава 2. «Метеорологика» Аристотеля



Аристотель (384—322 гг. до Р.Х.), сын Никомаха и Фестиды, родился в 384 году до Р.Х., между июлем и октябрем. Это был первый год 99-й Олимпиады. Название города Стагиры в древней Македонии, в котором родился Аристотель, по-русски можно передавать по-разному. Это название существует по-гречески как в единственном числе мужского и женского рода, так и во множественном числе среднего рода. Поэтому и по-русски можно говорить и «Стагир», и «Стагира», и «Стагиры», мы будем использовать это имя.

Для Греции тех времен, не только Стагиры, но и вся Македония была отдаленной страной, которая на северо-востоке граничила с Фракией (современной Болгарией). По некоторым источникам, город Стагиры и находился во Фракии. Но принято считать, что Стагиры находились на юге Македонии, на полуострове Халкидика, вблизи крупного (для того времени) города Фессалоники (современный греческий город Салоники). Город Стагиры был основан выходцами с греческого острова Андрос – родины отца Аристотеля. Предки Аристотеля по матери происходили из Эвбейской Халкиды, поэтому Аристотель был чистейшим греком и по отцу и по матери, хотя и родился в Македонии или во Фракии. [2.1.].

В семнадцать лет Аристотель приехал в Афины, где стал учеником философа Платона. После смерти своего учителя в 347 году до Р.Х. 37-летний Аристотель поселился на Лесбосе, острове у побережья Малой Азии. Репутация Аристотеля, как ученого, была в Греции и Македонии столь значительна, что он был назначен наставником к Александру – сыну царя Македонии Филиппа, будущему великому военачальнику Александру Македонскому.



В 336 году до Р. Х. Аристотель вернулся в Афины, где стал одним из самых известных научных авторитетов, писателей и философов своего времени. Среди многочисленных работ Аристотеля важное место занимает трактат «Метеорологика», ставший первым научным трудом, который превратил метеорологию в науку.



Трактат «Метеорологика» Аристотеля [2.2.], написанный около 340 года до Р.Х., является старейшим всеобъемлющим сочинением по метеорологии. Трактат состоит из четырех книг, из которых Книги первая, вторая и третья посвящены тому, что мы сейчас считаем метеорологией, а Книга четвертая повествует о свойствах веществ, и содержит сведения по физике веществ, по химии, по металлургии, по производству продуктов питания и т. п. Общий объем трактата «Метеорологика» – около 100 современных страниц формата А4.



Темы, рассмотренные в первых трех «метеорологических» книгах трактата, включают: образование дождя, облаков, тумана и града, они посвящены различным ветрам, климатическим изменениям, явлениям грома и молнии, и ураганам.



Научная база в «Метеорологике» основана на двух главных теориях.



Во-первых, Аристотель считал, что Вселенная имеет сферическую форму. Он принял систему Евдокса из Книда [2.3.], которая объясняла движение звезд и планет системой концентрических сфер, объединенные движения которых производили видимое движение небесных тел. Земля была внутренним ядром этих концентрических сфер, которые были образованы орбитами небесных тел. Аристотель разделил Вселенную на две основные области: небесную область за орбитой Луны и земную или подлунную область – сферу орбиты Луны вокруг Земли. Таким образом, он провел четкое различие между астрономией и своим новым предметом – метеорологией. Первая была ограничена небесной областью, включая орбиту Луны, вторая была ограничена явлениями в земной (подлунной) области.



Во-вторых, Аристотель принял как базовую «теорию четырех элементов» Эмпедокла, которую мы обсуждали в Главе 1. Эмпедокл происходил из богатой семьи, жившей в греческой колонии Агригент на Сицилии, обстоятельства жизни Эмпедокла точно не известны, но существует множество разных мнений о них. Труды Эмпедокла сохранились в отрывках, при этом он писал свои философские концепции стихами. Один из сохранившихся куплетов так раскрывает систему устройства мира у Эмпидокла, [2.4.]:



«Сначала выслушай, что четыре корня всего существующего-

Огонь, и вода, и земля, и безграничная высь эфира;

Из них ……. все, что было, что есть, и что будет».


Аристотель переставил элементы Эмпедокла и представлял земную область как состоящую из четырех элементов в таком порядке: земля, вода, воздух, огонь, расположенных в виде концентрических сферических слоев по системе Евдокса, с Землей в центре.



Аристотель акцентирует на этом внимание и пишет:



«Из четырех, т.е. огня, воздуха, воды и земли, огонь занимает верхнее по отношению к прочим положение, а земля нижнее; два других соотносятся подобным образом, а именно воздух ближе всех к огню, а вода к земле».


Это было существенное изменение – т.к. согласно куплета Эмпедокла, Земля была третьим слоем элементов, а стала первым.



Однако у Аристотеля это расслоение элементов не было жестким, считалось, что все элементы находятся в постоянном процессе взаимопревращения, один в другой. Когда солнечное тепло (огонь) достигало поверхности земли, оно смешивалось с холодной и влажной водой, образуя новое вещество (пар), теплое и влажное, по сути, похожее на воздух (эфир). Солнечное тепло (огонь) аналогичным образом воздействовало на холодную и сухую землю, производя другое вещество, теплое и сухое, по сути, подобное эфиру и огню одновременно.



Солнце находилось вне системы «Евдокса – Эмпедокла – Аристотеля» и производило два вида «испарений». Одним из них были влажные и в целом теплые пары, которые приводили к таким явлениям, как облака, дождь и т. п. Другим были горячие и сухие пары, которые служили исходным материалом для таких явлений, как ветер, гром и т. п.



