Модели земной атмосферы

Метеорологические и другие наблюдения, а также результаты опытных стрельб, проведенных летом 1727 г., были рассмотрены в работах ряда петербургских ученых. Эйлер посвятил их анализу статью «Попытка объяснения воздушных явлений» [194, с. 347—368], в которой предлагалась новая модель атмосферы Земли. По мнению Эйлера, воздух — это скопление водяных пузырьков, заполненных внутри некоей «легкой материей» — эфиром и вплотную прилегающих друг к другу. При разрежении воздуха должен был возрастать радиус каждого отдельного пузырька, за счет чего общая прозрачность воздуха возрастала. Однако все частицы, расширяясь или сжимаясь, всегда должны были плотно прилегать друг к другу [194, с. 349]. Понятно, что такая атмосфера была подобна облаку, а издали должна была казаться совершенно непрозрачной. Опираясь на свою модель, Эйлер удачно объяснил упругость воздуха и некоторые другие свойства земной атмосферы, однако для астрономических целей такая модель совершенно не годилась. Вот почему Делиль и остальные петербургские ученые отвергли такую модель.

На основе тех же экспериментов, но исходя из других предположений, иную модель атмосферы предложил Д. Бернулли. Разработкой ее он занялся с 1729 г., когда выяснились недостатки модели Эйлера. Наиболее полно сущность модели Бернулли была изложена в его «Гидродинамике» [195, с. 282—341], законченной им в Петербурге, но опубликованной в 1738 г. в Базеле. Бернулли исходил из принципа, что упругостью обладает не каждая отдельная частица, а совокупность всех частиц. Детально изучив физические свойства упругих жидкостей, особенно ярко проявляющиеся при их движении, он применил их к газам. Это позволило выяснить многие особенности земной атмосферы и стало основой для построения модели атмосфер планет и других небесных тел. Заодно была создана и основа кинетической теории газов.

Модель Бернулли была усовершенствована Ломоносовым. Особенности этой модели он описал в работе «Опыт теории упругости воздуха», написанной в 1748 г. и опубликованной в 1750 г. В ней, кроме того, он проанализировал недостатки модели Л. Эйлера [7. т. 2, с. 105—139]. Он полагал, что атмосфера должна быть значительно прозрачнее, чем это допускала модель Эйлера. Поэтому частицы воздуха должны не прилегать друг к другу, а разделяться довольно значительными промежутками. Ломоносов писал: «Частицы воздуха можно представить себе двояким образом: либо отдельные частицы сложены так, что ...они стремятся распространить образующие их части, и, таким образом, каждая отдельная частица может расширяться в большее пространство и сжаться в меньшее; либо свойство упругости проявляют не единичные частицы,... но... совокупность их» [7, т. 2, с. 111]. Это — очень четкое изложение моделей Эйлера и Ломоносова. Дальше в той же статье Ломоносов анализировал недостатки предположения Эйлера, которое он считал «крайне несоответствующим величайшей простоте природы... несовместимым с прозрачностью и нерушимой прочностью воздуха». Он писал: «...когда воздух разрежается от солнечной теплоты, то лучи Солнца должны непременно проникать в любую частицу. А так как... лучам необходимо пройти через... тяжелые твердые частицы бесконечное число раз, то это не может произойти без того, чтобы в любой частице воздуха они не претерпели преломление при входе и выходе. И хотя в частицах такого рода преломление может быть бесконечно мало, но преломившийся в бесчисленных частицах от поверхности атмосферы до самой Земли свет был бы настолько ослаблен, что нам пришлось бы обретаться в вечной ночи» [7, т. 2, с. 111].

Вполне понятно, что Шумахер, стремясь уничтожить Ломоносова как ученого, рассчитывал на поддержку Эйлера, посылая ему именно эту работу Ломоносова, где так резко критиковалась модель атмосферы-облака, предложенная Эйлером. Этот пример наглядно характеризует все коварство Шумахера, но еще более — благородство Эйлера и его научную объективность, если принять во внимание восторженный отзыв, который он дал этой работе Ломоносова [7, т. 10, с. 572, 573].

Такая оценка работы Ломоносова тем более интересна, что сам Эйлер не отказался от своей модели. Как показало изучение парижской части архива Делиля, в 1738 г. он предпринял попытку несколько усовершенствовать свою модель и применить ее к разработке теории атмосферной рефракции.

Вкратце история написания этой не изучавшейся ранее работы Эйлера такова. 26 декабря 1738 г. он закончил статью «О рефракции лучей света»¹ и передал ее Делилю, который вместе с Крафтом тщательно изучил рукопись, обнаружив в ней ряд ошибок и неточностей.² 30 апреля/11 мая 1738 г. рукопись была возвращена Эйлеру. Он внес в нее необходимые исправления и передал для печати. Однако работа так и не была опубликована.

В феврале 1912 г. рукопись, хранившаяся в Петербурге, посылалась в Цюрих, к профессору Ф. Рудио, который готовил к изданию полное собрание сочинений Эйлера. В сопроводительном письме от 5/18 февраля 1912 г. непременный секретарь Петербургской Академии наук С.Ф. Ольденбург писал:

«Милостивый государь и высокочтимый коллега.

Академия поручила мне послать Вам еще один рукописный автограф Эйлера: "О рефракции лучей света", который я прошу Вас нам вернуть после того, как Вы используете его для Вашей публикации...».³

Публикация Рудио так и не появилась, как, впрочем, и какие-либо исследования по поводу этой работы Эйлера. Лишь в 1983 г. подготовленный автором русский перевод статьи и письма Эйлера с комментариями был опубликован [202].

Ранее неизвестное письмо Л. Эйлера к Ж.Н. Делию по поводу работы «О рефракции лучей света».

Примечания

1. ЛО ААН, ф. 136, оп. 1, № 125, л. 1—5.

2. АПО, А, 2, 1.

3. ЛО ААН, ф. 136, оп. 1, № 125, л. 3.