Я приказал тогда выдуть при пламени лампы несколько стеклянных пузырьков, таких больших, тонких и легких, как я мог тогда достать, и выбирая среди них один, который казался наименее неподходящим для моей цели, я уравновесил его в паре весов, которые теряли свое равновесие примерно с 30-й частью грана и были подвешены на раме. Я поместил как весы, так и раму рядом с хорошим бароскопом, откуда я мог узнать текущий вес атмосферы. Затем, оставив эти инструменты вместе; хотя весы, будучи не точнее, чем я выразил, не были способны показать мне все вариации веса воздуха, которые появлялись в ртутном бароскопе, однако они делали то, что я ожидал, показывая мне вариации не больше, чем изменяли высоту ртути на полчетверти дюйма, и, возможно, гораздо меньшие, чем те: ни я не сомневался, что, если бы у меня были либо более чувствительные весы, либо средства снабжения эксперимента удобными приспособлениями, я бы различил гораздо меньшие изменения веса воздуха, так как я имел удовольствие видеть пузырек иногда в равновесии с противовесом; иногда, когда атмосфера была высокой, перевешивать так явно, что весы, будучи слегка потревожены, стрелка играла бы целиком на той стороне, на которой был подвешен пузырек; а в другое время (когда воздух был тяжелее), то, что было сначала лишь противовесом, перевешивало бы и при движении весов заставляло бы стрелку вибрировать целиком на своей стороне. И это продолжалось иногда много дней подряд, если воздух так долго сохранял ту же меру тяжести; а затем (после других изменений) пузырек восстанавливал равновесие или перевес; так что я часто имел удовлетворение, глядя сначала на статический бароскоп (как для различия его можно назвать), предсказывать, был ли в ртутном бароскопе уровень жидкости высоким или низким. Которые наблюдения, хотя они сохраняются так же хорошо зимой и несколько раз летом (ибо я часто отсутствовал в течение этого сезона), как и весной, однако частота их превратностей (которая, возможно, была лишь случайной) делала их более приятными в последнем из этих сезонов.
Так что, дело факта было выяснено разнообразием повторных наблюдений и иногда сравнением нескольких из этих новых бароскопов вместе, я добавлю некоторые из тех заметок об этом инструменте, которые легко приходят мне на память, оставляя остальное до другого случая.
И во-первых, если спросят об основании, на котором я строил этот бароскоп, ответ вкратце может быть таков: 1. Хотя стеклянный пузырек и стеклянный противовес во время их первого взвешивания находятся в воздухе, в котором они оба взвешиваются, и имеют в точности одинаковый вес, они отнюдь не равны по объему; пузырек, благодаря своей вместительной полости (которая не содержит ничего, кроме воздуха или чего-то, что весит меньше воздуха), возможно, в сто или двести раз (ибо у меня нет возможности измерить их) больше металлического противовеса. 2. Что согласно гидростатическому закону (который, как вы знаете, я недавно имел случай вывести), если два тела равной тяжести, но неравного объема взвешиваются в другой среде, они перестанут быть в равновесии; но если новая среда тяжелее, то большее тело, будучи более легким по удельному весу, потеряет больше своего веса, чем меньшее и более плотное; если же новая среда легче первой, то большее тело перевесит меньшее; и это различие, возникающее из-за смены среды, будет тем значительнее, чем больше неравенство объемов между телами, ранее находившимися в равновесии. 3. Сопоставляя эти два факта, я пришел к выводу, что для производимого эффекта будет безразлично, взвешиваются ли тела в средах различной тяжести или в одной и той же среде, если ее удельная тяжесть значительно изменена: и, следовательно, поскольку из бароскопа было видно, что вес воздуха иногда бывает больше, а иногда меньше, изменения его в отношении тяжести по сравнению с весом, который он имел при первом уравновешивании пузырька, будут неравномерно воздействовать на столь большое и полое тело, как пузырек, и на столь малое и плотное, как металлический груз: и когда воздух вследствие увеличения тяжести станет более тяжелой средой, чем прежде, он будет выталкивать стекло сильнее, чем противовес; а если он станет легче, чем был вначале, то позволит первому перевесить: (Иллюстрации и доказательства едва ли можно добавить в немногих словах; но если будет угодно, я могу, с Божьей помощью, прислать их вам при первой возможности:) И хотя наш английский воздух примерно в тысячу раз легче воды, разница в весе столь малого количества воздуха, равного по объему пузырьку, казалось, давала мало надежды на то, что это будет заметно на весах; однако, сделав пузырек очень большим и легким, я предположил и обнаружил результат, о котором уже рассказал.