Таким образом, в атмосфере Аристотеля было два основных слоя – воздух (эфир) и огонь. Но в сфере воздуха (эфира) существовали определенные дополнительные различия. Аристотель предположил, что облака не могут образовываться над вершинами самой высокой горы, потому что воздух (эфир) над горами содержал «огонь» и не может приближаться к земле, потому что солнечное тепло, отраженное от земли, также препятствует образованию облаков. Следовательно, в атмосфере между высотой самых высоких гор и поверхностью земли существовал единственный слой, в котором могли образовываться облака.



Любопытное объяснение дал Аристотель для тепла, поступающего на Землю от Солнца. По его теории Солнце горячее потому, что оно быстро движется, и именно от этого движения сквозь пространство оно нагревается. А Луна у Аристотеля холодная – именно потому, что она неподвижна. Исходя из этой механистической идеи, Аристотель утверждал, что Солнце самое горячее из небесных тел – «кажется белым, а не огненным».



Подобным же образом Аристотель объясняет и всполохи на небе – то, что мы называем полярными сияниями. Эти краски на небе появляются, по мнению Аристотеля, от сгущения воздуха, который при сгущении воспламеняется, и светит подобно головне в печи. Сияния и переливы цвета на небе Аристотель сравнивает с видом пламени, прорывающемся сквозь дым.



Кометы у Аристотеля не есть «некое отражение» – они вещественны и состоят из огня, образующегося от сгущения воздуха. Кроме того «появление многих комет предвещает ветры и засухи». По Аристотелю – не сама комета вызывает засуху – а она может служить неким индикатором сухого сгустившегося воздуха, который и комету порождает, и ветры и засухи вызывает.



«Метеорологика» также содержит совокупность фактов, собранных многими натурфилософами, историками, поэтами и общим опытом. Ряд прогнозов погоды в работе Аристотеля заимствован у египтян, а большая часть работы имеет определенно вавилонское происхождение, особенно в классификация ветров. Таким образом, «Метеорологика» представляла собой сумму метеорологических знаний, а точнее сказать, поверий своего времени.



Прекрасным примером того, как Аристотель развил метеорологическую теорию на основе хорошо известных фактов, является его обсуждение процессов образования града. Аристотель рассуждает так («Метеорологика», Книга первая, Глава двенадцатая):



«ГЛАВА ДВЕНАДЦАТАЯ

Изучая обстоятельства, сопровождающие образование града, необходимо рассмотреть и то, что несомненно, и то, что представляется противным разуму.

Град – это лед, а вода замерзает зимою, между тем град выпадает преимущественно весною и осенью, а также в конце лета и редко зимой, причем не в сильный мороз. И вообще град выпадает в более теплых краях, а снег – в более холодных.

Странно также и то, что вода замерзает [в этом случае] вверху; ведь замерзание невозможно, прежде чем образовалась вода, а вода ни одно мгновение не может удерживаться наверху, В то же время нельзя [представлять себе дело так,] будто, как капли воды из-за своей малости могут держаться наверху и оставаться в воздухе и как земля и золото, если частицы мелкие, случается, плавают на поверхности [воды], подобно воде на воздухе, а когда многие мелкие капли сольются [в большие], большие падают на землю, [ – будто так и с градом]. [При образовании] града этого не может быть, так как замерзшие [капли] не сливаются вместе, подобно жидким. Ясно поэтому, что вверху удержались довольно крупные капли, иначе замерзшие [градины] не были бы столь [больших] размеров.

Некоторым причина этого явления и его происхождение представляются [следующим образом]: когда облако оттесняется вверх, где отраженные от земли лучи уже не имеют силы и где потому холоднее, вода, попав туда, замерзает, потому-то летом и в теплых краях град выпадает чаще, ведь тепло оттесняет облака дальше от земли. Однако на очень возвышенных местах град весьма редок. А [по их учению], должно [быть наоборот], подобно тому как мы видим, что снег особенно обилен на возвышенностях. Далее, много раз можно было наблюдать облака, проносящиеся с громким шумом над самой землей, так что слышавшим и видевшим они внушали ужас, как предвестие чего-то еще более [страшного]. Бывало, однако, и так, что град выпадал обильный, [градины] были невероятных размеров и не округлые, между тем как облака с таким градом появлялись безо всякого шума. Объясняется это тем, что падение [градины до земли] не занимает долгого времени, ибо замерзание вопреки тем [исследователям] произошло недалеко от земли, [а не наверху]. Действительно, для образования крупного града необходима чрезвычайно [сильная] причина замерзания (a что град есть лед – это ясно всякому). Крупные градины не [бывают] круглыми, а это доказывает, что они застыли недалеко от земли, ведь, падая с большой высоты, они при долгом падении обтесываются и очертания становятся круглыми, а размеры меньшими.

Ясно, таким образом, что не оттеснение [облака] в верхние холодные области обусловливает замерзание [капель].

А поскольку мы знаем, что тепло и холод теснят друг друга (поэтому в теплую погоду под землей холодно, а в морозную – тепло), то так же следует представлять себе и явления в верхних областях. Так что в более теплые времена года холод оттесняется внутрь [облака] окружающим [его] теплом, и случается, что из облака скоро выпадает дождь. Дождевые капли поэтому в теплые дни намного крупнее, чем зимой, и дождь становится ливнем; ливнем он называется тогда, когда это дождь сплошной, а сплошной он из-за быстроты сгущения. Происходит, таким образом, как раз обратное тому, что утверждает Анаксагор. Он говорит, что это случается, когда [облако], поднимаясь, входит в холодные слои воздуха, а по нашему [мнению] – когда [оно] опускается в теплые, и тем скорее, чем [они] теплее. И вот, когда внешнее тепло еще больше со всех сторон теснит холод внутрь [облака], он замораживает созданную им воду, и образуется град. Это происходит, когда вода замерзает быстрее, чем упадет на землю. Действительно, если падение [до земли] занимает известное время, а холод столь велик, что замораживает за меньшее [время], то ничто не препятствует замерзанию [капель] на высоте, раз уж на него уходит меньше времени, чем на падение вниз. И чем ближе к земле и чем плотнее сгущение, тем обильнее ливни, тем крупнее дождевые капли и градины, так как путь до земли короток. По этой же причине крупные капли не падают частым [дождем]. Град реже бывает летом, чем весной и осенью, хотя и чаще, чем зимой, потому что летний воздух сравнительно сух, тогда как весной он все еще влажен, а осенью уже увлажнен. Этим же объясняется то, что иногда град выпадает, как уже было сказано, в конце лета.

