Примечание транскриптора: Оглавление добавлено транскриптором.
CONTENTS
The Coming Total Eclipse of the Sun 1
The Most Expensive City in the World 16
A Bubble-blowing Insect 23
The Negro Since the Civil War 29
The Birds of the Adirondacks 40
The Structure of Blind Fishes 48
A Hundred Years of Chemistry 59
Mount Tamalpais 69
International Law and the Peace Conference 76
The Fate of the Beagle 86
Science Study and National Character 90
Editor’s Table 99
Fragments of Science 101
Minor Paragraphs 108
Publications Received 111
THE POPULAR SCIENCE MONTHLY
ПОД РЕДАКЦИЕЙ ДЖ. МАККИНА КЕТТЕЛЛА
VOL. LVII
MAY TO OCTOBER, 1900
НЬЮ-ЙОРК И ЛОНДОН McCLURE, PHILLIPS AND COMPANY 1900
Авторское право, 1900 г., McCLURE, PHILLIPS AND COMPANY.
THE POPULAR SCIENCE MONTHLY
APPLETONS’ POPULAR SCIENCE MONTHLY.
МАЙ, 1900 г.
ГРЯДУЩЕЕ ПОЛНОЕ СОЛНЕЧНОЕ ЗАТМЕНИЕ. Фрэнк Х. Бигелоу, профессор метеорологии, Бюро погоды США.
Обстоятельство, которое придает грядущему полному солнечному затмению 28 мая 1900 года особое значение для тысяч людей, которые в противном случае могли бы вовсе не обратить на него внимания, заключается в том, что путь лунной тени по поверхности Земли, или полоса затмения, проходит в столь удобной местности — а именно в наших южных штатах, — что места наблюдения легко доступны. Вместо того чтобы отправляться на край света, тратя огромные средства и время, и при этом рисковать не увидеть затмение из-за облачности, нам в этот раз повезло, что зрелище будет представлено у нас дома, в нашей собственной стране. Хотя многие иностранцы будут побуждены приехать в Соединенные Штаты для проведения наблюдений, несомненно, что больше людей, чем когда-либо прежде в истории затмений (по крайней мере, с момента изобретения телескопа и ведения тщательных записей этого явления), окажутся в состоянии увидеть это затмение с минимальными трудностями.
Полоса затмения 28 мая входит на территорию Соединенных Штатов в юго-восточной Луизиане; проходит через центр Нового Орлеана, штат Луизиана; через Мобил, штат Алабама, который находится на ее южной границе; через Монтгомери, штат Алабама, на северной границе; через Колумбус, штат Джорджия; к югу от Атланты, штат Джорджия, которая лежит примерно в двадцати пяти милях к северу от нее; вблизи Мейкона, Милледжвилла и Огасты, штат Джорджия, Колумбии, штат Южная Каролина, Шарлотта, штат Северная Каролина; через Роли, штат Северная Каролина, который находится в десяти милях к северу от центральной линии; и через Норфолк, штат Виргиния, в пятнадцати милях к северу от центра. Полоса имеет ширину около пятидесяти миль на всем протяжении, а продолжительность затмения варьируется от одной минуты двенадцати секунд вблизи Нового Орлеана до одной минуты сорока четырех секунд вблизи Норфолка на центральной линии. Эта продолжительность уменьшается от максимума в середине полосы до нуля на ее северной и южной границах, поэтому наблюдатель должен располагаться как можно ближе к центральной линии, чтобы увидеть значительную часть затмения. Население некоторых из вышеупомянутых городов в настоящее время составляет: Новый Орлеан — 242 000; Мобил — 31 000; Монтгомери — 22 000; Колумбус — 20 000; Атланта — 66 000; Роли — 13 000; и Норфолк — 35 000. Очевидно, что при минимальных усилиях более 500 000 человек могут увидеть это затмение. Очень удачно, что полоса проходит вблизи столь многих городов, поскольку благодаря их возможностям по размещению приезжих многие будут побуждены предпринять поездки с целью увидеть это редкое зрелище, а небольшая предприимчивость со стороны железных дорог и транспортных компаний могла бы легко увеличить число наблюдателей. Если люди готовы отправиться на парад, яхтенную регату или выставку и считают, что их расходы оправданы, то, безусловно, в этом великом природном зрелище они найдут не только объект удивления и красоты, но и предмет особого изучения во многих важных отраслях науки. Все педагоги, которые смогут побудить своих учеников совершить такую экспедицию, заложат любовь к астрономии во многих восприимчивых умах, что станет источником удовольствия для них на всю оставшуюся жизнь.