Во-вторых, герметически запаянный стеклянный пузырек, который я использовал, был величиной с довольно крупный апельсин и весил около 1 драхмы и 10 гран. Но я полагал, что вполне возможно, если бы я был лучше обеспечен средствами (в чем я впоследствии убедился, что не ошибся), изготовить (среди многих, которые могли бы не удаться) такие, которые могли бы быть предпочтительнее этого, либо по вместимости, либо по легкости, либо по обоим параметрам; особенно если позаботиться о том, чтобы их не запаивали, пока они слишком горячие. Ибо, хотя можно подумать, что выгодно разрежать и вытеснять воздух как можно сильнее, поскольку в таких запаянных пузырьках сам воздух (как я показал в другом месте) имеет вес; однако это преимущество не перевешивает неудобства, связанного с необходимостью увеличивать вес стекла, которое, когда оно содержит сильно разреженный воздух, если оно недостаточно прочное, будет разбито давлением внешнего воздуха, в чем я достаточно убедился.
В-третьих, я хотел бы проверить, не изменит ли сухость и влажность воздуха вес пузырька в какой-либо мере, так же как и изменение тяжести, производимое в атмосфере другими причинами; но необычайно постоянное отсутствие туманов помешало мне проводить наблюдения такого рода; за исключением того, что однажды рано утром, когда мне сказали о тумане, я послал проверить (будучи сам в постели), не сделал ли он воздух настолько тяжелым, чтобы вытолкнуть пузырек; но не узнал, чтобы этот туман оказал на него какое-либо заметное воздействие.
В-четвертых, по причине трудностей и случайностей, которые могут произойти при добывании и сохранении таких больших и легких пузырьков, о которых я недавно упоминал, в некоторых случаях может оказаться удобным знать, что я иногда вместо одного достаточно большого пузырька использовал два, которые были меньше. И хотя один пузырек достаточной величины гораздо предпочтительнее, поскольку для достижения равной вместимости требуется гораздо меньшее количество и вес стекла, когда стекло выдувается в один пузырек, чем когда оно разделено на два; однако я обнаружил, что использование двух вместо одного не так уж плохо оправдало мои ожидания, чтобы они не могли в случае нужды послужить вместо другого; их легче достать; и если весы достаточно прочны, чтобы выдержать столько стекла, не будучи поврежденными, то при использовании двух или большего числа больших пузырьков эффект может быть более заметным, чем если бы использовался только один пузырек (пусть даже очень хороший).
Этот инструмент может быть значительно улучшен различными приспособлениями, как то:
Во-первых, к анзе (или коромыслу весов) может быть прилажена дуга (круга), разделенная на 15 или 20 градусов (больше или меньше, в зависимости от качества весов), чтобы стрелка, покоящаяся напротив этих делений, могла легко и без вычислений показать величину угла, на который, когда чаши весов наклоняются в ту или иную сторону, стрелка отклоняется от перпендикуляра, а коромысло — от своего горизонтального параллелизма.
Во-вторых, те, кто будет столь любознателен, могут вместо обычного противовеса (из латуни) использовать противовес из золота или, по крайней мере, из свинца, причем последний, будучи равным по весу латунному, гораздо меньше по объему, а первый составляет менее половины его величины.