Быстроте замерзания способствует предварительный подогрев воды, потому что она [тогда] быстрее охлаждается. Многие поэтому, когда хотят поскорее охладить воду, ставят ее сперва на солнце, а жители Понта, когда они, готовясь к лову рыбы, строят на льду шалаши (они ловят рыбу, проделывая отверстия во льду), то обливают тростник горячей водой, дабы он быстрее обледенел. Лед служит им чем-то вроде свинца для скрепления тростника. Между тем в теплых краях и в теплое время года вода, сгущающаяся [в воздухе], быстро нагревается.

По этой же самой причине в Аравии и Эфиопии не зимой, а летом льют проливные дожди, да еще по многу раз на день: ведь [облака] тут охлаждаются быстро из-за сжатия [холода], которое обусловлено сильным зноем в этих краях.

Вот то, что мы хотели сказать о причинах и о природе дождя, росы, снега, инея и града». [2.2.].


Это объяснение иллюстрирует метод, используемый Аристотелем на протяжении всего его трактата. Он очень любил излагать свои теории, сначала представляя теории других, а затем опровергая их.



Предшественник Аристотеля материалист Анаксагор, упоминавшийся в Главе 1, считал, что град, это тот же дождь, только образующийся на больших высотах, где значительно холоднее, чем у поверхности Земли. Почему там холоднее? Потому, говорил Анаксагор, что на столь больших высотах уже не чувствуется действия солнечных лучей, отражающихся от поверхности Земли. [2.5.]. Различные мнения Анаксагора и Аристотеля об образовании града иллюстрируют основное различие между методом разработки метеорологической теории Аристотеля и методом его предшественников.



Анаксагор, и другие более ранние натурфилософы, придерживались в значительной степени индуктивного подхода к размышлениям о погодных явлениях: их теории основывались в в первую очередь на их наблюдениях. Аристотель, однако, в большей степени использовал дедуктивный подход, объясняя различные погодные явления на основе своих, зачастую предвзятых, метеорологических умственных теорий. Вместо того чтобы использовать наблюдения за погодой для разработки своих теорий, Аристотель часто интерпретировал эти наблюдения таким образом, чтобы поддержать свои ранее сложившиеся убеждения. Это, конечно, было достигнуто путем использования аргументов с помощью аналогий, где аналогии скорее предполагались, чем демонстрировались, например, в отношении температуры в подземных помещениях при обсуждении града.



Степень, с которой Аристотель применял дедуктивный метод в своих рассуждениях, сильно проявляется в его объяснении такого явления как ветер.



Как обычно, Аристотель начал с опровержения мнения Анаксимандра, [2.6.], и других о том, что ветер – это просто движущийся поток воздуха. Вспоминая свою теорию о том, что солнце вытягивает из земли два типа выдоха, Аристотель утверждал, что источником ветра был сухой, горячий выдох. Он пояснял причину возникновения ветра аналогией с реками, которые представляют собой постепенно накапливающийся поток воды с гор. Точно так же ветер возникает из-за постепенного накапливания сухого, горячего выдоха от земли.



Аристотель писал, что факты ясно показывают, что ветры образуются в результате постепенного сбора небольшого количества выдыхаемого (землей) воздуха, точно так же, как реки образуются, когда земля влажная. Ибо все они (ветры) наименее сильны в месте своего происхождения, но сильнее дуют по мере удаления от него. Кроме того, север, то есть область непосредственно около полюса, зимой спокоен и безветрен, но ветер, который дует там так мягко, что остается незамеченным, становится сильнее по мере продвижения к югу.



Аристотель объяснял, что ветры дуют горизонтально, хотя выдох из земли поднимается вертикально, потому что все воздушное пространство, окружающее землю, следует за движением небес.



Согласно Аристотелю, существует два основных ветра: с севера и с юга. Северные ветры исходят из холодных областей под Большой Медведицей, северной границей обитаемого мира, и поэтому бывают холодными. Ветры, которые дуют с юга, прилетают не с Южного полюса, а от тропика Рака – южной границы обитаемого мира, поскольку за его пределами жара слишком велика для существования жизни. Из-за условий в регионе, из которого они исходили, южные ветры бывают горячими.



Классификация ветров Аристотеля была основана на его метеорологической теории об их связи с Солнцем. У греков того времени были очень ограниченные средства выражения указаний. Как следствие, Аристотель использовал такие астрономические направления, как восход солнца в день равноденствия, зимний закат, полуденное солнце и т.д., для указания направления различных ветров.



Разделив карту-компас на двенадцать равных секторов, он перечислил различные ветры и их направления (рис. 2.1.). Это двенадцатиричное деление направлений в пространстве, вероятно, указывает на свое вавилонское происхождение. Обратимся непосредственно к Аристотелю:



«ГЛАВА ШЕСТАЯ

Поговорим теперь о расположении ветров, о том, какие из них каким противоположны, какие могут дуть одновременно, а какие нет и, кроме того, каковы [их названия] и число, а также и обо всем другом, что происходит с ветрами, но на чем у нас не было случая остановиться особо в «Проблемах».


Рассматривая расположения ветров по Аристотелю, сопроводим его рассуждения рисунком.