Chart I.—Track in the United States of the Total Eclipse of May 28, 1900. (By permission of the United States Weather Bureau.)
Из примерно семидесяти солнечных затмений, произошедших где-либо в мире в течение девятнадцатого века, на североамериканском континенте было видно лишь восемь полных затмений той или иной продолжительности. Остальные происходили в местах, часто удаленных от цивилизации, а иногда и в совершенно недоступных районах, например, над океанскими просторами. Трудности транспортировки тяжелого багажа в отдаленные части Азии, Африки или Южной Америки таковы, что исключают возможность участия в наблюдениях затмений для всех, кроме немногих ученых. Автор был глубоко впечатлен сложностью задачи по созданию станций для наблюдения затмений в местах, удаленных от центров населения, на собственном опыте во время экспедиции по наблюдению затмения в Западной Африке, направленной правительством Соединенных Штатов для наблюдения затмения 22 декабря 1889 года на мыс Ледо, на западном побережье Анголы, примерно в семидесяти милях к югу от Сан-Паулу-де-Луанда. Почти восемь месяцев ушло на подготовку дома и на плавание туда и обратно. Следует, однако, сказать, что экспедиция заходила в Кейптаун, Южная Африка, а также останавливалась на острове Святой Елены, острове Вознесения и Барбадосе для проведения магнитных и гравитационных наблюдений, поэтому все это время не следует относить только на счет самого затмения. Мы плыли на старом фрегате «Пенсакола», спутнике флагмана Фаррагута «Хартфорд», под командованием капитана Йейтса. В прежние времена этим кораблем командовал адмирал Дьюи, и экспедиция была снаряжена, когда он возглавлял Бюро оснащения в Вашингтоне. Та же изысканная любезность, которая стала столь хорошо известна его соотечественникам, была в то время проявлена ко всем участникам экспедиции.
Облачность вдоль полосы затмения в южных штатах 28 мая 1900 года, очевидно, является вопросом большой важности не только для всех астрономов, но и для непрофессиональных наблюдателей. Если бы можно было предсказать с той же точностью, с какой астрономические данные дают время и место наступления затмения, будет ли сам день ясным или облачным, или что определенные участки полосы будут чистыми, в то время как другие будут закрыты, это принесло бы огромную пользу. Стоимость этих научных экспедиций очень велика, поскольку необходимо транспортировать в полевые условия множество тяжелых и хрупких приборов, включая телескопы, спектроскопы, полярископы и фотографические камеры, и устанавливать их в точное положение для дня наблюдения. Экспедиция на мыс Ледо в Западной Африке в 1889 году доставила большое количество материалов, подготовила их к работе во время полной фазы затмения, а затем полностью потеряла Солнце в критические моменты из-за временного закрытия неба местными облачными образованиями. В течение нескольких дней, предшествовавших затмению, на станции в утренние часы наблюдались некоторые облака, но небо обычно было ясным и очень благоприятным в середине дня. Полная фаза затмения наступила в три часа, и фотографии Солнца были сделаны при первом контакте около 13:30; однако облака сгустились, и полная фаза была полностью упущена, в то время как Солнце снова появилось для последнего контакта в 16:30. Это был очень тяжелый опыт, и, конечно, его нельзя было избежать никакими возможными мерами предосторожности. Некоторые астрономы полагали, что продвижение лунной тени сопровождается падением температуры и что облачность с большей вероятностью может возникнуть по этой причине.
