Статья: Андерс Цельсий: как, наблюдая за планетами и Северным сиянием, придумать свою шкалу?
25 апреля 1744 года, 265 лет назад, небольшой шведский университетский городок Упсала стал местом вселенской скорби. Известие о том, что скончался 42-летний профессор астрономии Андерс Цельсий, облетело людей едва ли не через считанные мгновения после того, как молодой, но очень почитаемый профессор, испустил последний вздох. При жизни он не был так знаменит, как сейчас, спустя два с половиной века, но его любили не за его температурную шкалу, а за то, что он был одержим наукой, да к тому же мог самые сложные вещи изложить студентам так, словно это была легкая детская считалочка!
А кем еще быть сыну профессора, как не профессором?
Между тем, мало кто знает, что Андерс Цельсий был профессором астрономии в третьем поколении! Его дед, Магнус Цельсиус, стал профессором университета Упсалы в достаточно молодом возрасте. Тогда, в середине XVII века, в пику католическим университетам протестанты шведы (вспомним уже знакомую нам Кристину Августу) называли сове учебное заведение не иначе, как «академия». Магнус дал своему сыну имя Нильс, и, что называется, с младых ногтей готовил его к карьере профессора астрономии. Не знаю, были ли у юного Нильса игрушки, или вырезанные из дерева фигурки древних викингов ему заменяла астролябия, но к моменту смерти отца (это случилось в 1679 году) Цельсий-младший уже рассматривался как вероятный кандидат на место преподавателя на кафедре астрономии.
К нему очень тепло относился заменивший Магнуса Цельсия на месте декана Андерс Сколе, семьи Цельсиев и Сколе дружили, так что подрастающее поколение обеих семей проводило время в совместных играх и забавах. К моменту смерти Магнуса Нильсу исполнилось всего 19 лет, так что опеку над ним взял Андерс Сколе. И, забегая вперед, скажу: после смерти самого Андерса места на кафедре «застолбил» именно Нильс. Правда, немало этому обстоятельству способствовал тот факт, что Цельсий «дождался», пока подрастет дочь Сколе – Гунилла – чтобы жениться на ней. Разница между супругами была 14 лет, Гунилла, можно сказать, выросла на глазах у Нильса, но кого это когда смущало?!
При всем при этом рождения сына, которого назвали в честь деда по материнской линии Андерсом, супругам пришлось ожидать довольно-таки долго. Это случилось только 27 ноября 1701 года. Но у Цельсия-младшего, как вы уже сами понимаете, на роду было записано быть профессором астрономии и заведовать кафедрой в Упсале, как оба деда и отец.
Астролябия вместо игрушек
Но первыми шагами будущего ученого стали астрономические наблюдения. И не только за небесными светилами. Тогда перед «звездочетами» ставились куда более серьезные проблемы. Например, какая есть взаимосвязь между небесными светилами и климатом? Стихийными бедствиями? Приливом и отливом в морях? В конце концов, повышением или снижением урожайности зерновых? Развязыванием войн и подписанием мира? Предрасположенностью того или иного человека к болезням? Его ранняя смерть или, напротив, достижение возраста в 80 лет?
И ответы на все эти вопросы должны были быть получены даже не сегодня, а «еще вчера». И юный Андерс вместе со всеми проводил десятки опытов, стараясь одно доказать, а другое опровергнуть. К счастью ли на беду, но в первый период астрономической деятельности Цельсия-младшего им руководил отец. Но он скончался в тот год, когда Андерсу исполнилось всего 23 года…
Если до этого момента Цельсий еще задумывался о том, стоит или не стоит идти по стопам отца, то после смерти Нильса у его сына практически не осталось выбора – он дал твердую клятву матери – продолжить традицию двух дедов и отца. К 1730 году, когда он окончил академию, Андерс был уже вполне сложившимся во взглядах ученым. У него был свой «конек» – наблюдения за северными сияниями. Он следил за этим природным явлением, начиная с 15-летнего возраста, и к 30-летию накопил довольно серьезный материал. И даже больше – начал работу над научной книгой. Все это поспособствовало тому, что в 1730 году он стал профессором астрономии и занял «полагающуюся» ему кафедру.