В-третьих, те части весов, которые могут быть изготовлены из меди или латуни без ущерба для точности, при изготовлении из одного из этих металлов будут менее подвержены, чем сталь (которая, впрочем, если хорошо закалена и отполирована, может долго оставаться в хорошем состоянии), ржавлению при долгом стоянии.
В-четвертых, вместо чаш пузырек может быть подвешен на одном конце коромысла, а на другом — только противовес к нему, чтобы коромысло не было нагружено лишним весом.
В-пятых, весь инструмент, если его поместить в небольшую раму, подобную квадратному фонарю со стеклянными окнами и отверстием сверху для сообщения внутреннего и внешнего воздуха, будет более свободен от пыли и нерегулярных колебаний; к последним он в противном случае будет иногда подвержен.
В-шестых, этот инструмент, будучи снабжен легким колесом и указателем (такими, какие были применены превосходным доктором Хр. Реном к открытым погодным стеклам, а изобретательным мистером Гуком — к бароскопам), может быть сделан так, чтобы показывать гораздо более мелкие изменения, чем в противном случае.
В-седьмых, длина коромысла и изысканность весов могут легко, без каких-либо из вышеупомянутых вспомогательных средств (и тем более с ними), сделать инструмент гораздо точнее, чем любой из тех, что я был вынужден использовать. И к этим приспособлениям могут быть предложены и другие, исходя из дальнейшего рассмотрения природы вещей и более долгой практики.
Хотя в некоторых отношениях этот статический бароскоп уступает ртутному, в других он имеет свои преимущества и удобства перед ним.
И 1: Он подтверждает ad oculum наше прежнее учение о том, что падение и поднятие ртути зависит от изменяющегося веса атмосферы; поскольку в этом бароскопе нельзя утверждать, что причиной наблюдаемых изменений является fuga vacui или funiculus. 2. Он показывает, что воздух не только имеет вес, но и более значительный, чем допускают некоторые ученые мужи, которые соглашаются со мной в том, что я доказал наличие у него некоторого веса; поскольку даже изменение веса в столь малом количестве воздуха, равном по объему апельсину, явно обнаруживается на таких весах, которые отнюдь не являются самыми точными. 3. Этот статический бароскоп зачастую будет более доступным, чем другой: ибо многим будет легче достать хорошую пару золотых весов и пузырек или два, чем длинную запаянную трубку, количество ртути и все другие принадлежности ртутного бароскопа; особенно если учесть хлопоты и мастерство, необходимые для освобождения пустой части трубки от воздуха. 4. И поскольку трудность перемещения ртутного инструмента удерживала людей от попыток делать это даже в соседние места, существенные части весового бароскопа (ибо рама к ним не относится) могут очень легко в малом объеме быть перенесены куда угодно без риска быть испорченными или поврежденными. 5. В статических бароскопах, в отличие от других, нет опасности неопределенности относительно качества инструментов по той причине, что в них воздух в одних более, а в других менее совершенно исключен; тогда как в тех это соображение не имеет места. (И кстати, я иногда по этой причине мог обнаружить с помощью нашего нового бароскопа, что ртутный бароскоп, который считался хорошим и с которым я его сравнивал, был не очень хорошо освобожден от воздуха.) 6. Поскольку, как я ранее намекал, вполне возможно гидростатически обнаружить как величину пузырька, так и содержимое полости, а также вес и размеры стеклянной субстанции (которые вместе с включенным воздухом составляют пузырек), многое может быть обнаружено с помощью этого инструмента относительно веса воздуха, абсолютного или относительного. Ибо, когда ртуть в ртутном бароскопе находится либо очень высоко, либо очень низко, либо на среднем уровне между своей наибольшей и наименьшей высотой, приводя весовой барометр в точное равновесие (с очень мелкими делениями грана), вы можете, внимательно наблюдая, когда ртуть поднялась или опустилась ровно на дюйм, или на четверть, или на полдюйма и т. д., и добавляя такие же мелкие деления грана на более легкую чашу, пока