Вскоре после западноафриканского затмения профессор Тодд из Амхерстского колледжа предложил проводить более систематические наблюдения за вероятным состоянием неба вдоль полос затмений с целью хотя бы выбора станций, имеющих наиболее благоприятные местные условия. Этот метод был опробован в Чили 15 апреля 1893 года и в Японии 8 августа 1896 года с некоторым успехом. До сих пор использовались имеющиеся метеорологические записи, которые изначально велись для других общих целей, и на их основе формировалось некоторое представление о преобладающей тенденции к облачности. В соответствии с усовершенствованным методом Бюро погоды США проводило специальные наблюдения за облачностью с 15 мая по 15 июня в каждом из трех лет: 1897, 1898 и 1899, для утренних часов затмения — между 8 и 9 часами утра. Табличная форма была разослана через местные отделения тем наблюдателям, которые были готовы выступить в качестве волонтеров при ведении этих записей, и их отчеты были изучены, чтобы обнаружить, как ведет себя облачность вдоль полосы затмения в это время года. Каждый из трех лет дает по существу один и тот же вывод, а именно: существует максимум облачности вблизи атлантического побережья в Виргинии, распространяющийся вглубь Северной Каролины, а также вблизи побережья Мексиканского залива в Луизиане и в южной части Миссисипи, в то время как минимум облачности наблюдается в восточной Алабаме и центральной Джорджии. Следующая таблица поможет прояснить это:
Преобладающая облачность неба вдоль полосы затмения.
State. General sky. Sky near the sun.
Virginia 40.3 38.0
North Carolina 32.4 29.9
South Carolina 26.4 24.9
Georgia 16.4 14.7
Alabama 18.2 17.7
Mississippi 30.8 29.2
Louisiana 32.9 27.7
Значимость этих цифр показана путем их переноса на диаграмму, приведенную на Карте II, которая указывает среднюю облачность, преобладающую над несколькими штатами, пересекаемыми полосой. Заметное снижение в средних частях, особенно над Алабамой и Джорджией, указывает на то, что станции в этих районах показывают гораздо лучшие результаты, чем те, что ближе к береговой линии. Причин этого различия, вероятно, много, но главная особенность заключается в том, что внутренняя часть этого региона, особенно над возвышенностями южных отрогов Аппалачей, которые находятся на высоте от шестисот до тысячи футов над уровнем моря, несколько более свободна от влаги, поступающей вглубь суши с океана в это время года. Таблица также показывает два раздела: один для «общего неба», где относительная облачность отмечалась во всех частях видимого неба, и для «неба вблизи Солнца», где наблюдение ограничивалось непосредственной близостью Солнца. Обе записи согласуются почти точно, за исключением того, что облачность неба вблизи Солнца в среднем немного ниже, чем общего неба. Это указывает на то, что, хотя Солнце будет наблюдаться в утренний час 28 мая, когда оно находится всего от тридцати до сорока градусов над горизонтом, это не является неблагоприятным обстоятельством. Низкая высота, с другой стороны, позволяет тем, кто находится у инструментов, наслаждаться более удобным положением для наблюдения, чем если бы оно было ближе к зениту, где нужно смотреть прямо вверх. Конечно, в этот день может произойти какой-либо шторм, который изменит эти общие погодные условия и нарушит все расчеты. Хотя наблюдения за облачностью позволяют предположить, что Джорджия и Алабама имеют лучшие места для наблюдения затмения, следует помнить, что продолжительность составляет около одной минуты двадцати секунд в Алабаме и одной минуты сорока секунд в Северной Каролине. Поскольку выигрыш в двадцать секунд во времени наблюдения многими будет сочтен достаточно важным, чтобы рискнуть из-за облачности, станции будут выбраны в Северной Каролине по этой причине, хотя вероятность минимальной облачности в два раза выше в Джорджии и Алабаме. Таблица показывает, что шансы составляют всего один к шести против наблюдателей, расположенных в этих штатах, в то время как вблизи побережья они составляют около двух к шести против них. В целом, общий результат заключается в том, что наблюдение в этом регионе должно быть успешным, поскольку благоприятные шансы на хорошую погоду выше средних для этого времени года.