Рис. 2.1. Карта ветров Аристотеля. Рисунок автора.



«Для вящей ясности изображена окружность горизонта, поэтому на рисунке круг. Надо представить себе, что это один из поясов [Земли], где мы обитаем. Другой пояс можно разделить тем же способом. Пусть будет прежде всего принято, что пространственно противоположные [точки] – это [точки], более всего удаленные друг от друга пространственно, подобно тому как противоположны по виду те [вещи], которые по виду больше всего отстоят друг от друга. А дальше всего в пространственном отношении отстоят друг от друга [точки], лежащие на [противоположных] концах диаметра.

Итак, пусть [точка] А – равноденственный заход, а противоположная этой [точке] В – равноденственный восход. Другой диаметр пересекает этот под прямым углом, и пусть [точка] Н на нем будет севером, а диаметрально противоположная ей [точка] ? – югом. Пусть [точка] Z – это летний восход, а [точка] Е – летний заход, ? – зимний восход и Г – зимний заход. От Z проведем диаметр к [точке] Г, и от ? – к точке Е. Поскольку же [точки], пространственно наиболее удаленные друг от друга, являются пространственно противоположными, а концы диаметра удалены более всего, то противоположными друг другу должны быть ветры по концам диаметров.

Названия ветров в соответствии с этим расположением следующие: зефир – от А, ибо это равноденственный заход; противоположен ему апелиот – из В, ибо это равноденственный восход; борей же и апарктий – из Н, ибо здесь север; противоположный ему нот дует с юга из точки ? (? и Н диаметрально противоположны); из точки Z – кекий, ибо это летний восход; противоположным ему [является ветер], дующий не из Е, а из Г, [под названием] либ, который [дует] от зимнего захода; он противоположен [кекию], потому что лежит на другом конце того же диаметра. Из [точки] ? – эвр, он дует от зимнего восхода, соседствуя с нотом, поэтому часто говорят, что дуют эвроноты. Противоположен ему не либ из Г, а [ветер] из Е, который одни называют аргестом, другие – олимпием, третьи – скироном: он дует от летнего захода, и он один диаметрально противоположен эвру.

Таковы, стало быть, расположенные по концам диаметров ветры, для которых существуют [ветры] противоположные. Но есть и другие ветры, для которых противоположных нет- Из [точки] I – это так называемый траский, который находится между аргестом и апарктием; из [точки] К – так называемый мес, который занимает место между кекием и апарктием. Линия IK почти совпадает с постоянно видимым [кругом], но все же не точно. Ветров, противоположных этим, нет: ни месу ([такой ветер] дул бы из [точки] М; эта [точка] на противоположном конце диаметра), ни траскию в [точке] I ([такой ветер] дул бы из N – [точки] на противоположном конце диаметра), [но этого не происходит], если не считать какого-то ветра, дующего на короткое расстояние и называемого туземцами финикийским.

Таковы важнейшие и отделенные [друг от друга] ветры, и в таком порядке они [расположены].

С севера ветров дует больше, чем с юга, потому, [во-первых], что обитаемая область Земли примыкает к северу, и потому, [во-вторых], что дождей и снега сюда сгоняется гораздо больше, так как другая [область] подвержена действию Солнца и его перемещения. Снег тает, [впитывается] в землю, а когда Солнце и Земля нагреют [влагу], от этого должно возникать испарение, более обильное и на более обширном пространстве.

Из названных [северных] ветров самые важные борей и апарктий, за ними траский и мес; кекий соседствует и с бореем и с апелиотом. [Южные ветры] – это нот, идущий прямо с юга, и либ. [Восточные ветры] – это апелиот, идущий от равноденственного восхода, и эвр. Финикийский соседствует [и с восточными и с южными ветрами]. [Западные] – зефир, идущий прямо с запада, и так называемый аргест. Одни ветры в целом зовутся бореями, другие нотами; западные ветры причисляют к бореям, ибо, дуя со стороны захода [Солнца], они довольно холодные, а восточные причисляют к нотам: они теплее, потому что дуют со стороны восхода. Ветры получили такие названия после того, как их поделили на холодные и горячие или теплые. [Ветры] с востока теплее, чем с запада, потому что восточные [земли] дольше [находятся] под действием Солнца, а западные [земли] Солнце и покидает скорее, и приближается [к ним] позже.

Из такого расположения ветров ясно, что противоположные друг другу ветры не могут дуть одновременно, ведь они расположены по концам диаметра, и потому один из них, оказавшись слабее, стихает. Но ветрам, расположенным друг по отношению к другу, как, например, Z и ?, ничто не препятствует дуть одновременно. Поэтому иногда два ветра оказываются попутными и дуют в одном направлении, хотя возникли они в разных местах и вообще разные.

В противоположные времена года дуют, как правило, противоположные ветры; например, около времени весеннего равноденствия – кекий и вообще [ветры] к северу от летнего солнцеворота; около времени осеннего равноденствия – либ; зефир дует около времени солнцеворота летнего, а эвр – зимнего.

Обрушиваются на другие ветры и заставляют их улечься больше всего апарктии, траскии и аргесты. Ведь раз их источник [к нам] ближе всего, то и дуют они особенно часто и сильно. Потому и погоду они приносят самую ясную, что, дуя из недалека, заставляют все другие ветры утихнуть, а разгоняя собирающиеся тучи, приносят прояснение, если только не окажутся в то же время чересчур холодными. В этом случае они хорошей погоды не приносят, ибо, когда холода в них больше, чем силы, они замораживают облака, прежде чем успевают их разогнать. Кекий не приносит прояснения, потому что он поворачивает к самому себе, откуда и поговорка: «Тянуть к себе, как некий облако».

Когда уляжется один ветер, приходит очередь следующего по порядку в направлении движения Солнца, ведь, что ближе всего к источнику, скорее приходит в движение, а источник ветров движется вместе с Солнцем.