Кто ищет, тот всегда найдет
Первым делом Андерс Цельсий заявил, что главная цель его деятельности – организовать в Упсале самую настоящую астрономическую обсерваторию, оснащенную современнейшими телескопами и другими приборами. На беду в те времена в Швеции сверхмощные телескопы не выпускали, а потому Цельсий отправился в научную командировку в Европу, чтобы присмотреться к самым крупным обсерваториям Старого света. И по возможности купить все необходимое.
В Нюрнберге ему предложили опубликовать свои наблюдения, в результате чего была отпечатана книга «Триста шестнадцать наблюдений за полярными сияниями, выполненных с 1716 по 1732 гг.» Кстати, Цельсий был одним из первых, кто обратил особое внимание на возмущение стрелки магнитного компаса в момент наблюдений. Но развить идею дальше и установить причинно-следственную связь не удалось ни Андерсу, ни его современникам, все это было «расписано по полочкам» только в ХХ веке…
В 1736 году Цельсий отправился в экспедицию в Лапландию, чтобы удостовериться в гипотезе Моро де Мопертюи о том, что Земля несколько сплюснута с полюсов, или опровергнуть идею француза. Надо отдать должное месье Мопертюи – он отправился в экспедицию вместе с Цельсием. И доказал правильность своей гипотезы. А в «лучах славы» оказался и Цельсий…
Впрочем, для него было гораздо полезней, что после этой экспедиции власти Упсалы окончательно решили «раскошелиться» на обсерваторию. Она была открыта в 1741 году, когда у профессора Цельсия врачи обнаружили первые признаки надвигающейся беды…
Он не сдался! Он еще успел в следующем, 1742 году, опубликовал работу с описанием стоградусной шкалы термометра, в которой температура кипения воды при нормальном атмосферном давлении была принята за 0°, а температура таяния льда – за 100°. А в год смерти Цельсия эту шкалу перевернули с ног на голову, приняв за 0° температуру таяния льда. Этой шкалой мы пользуемся до сих пор, называя ее шкалой Цельсия. Впрочем, впервые она «дебютировала» чуть позже, в 1747 году…
От Галилея до Ломоносова
Наверное, у вас возникнет вопрос: а когда появились другие шкалы, например Реомюра, Фаренгейта и прочие? Об этом, пожалуй, вкратце…
Первым изобрел прибор термоскоп Галилео Галилей, случилось это в 1597 году, когда он взял стеклянную трубку с припаянным к ней небольшим стеклянным шариком, немного подогрел шарик и открытый конец трубки поместил в сосуд с водой.
Одними из первых термометр в привычном для нас виде изобрели знаменитый Исаак Ньютон и датский астроном Оле Рёмер, на рубеже XVII и XVIII веков. Первый экспериментировал сначала с холодным зимним воздухом и тлеющими углями, разбив разницу температур на 12 частей. Это ему не очень понравилось, но он догадался поместить в тонкую трубку льняное масло, которое расширялось и поднималось, в зависимости от температуры.
Датчанину и в голову не пришло использовать льняное масло, которое недостаточно насыщено по цвету. Он взял крепкое красное вино, а свою шкалу разбил не на 12 частей, а на все 60!
Но «знамя Рёмера» подхватил немецкий стеклодув и механик Даниэль Габриэль Фаренгейт, который большую часть жизни прожил в Нидерландах, но не поленился встретиться с Рёмерем лично. Было это в 1708 году, а в 1714 Фаренгейт предложил заменить спирт в термометре на ртуть. За нижнюю точку холода Даниэль взял соль со льдом (около минус 17,8 градусов), верхнюю – температуру тела лошади (37,8 градусов). Разницу температур Фаренгейт не поленился разбить на 100 равных частей…
В 1731 г. новый градусник предложил Фершо де Реомюр, который на основе тех же контрольных точек (замерзания и кипения воды) построил восьмидесятиградусную шкалу.
После него термометр усовершенствовали профессор Академии наук и художеств в Санкт-Петербурге, выходец из Франции, Николя Делиль, и его соратник по Академии медик Йозиас Вайтбрехт. У последнего шкала была разбита на 150 градусов, начинаясь на точке кипения воды, а заканчиваясь на точке замерзания воды. Но еще в том же XVIII веке все с «ног на голову» поставил наш знаменитый соотечественник Михайло Ломоносов.