Карта II. — Вероятное состояние неба вдоль полосы затмения. Средний процент облачности в мае и июне.
На Карте I проведено шесть линий поперек полосы: № 1 вблизи Нового Орлеана и № 6 в океане к востоку от Норфолка, штат Виргиния. Они представляют места, для которых время продолжительности рассчитано в Американском морском альманахе, со следующими результатами:
No. h. m. h. m. m. s.
1. At 1 30 Greenwich M. T. = 7 27. Local M. T. the duration is 1 12.6
2. ” 1 35 ” ” = 7 47. ” ” ” ” ” 1 19.6
3. ” 1 40 ” ” = 8 05. ” ” ” ” ” 1 26.0
4. ” 1 45 ” ” = 8 22. ” ” ” ” ” 1 31.7
5. ” 1 50 ” ” = 8 40. ” ” ” ” ” 1 37.0
6. ” 1 55 ” ” = 8 54. ” ” ” ” ” 1 41.9
Chart III.—Fifteen Pictures of the Solar Corona, arranged in the Eleven Year Period, to show the Recurrence of Similar Types during this Period.
Наблюдатель на пересечении этих поперечных линий с центральной линией увидит полную фазу затмения в течение интервалов, указанных в таблице.
Способ формирования конусов тени Луны, называемых полутенью для частичной тени и полной тенью для полной тени, хорошо проиллюстрирован в общих трудах по астрономии, и там можно найти хорошие геометрические изображения их, вместе с большим количеством полезной информации относительно предмета затмений. Поскольку нас здесь интересуют главным образом некоторые практические моменты относительно затмения 1900 года, читателю будет полезно обратиться к таким работам за многими подробностями относительно астрономических особенностей, сопровождающих солнечное затмение, которые здесь должны быть опущены.
Существует много существующих теорий, объясняющих явление яркого придатка Солнца, называемого короной, который виден только во время затмений из-за поглощающего воздействия земной атмосферы на его свет. Является ли она электрической или магнитной? Состоит ли она из мелкого вещества, выброшенного с Солнца, или из метеорной пыли, падающей на Солнце? Является ли она просто оптическим эффектом, как некоторые полагают, или это часть недавно открытой лучистой материи, устремляющейся на огромные расстояния в космос? Ответ на эти вопросы с нетерпением ищется с помощью наблюдений, фотографии и всех других возможных средств по случаю каждого полного затмения.
Усилия астрономов к настоящему времени позволили получить серию снимков солнечной короны, которые при сравнении друг с другом показывают очень отчетливо, что корона, так же как пятна, протуберанцы и факелы, претерпевает ряд изменений, которые, по-видимому, повторяются в так называемом одиннадцатилетнем цикле. Также было доказано с полной определенностью, что магнитное поле Земли, отмеченное изменениями интенсивности магнитных элементов, в полярных сияниях и земных электрических токах, показывает вариации, которые тесно синхронизируются с теми, что наблюдаются на Солнце; также то, что погодные элементы давления, температуры, осадков и интенсивности штормов гармонируют с солнечным и земным магнетизмом в той же синхронности. Все попытки ученых обнаружить какие-либо вариации в солнечном свете, падающем на тропики, были совершенно тщетными; с другой стороны, было показано, что магнитные силы, обладающие только что упомянутыми характеристиками, воздействуют на Землю в направлении, перпендикулярном плоскости земной орбиты, как если бы Солнце, будучи магнитом, выбрасывало поле силы на поверхность Земли, которое, благодаря своей вариации, зависящей от внутренних процессов на Солнце, производит только что перечисленные изменения в атмосфере Земли и в ее магнитном поле, а также во всей планетной системе, будучи, конечно, наиболее сильным вблизи Солнца. Среди ученых постепенно растет убеждение, что Земля, Солнце и планеты являются магнитными телами и имеют эти связи между собой в дополнение к ньютоновской гравитации. Это наиболее увлекательная область исследований, и, хотя она полна трудностей, все же привлекает внимание многих, кто убежден, что одной из самых насущных задач текущего момента является прояснение проблем, связанных с передачей энергии от Солнца к Земле в иных формах, чем обычное излучение солнечного света. Вполне вероятно, что вековые вариации погодных изменений из года в год и даже из месяца в месяц связаны с этими солнечными силами и что решение этих вопросов принесет с собой много информации, практически полезной для цивилизованного человека.