Противоположные ветры действуют либо одинаково, либо противоположным образом; например, либ и кекий, который иногда называют геллеспонтием, оба влажные, (как и эвр, именуемый [иногда] апелиотом), а аргест и эвр сухие. Эвр сух вначале, а кончает [свой путь] влажным.

Мес и апарктии – самые снежные ветры, а потому и самые холодные. Апарктии, траский и аргест приносят град. Нот, зефир и эвр – знойные ветры. Кекий заволакивает небо густыми облаками; либ приносит редкие облака. Кекий, поворачивая к самому себе и примыкая одновременно к борею и эвру, из-за своей охлажденности замораживает насыщенный [водяными] парами воздух и сгущает его в [облака], а как восточный ветер, он приносит с собой в изобилии парообразное вещество, которое гонит перед собою. Апарктии, траский и аргест приносят ясную погоду (причина этого была изложена выше). Эти ветры по преимуществу, а также мес создают молнии. Начинаясь поблизости, они холодны, а из-за холода возникает молния, ведь она выделяется при сгущении облаков. Некоторые из этих [ветров], кроме того, приносят град, и по той же причине: ведь они быстро замораживают.

Ураганы бывают главным образом осенью, но иногда и весной, это в основном апарктии, траский и аргест. Дело в том, что ураганы возникают чаще всего, когда одни ветры обрушиваются на другие, а эти-то ветры чаще всего и обрушиваются на другие. И этому [явлению] выше также было дано объяснение.

Для жителей запада этесии сменяются от апарктиев к траскиям, аргестам и зефирам (ибо апарктии… есть зефир), они начинаются с севера и кончаются далеко [на юге]; для жителей востока ветры сменяются [от северных] до апелиота.» [2.2.].


Трактат Аристотеля «Метеорологика» был для своего времени крупнейшим научным достижением, но он же является примером множества ошибок, допущенных древними греками в естествознании из-за их неспособности (а зачастую и нежелания) применять экспериментальный научный метод. Основной причиной этой неудачи было не только полное отсутствие любых измерительных приборов, но также верховенство субъективного мнения натурфилософа о природных процессах над результатами проведенных простейших наблюдений. Поэтому трактат «Метеорологика» является продуктом творчества натурфилософа, а не результатом опытов и наблюдений естествоиспытателя, к тому же Аристотель очень часто оспаривает мнения других натурфилософов, которые в действительности впоследствии оказались правильными, а красивые рассуждения Аристотеля оказались впоследствии надуманными и ложными.



Тем не менее, трактат Аристотеля «Метеорологика» имеет огромное значение в истории метеорологии. Это была самая ранняя известная попытка систематического обсуждения метеорологии как науки, и Аристотель оставался неоспоримым авторитетом в теории объяснения и предсказания погоды на протяжении более чем 2000 лет. Фактически, все труды по метеорологии вплоть до конца 16-го века основывались на трактате «Метеорологика» великого философа Аристотеля.




Литература к Главе 2


2.1. Лосев А. Ф., Тахо-Годи А. А. «Платон, Аристотель», М.; «Молодая Гвардия», 1993.

2.2. Аристотель. Собрание сочинений в 4-х томах. М.: «Мысль», 1981.

2.3. А.И Еремеева, Ф. А. Цицин «История астрономии», М.; Изд. МГУ, 1989.

2.4. Радлов Э. Л. «Эмпедокл», ст. рус.

2.5. И. Д. Рожанский «Анаксагор», М.: «Мысль», 1983.

2.6. Колчинский И. Г., Корсунь А. А., Родригес М. Г. «Астрономы: Биографический справочник», Киев: «Наукова думка», 1986.




Рисунки к Главе 2


Рис. 2.1. Карта ветров Аристотеля. Рисунок автора.




Глава 3. 1400 лет от Аристотеля до Авиценны



В течение 1200 лет после Аристотеля в метеорологии был очень незначительный прогресс. Большие усилия были посвящены атмосферной оптике, но основная часть работ ученых, занимавшихся метеорологией, представляла собой лишь комментарии к трактату Аристотеля. Однако было несколько ученых, которые развили его идеи, особенно в тех областях, которым сам Аристотель не уделил должного внимания.

Одним из них был его ученик Теофраст из Эреса (ок. 371—287 гг. до Р.Х.), который в основном занимался ботаникой, но также написал трактат о погодных явлениях «De Signis Tempestatum» и трактат «De Ventis» о ветрах (названия латинские). Вся последующая практика прогнозирования погоды с помощью эмпирических правил восходит к этим трактатам Теофраста. Теофраст приводит около восьмидесяти различных признаков дождя, сорок пять признаков ветра, пять признаков шторма, двадцать четыре признака ясной погоды и семь признаков погоды за период длительностью год или меньше года.

Рассматривая картину погоды, Теофраст придерживается общего принципа изложения материала, понятного из следующих цитат [3.1.]:



«Мы записали признаки дождя, ветров, бурь и ясной погоды следующим образом, насколько это было в наших силах, некоторые из которых мы наблюдали сами, другие мы взяли у людей с немалой репутацией».



«Признаки дождя, по-видимому, следующие: когда на рассвете, перед восходом солнца есть явный признак покраснения, – это обычно указывает на «дождь» либо в тот же день, либо в течение трех дней. Другие признаки также ясно указывают на это, ибо, несомненно, покраснение даже на закате является признаком дождя на третий день, если не раньше, но в меньшей степени, чем на восходе солнца.



Кроме того, если солнце садилось в облака зимой или весной – это признак дождя как правило, в течение трех дней; и если есть полосы света на юге. Это также признак дождя.



