Владимир Кучин "История изобретения метеорологических приборов"

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 основном на их наблюдениях. Аристотель, однако, в большей степени использовал дедуктивный подход, объясняя различные погодные явления на основе своих, зачастую предвзятых, метеорологических 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 обсуждении ветров.

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 убедительно 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, сопроводим рассуждения рисунком.

Рис. 2.1. Карта ветров Аристотеля.

«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» является примером множества ошибок, допущенных древними греками в естествознании из-за их неспособности разработать 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 часто оспаривает мнения других натурфилософов, которые в действительности были правильными, а красивые рассуждения Аристотеля оказались впоследствии ложными.

Тем не менее, трактат Аристотеля «Метеорологика» имеет большое 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» 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 человек, 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 все 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, математика, 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 в его философской школе занимались многие римляне, в том числе знаменитый Цицерон, а дважды 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 стали 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.