Короны последних сорока лет показаны на Карте III, взятой из отчета о затмении 1896 года (9 августа) А. Ханским. Она располагает короны в одиннадцатилетнем цикле, насколько это позволяют даты, в которые произошли затмения, и при сравнении их по вертикальным линиям сходство сразу видно для соответствующих четвертей фаз цикла. Прогноз, приведенный там для 1900 года, как видно, напоминает 1867, 1878 и 1889 годы, но отличается по ориентации от того, что на Карте IV, которая была подготовлена автором. Четыре короны слева на Карте III взяты при максимуме солнечных пятен, и внешний вид представляет собой полную путаницу в структуре лучей; второй и четвертый столбцы предназначены для средней интенсивности Солнца примерно на полпути между максимумом и минимумом, и они показывают систему полярных лучей, принимающих структурную форму, причем второй столбец находится на стадии уменьшающейся, а четвертый — на стадии возрастающей солнечной активности; третий столбец дает корону, когда пятна находятся на минимуме частоты и Солнце находится в сравнительно спокойном состоянии, в котором полярные разрывы очень отчетливы, а экваториальные крылья или расширения сильно развиты.
Chart IV.—Bigelow’s Forecast of the Corona of May 28, 1900. E, earth’s axis; K, axis of ecliptic; S, axis of sun; C, C, poles of the solar corona.
Успешное наблюдение солнечной короны зависит от трех условий: выбора инструмента, его правильной установки и фотографического процесса, относительно каждого из которых будет сделано несколько предложений. Инструменты делятся на два класса: для визуальной и для фотографической работы. Но в любом случае самой важной особенностью является фокусное расстояние или размер телескопа. Поскольку фотографическое изображение короны не выдержит увеличения без рассеивания доступного света и, таким образом, размытия деталей снимка, что является самой важной особенностью, которую нужно сохранить в максимальной степени, нельзя использовать короткий телескоп и в то же время увеличивающий окуляр для увеличения изображения путем проецирования на экран или на фотографическую пластинку. Единственная альтернатива для получения изображения большого диаметра — использовать длиннофокусный объектив. Влияние разницы фокуса на изображение короны хорошо показано на Карте V, которая дает маленькую корону (1), снятую с четырехфутовым объективом (Барнард), (2) с пятнадцатифутовым объективом (Пикеринг) и (3) с сорокафутовым объективом (Шеберле). Диаметр пропорционален фокусному расстоянию, но разница в воздействии на детали очень важна. На маленьком снимке детали короны вблизи Солнца полностью теряются в общем свете, в то время как корональные расширения из средних широт видны на большом расстоянии от Солнца — до одного миллиона миль; в то же время полярные разрывы отчетливо обозначены, так что полюс или центральная линия, от которой они изгибаются, легко определяются. На втором снимке детали полярных лучей лучше проявлены, но расширения укорочены. На третьем область вблизи края Солнца имеет много интересных деталей, очень четко определенных, в то время как все расширения исчезли. Очевидно, что каждый объектив имеет свое преимущество в зависимости от искомых деталей, и все они должны быть использованы при затмении. Репродукции на бумаге отнюдь не отдают должное оригинальным негативам, которые делают различия еще более выраженными, чем показано на Карте V.