Если у солнца есть черная метка, когда оно восходит, и если оно поднимается из облаков. И если на рассвете лучи простираются до «фактического» восхода солнца, это признак как дождя, так и ветра. Если перед заходящим солнцем есть облако который расщепляет свои лучи, это признак штормовой погоды. И если солнце садится или встает при невыносимой жаре и нет ветра, это признак дождя.



На эти же вещи [то есть на дождь] указывает восходящая полная 12-летняя луна; полумесяц – менее верный знак. И если луна серебристая, это сигнализирует о хорошей погоде; а если огненная, то о ветре; а если облачно, то о дожде.



Падающие звезды в большом количестве являются признаком дождя или ветра, которые придут с того же направления, что и падающие звезды. И если на восходе или закате солнца лучи поднимаются близко друг к другу, это признак бури. И когда на восходе солнца его лучи имеют тот же цвет, что и во время затмения, это признак дождя, а также когда облака напоминают шерстяное руно. Пузырьки, поднимающиеся на поверхность рек больше, чем обычно, являются признаком обильного дождя».


Необычное поведение животных и птиц на протяжении многих веков рассматривалось как признак характера будущей погоды. В трактате Теофраста перечислены многие еще и сегодня популярные эмпирические правила, основанные на этом поведении. Такие приметы погоды, как «Будет буря или дождь, если бык лижет переднее копыто», «Собака, катающаяся по земле, к сильному шторму» и «Будет ранняя зима, если сезон спаривания у овец начался рано», были хорошо знакомы европейским крестьянам еще не в столь далекие времена.

Правила прогнозирования погоды на основе наблюдений за определенными астрономическими и атмосферными явлениями также в большом количестве содержатся в короткой работе Теофраста. Мы привели цитату про падающие звезды (это метеориты), которые почему-то считались признаком дождя или ветра. Наблюдение за Луной также считалось важным, Теофраст давал такой прогноз: «Если луна выглядит огненной, это указывает на ветреную погоду в этот понедельник, если луна темная, это указывает на сырую погоду».

Некоторые прогнозы Теофраста, сделанные в 3-м веке до Р.Х. были живы и через 2200 лет, к примеру такое правило: «Красноватое небо при восходе Солнца предвещает дождь».

Теофраст не делал попыток объяснить различные атмосферные явления, но относил все подобные соображения к аристотелевскому методу. Таким образом, в то время как работа Аристотеля «Метеорологика» была в основном субъективной и теоретической, трактат Теофраста был полностью практическим, но от этого он не становился более верным с научной точки зрения. Необходимо отметить, что трактат Теофраста – это самый старый из сохранившихся сборников народных примет погоды, и большинство более поздних сборников подобной тематики в той или иной степени были основаны на этом трактате.

Крупным достижением в области наблюдения за погодой можно считать сообщение знаменитого математика и географа Эратосфена (ок. 274—194 гг. до Р.Х.) об окончательном решении загадки ежегодных катастрофических разливов Нила. В комментариях к «Тимею» Платона Прокл Диадох (412—485 гг.) пишет [3.2.]:



«Эратосфен же вообще отрицает необходимость дальнейшего выяснения причин подъема Нила, поскольку добравшиеся до истоков Нила путешественники ясно видели идущие там ливни…».


«Золотой период» греческой классической науки закончился в 1-ом веке до Р.Х. с захватом Римом территорий в восточном Средиземноморье. Римляне вообще не занимались чистой наукой, которая для них всегда оставалась экзотикой. Наука для римлян была важна только в том случае, если у нее было практическое применение в гражданской, либо военной сфере. В результате, не прикладная математика, не прикладная физика, и почти все естественные науки пришли в полный упадок.

Одним из немногих известных естествоиспытателей «римского» периода истории был грек Посидоний (135—50 гг. до Р.Х.), который с большим рвением занимался физическими исследованиями. Этому способствовало то, что Посидоний около 90 г. до Р.Х. переехал из Афин в Рим, там познакомился с римской знатью, и когда уехал из Рима на о. Родос, то там в его философской школе занимались многие римляне, в том числе знаменитый Цицерон, а дважды к Посидонию приезжал сам могущественный Помпей. Работы Посидония дошли до нас лишь фрагментарно. Посидоний интересовался метеорологическими гипотезами и внимательно изучал теоретические работы Аристотеля. В частности, Посидоний предположил, что гром – это взрыв сухого выдоха, скопившегося в облаках. Кроме того, Посидоний утверждал, что ветры и облака встречаются в атмосфере до высот всего около пяти миль, за пределами которых воздух остается чистым, жидким и совершенно прозрачным [3.3.]. При этом, большинство натурфилософов того времени считали, что максимальная высота облаков и ветра достигает 100 миль и более. Утверждение Посидония явно повторяло идеи Аристотеля из трактата «Метеорологика», который считал, что облака не могут быть выше самых высоких гор.

К концу второго века до Р.Х. мировым центром научной деятельности были не Афины, а город Александрия, который Александр Македонский основал в дельте Нила. Там были создана величайшая из библиотек древнего мира, а в 5-м веке основан первый международный университет, проработавший до 7-го века.

Одним из многих ученых, чье имя связано с Александрией, был Клавдий Птолемей (ок. 85—165 гг.). Его «Альмагест» – самый сложный астрономический и астрологический трактат древности. Поскольку древние обычно считали метеорологию разделом астрономии, неудивительно, что Птолемей проявлял интерес к погодным явлениям и прогнозированию. В трактате «Тетрабиблос» Птолемей дал несколько астрологических прогнозов погоды, подобных следующему, [3.4.]:



«13. О значении атмосферных явлений

Наблюдение за явлениями, которые можно видеть вокруг Солнца, Луны и планет, также приносит пользу с точки зрения предсказания частных событий.

Мы должны, таким образом, наблюдать Солнце на восходе, чтобы оценить, какой будет погода в течение дня, и при заходе, чтобы определить погоду на ночь, а также его аспекты с Луной, чтобы определить погодные условия на более продолжительный период, принимая, что каждый из аспектов способен охарактеризовать ситуацию в целом вплоть до следующего аспекта. Так, если восходящее или заходящее Солнце ясное, незатемненное., ровное и не закрыто облаками, это означает хорошую погоду; однако если его диск содержит пятна другого оттенка или имеет красноватый цвет, или испускает красновато-коричневые лучи, либо направленные наружу, либо обращенные внутрь, а также если он покрыт с одного бока так называемыми паргелическими облаками, то есть желтоватыми скоплениями облаков, и испускает длинные лучи, это указывает на сильные ветры, дующие из углов, на которые указывают вышеупомянутые явления. Если на восходе или заходе Солнце окрашено в темный или серовато-лиловый цвет и покрыто облаками, а также при наличии гало с одной из сторон или паргелических облаков по обеим сторонам и испускании темных или лиловых лучей, можно говорить о грозе и дожде.

Мы должны изучать движение Луны в течение трех дней до и трех дней после новолуния, полнолуния и четвертей. Когда появляется Луна тонкая и ясная, и вокруг нее ничего нет, то это означает ясную погоду. При тонкой и красной Луне и видимости всего диска неосвещенной части, форма которого несколько нарушена, следует ожидать ветров в том направлении, в котором она особенно наклонена. Если Луна темная или бледная и утолщенная, то это указывает на грозы и дожди.

Мы должны также осуществлять наблюдение за гало вокруг Луны. Так наличие одного гало, четко выраженного и затем постепенно бледнеющего, говорит о ясной погоде, двух-трех гало – о буре; если они имеют желтоватый цвет и разорванный контур, то гроза будет сопровождаться сильным ветром; широкое, туманоподобное гало – признак снегопада, бледное или темное и разорванное гало означает бури со снегом и ветром; чем больше число гало, тем сильнее будет ураган. Гало вокруг звезд как планет, так и ярких фиксированных звезд, обычно означают вещи, соответствующие их цвету и природе светил, которые они окружают.

Что касается фиксированных звезд, расположенных очень близко друг к другу, мы должны отметить их цвет и величину. Так, если они ярче и больше обычного, то независимо от расположения в той или иной части неба они свидетельствуют о ветрах, которые дуют из их собственной области. Однако, что касается скоплений звезд в подлинном смысле, таких, например, как Ясли и тому подобное, то всякий раз, когда на фоне яркого неба они излучают тусклый свет, невидимы или размыты, это означает ливни, если же они ясны постоянно мигают – сильные ветры. Когда одна из двух звезд, называемых Ослами, расположенная к Северу от Яслей, становится невидимой, то это означает северный ветер; если же это происходит со звездой, находящейся на юге, – то южный».


В течение следующих 1000 лет этот трактат Птолемея был основным источником астрологического предсказания погоды.






Рис. 3.1. Карта мира Птолемея, [3.5.].



Птолемей также был известным географом и составил карту мира (Рис. 3.1.), разделенную на климатические зоны, которые классифицировались исключительно по условиям их освещенности, в которых продолжительность самого длинного дня последовательно увеличивалась на полчаса между экватором и Полярным кругом. Птолемей обсуждал общие колебания температуры между этими зонами, [3.5.].

Разделение земли Птолемеем на климатические зоны было произведено исключительно на астрономической основе. Поскольку температура является основным элементом в любой климатической классификации и поскольку температура в значительной степени зависит от поступающей солнечной радиации, для такого разделения было некоторое основание. Однако другие важные элементы, такие как осадки, могут значительно варьироваться в пределах такой климатической зоны.

За 60 лет до Птолемея формализовал систему климатических зон Земли римский географ Помпоний Мела (ок. 15—60 гг.). Он составил первую латинскую географию в трех книгах под заглавием «De Chorographia», ее называли также «De situ orbis». Помпоний Мела не был исследователем – географом или путешественником, он писал по литературным источникам, поэтому труд его представляет собой не оригинальное исследование, а компиляцию доступных ему, главным образом греческих, источников. Его целью было дать читателю живо изложенные и интересные сведения о быте, нравах и местностях, ему известных.



Автор ведет описание последовательно, по берегам Средиземного моря, потом Черного и, наконец, океана. Он является сторонником океанической теории. Помпоний Мела пишет, [3.6.]:



«На земле различают пять зон. Средняя зона самая жаркая, а крайние зоны холодные. Остальные зоны обитаемы и имеют одни и те же времена года, но не одновременно».


Мы не должны оставлять начало Новой эры без краткого упоминания о римских комментаторах, в трудах которых сохранились многие греческие теории в области естественных наук. Для истории метеорологии двумя наиболее важными комментаторами были Луций Сенека (3 г. до Р.Х. – 65 г.) и Плиний старший (23—79 гг.).



Ближе к концу своей жизни (63—64 гг.) Сенека написал трактат «Quaestiones Naturales», посвященный главным образом астрономии и метеорологии, в котором автор объединил открытия римской науки с открытиями греков, вавилонян и египтян. Сенека охватил всю область метеорологических явлений – от ветров до грома и молнии. Труд Сенеки был компромиссным и компилятивным. Так, например, Сенека считал ветер результатом не только движения атмосферы (как Анаксимандр), но и «испарения» с суши (как Аристотель). Сенека использовал и теологические объяснения природных явлений, поэтому на раннем этапе развития метеорологии значение его трактата заключалось в том, что в нем были собраны многие древнегреческие метеорологические теории.



Наиболее важной научной работой Плиния старшего была его «Естественная история» [3.7.], которая была составлена примерно из 2000 работ 146 римских и 326 греческих авторов, большинство из которых в настоящее время утрачены. Вторая книга этой истории посвящена метеорологии. Плиний отметил, что с древнейших времен велись постоянные метеорологические исследования и что более двадцати греческих авторов опубликовали наблюдения на метеорологические темы. Плиний обсудил различные теории более ранних натурфилософов, но сам не внес никакого научного вклада в метеорологию. Таким образом, как и трактат Сенеки, «Естественная история» Плиния старшего имеет ценность, только как обзор и хранилище более ранних воззрений на метеорологические темы.



Падение Римской империи в конце 4-го века стало началом периода застоя в развитии метеорологии. Светские ученые и естествоиспытатели уступили свое место духовенству. Одним из величайших средневековых церковных ученых был Беда Достопочтенный (ок. 673—735 гг.), первый англичанин, написавший о погоде. Среди его научных работ был трактат «De Natura Rerum» («О природе вещей»), написанный около 703 года. В этом трактате есть главы, посвященные атмосфере, ветру, грому, молнии, облакам и снегу. Эти метеорологические главы состояли из краткого изложения имеющихся на тот момент знаний, полученных главным образом из классических источников.



О том, что метеорологические рассуждения Беды не всегда были свободны от суеверий, свидетельствует его утверждение, что гром с западным ветром означал «очень сильную эпидемию». Однако в целом, поскольку «De Natura Rerum» Беды был попыткой рассматривать метеорологию в менее философском, и более научном свете, это действительно было о некоторым продвижением вперед.

Беда был не единственным средневековым ученым, проявлявшим интерес к метеорологии. В начале 7-го века в христианском мире не было более способного прелата, чем Исидор, епископ Севильский (ок. 570—636 гг.). В работах «Этимология», «Порядок творения», «О Природе вещей», испанский ученый уделил значительное внимание метеорологическим вопросам. Как и англичанину Беде, мышлению испанца Исидора препятствовали господствовавшие в то время теологические взгляды на науку. Однако он проявил значительную силу мысли, когда обсуждал такие погодные явления, как мороз, дождь, град и снег, его теории были рациональными и свидетельствовали о том, что, если бы он имел возможность отказаться от своей приверженности букве Священного Писания, то, вероятно, был способен дать большой импульс для развития метеорологии как науки.



На рубеже 1-го тысячелетия Новой эры центр развития науки, в том числе и метеорологии, переместился на Восток в мусульманские страны.

Важнейшая роль мусульманских ученых в истории науки заключалась также и в том, что они выступили в роли «хранителей» древних культур и знаний. Мусульманские ученые перевели на арабский язык многие греческие и даже индуистские труды, в том числе и трактат «Метеорологика» Аристотеля, который мы обсуждали в Главе 2, и только позже работа Аристотеля была повторно переведены на латынь западными учеными.



Но только переводами вклад ученых Востока в развитие науки не ограничился, у них появились свои новые оригинальные работы по метеорологии. Кратко остановимся на этом вопросе.



В 9-м веке арабский ученый аль-Кинди (801—873 гг.), живший в Багдаде, написал трактат по метеорологии под названием «Рисала фи ль-Илла аль-Файлали ль-Мадд ва ль-Фазр» – «Трактат о действительной причине приливов и отливов», где аль-Кинди представляет теорию приливов, которые «зависят от изменений, происходящих в море», [3.8.].



В 9-м веке курдский натуралист аль-Динавари (? – 895 г.), живший в Динаваре, Персия, написал трактат «Китаб аль-Набат» – «Книгу растений», в котором рассматривает применение метеорологии в сельском хозяйстве. Он описывает метеорологический характер неба, планет и созвездий, Солнца и Луны, приводит фазы Луны, указывающие на времена года и дождь, и описывает природные явления, такие как ветер, гром, молния, снег, наводнения и т.п., [3.9.].



10-й веке иракский натуралист Ибн Вахшийи (? – 930 г.), живший близ Куфы, Ирак, в книге «Набатейское земледелие» обсуждает прогнозирование погоды по атмосферным изменениям и знакам планетарных астральных изменений, дает признаки дождя, основанные на наблюдении за фазами Луны, рассказывает о природе грома и молнии, дает прогнозы погоды, основанные на направлении ветров, и т.п., [3.9.].



Величайшим мусульманским физиком и одним из самых известных основоположников оптики как науки был уроженец иракской Басры Ибн Аль-Хайсам (Альхазен) (ок. 965—1039 гг.), живший в Каире. Латинский перевод его главного труда, «Opticae Thesaurus» – «Сокровище оптики», оказал большое влияние на западную науку и имел, в том числе, большое значение для развития метеорологии. В своей работе Аль-Хайсам, известный в Европе как Альхазен, обсуждал атмосферную рефракцию и дал первое правильное определение сумерек. Он показал, что сумерки начинаются, когда солнце находится на 19° ниже горизонта. Используя этот результат, Альхазен попытался измерить высоту атмосферы, и получил результат в 52 000 «пассуумов» – около 65 000 метров. [3.10.]. Таким образом, результат Альхазена практически точно совпадает с нижней границей мезосферы, и в вычисленном им слое воздуха содержится до 98% всего воздуха, составляющего атмосферу Земли.





Конец ознакомительного фрагмента. Получить полную версию книги.


Текст предоставлен ООО «ЛитРес».

Прочитайте эту книгу целиком, купив полную легальную версию (https://www.litres.ru/book/vladimir-kuchin/istoriya-izobreteniya-meteorologicheskih-priborov-69188419/) на ЛитРес.

Безопасно оплатить книгу можно банковской картой Visa, MasterCard, Maestro, со счета мобильного телефона, с платежного терминала, в салоне МТС или Связной, через PayPal, WebMoney, Яндекс.Деньги, QIWI Кошелек, бонусными картами или другим удобным Вам способом.