вы снова не приведете весы в точное равновесие; вы можете, я говорю, определить, какой известный вес в статическом бароскопе соответствует таким определенным высотам поднимающейся и опускающейся ртути в ртутном. И если весы снабжены разделенной дугой или колесом и указателем, эти наблюдения помогут вам в будущем легко определить, видя наклон стрелки или градус, отмеченный указателем, какую силу пузырек приобрел или потерял вследствие изменения веса атмосферы. Некоторые наблюдения такого рода я внимательно проводил, иногда добавляя 64-ю, иногда 32-ю, иногда 16-ю, а иногда и более тяжелые части грана на более легкую чашу. Но один человек, который не знал, для каких целей нужны эти маленькие бумажки, подойдя к окну, где стояли мои бароскопы, так неудачно стряхнул их с весов и перепутал, что лишил меня возможности сделать точные наблюдения, которые я намеревался провести, хотя я имел удовлетворение видеть, что они могут быть сделаны. 7. С помощью этого статического инструмента мы можем сравнивать ртутные бароскопы в разных местах (даже очень отдаленных) и делать некоторые оценки тяжести воздуха в них. Например, если я обнаружил путем наблюдения, что пузырек, который я использую (а можно иметь несколько пузырьков разных размеров, чтобы один мог заменить другой в случае любой неудачи), весил ровно драхму, когда ртутный цилиндр был на высоте 29½ дюймов (что в некоторых местах я находил умеренной высотой); и что добавление 16-й части грана необходимо для поддержания пузырька в равновесии, когда ртуть поднялась на 1/8 или любую определенную часть дюйма выше прежнего уровня: когда я прихожу в другое место, где есть ртутный барометр, так же хорошо освобожденный от воздуха, как и мой (ибо это должно предполагаться), если при извлечении моего весового инструмента он оказывается весящим точно драхму, а ртуть в бароскопе там стоит ровно на 29½ дюймах, мы можем заключить, что тяжесть атмосферы не является заметно неравной в обоих этих двух местах, хотя они очень отдалены. И даже если там нет бароскопа, то если есть дополнительный вес, как, например, 16-я часть грана, которую необходимо добавить к пузырьку, чтобы привести весы в равновесие, станет ясно, что воздух в этом втором месте в то время настолько тяжелее, чем воздух в первом месте был тогда, когда ртуть стояла на 29½ дюймах.
Но при проведении таких сравнений мы не должны забывать учитывать положение различных мест, если мы намерены делать оценки не только веса атмосферы, но и веса и плотности воздуха. Ибо, хотя весы покажут (как было сказано), есть ли разница в весе атмосферы в двух местах, однако, если одно из них находится в долине или низине, а другое на вершине или какой-то возвышенной части холма, не следует ожидать, что атмосфера в этом последнем месте будет давить так же сильно, как атмосфера в первом, на которую опирается или давит более длинный столб воздуха.
И упоминание, которое я сделал о различном положении мест, напоминает мне о чем-то, что может оказаться еще одним применением нашего статического бароскопа, и о чем я думал, чтобы провести испытание, но был случайно лишен возможности сделать это. А именно, что, точно уравновесив пузырек у подножия высокой колокольни или холма и перенеся его в его закрытой раме на вершину, можно, по весу, который необходимо добавить к противовесу там, чтобы привести коромысло в горизонтальное положение, наблюдать разницу в весе воздуха внизу и наверху; и, в случае если холм достаточно высок, на некоторых промежуточных станциях. Но насколько это может помочь людям оценить абсолютную или сравнительную высоту гор и других возвышенных мест; и для каких еще целей может быть использован инструмент, когда он будет должным образом усовершенствован; и какие предосторожности могут потребоваться в различных случаях, которые будут предложены, я должен оставить до более свободного времени и дальнейшего рассмотрения.
Подробности тех наблюдений планеты Марс, о которых ранее упоминалось, что они были сделаны в Лондоне в феврале и марте 1665/6 года.
Чтобы выполнить то, что было обещано в № 11 этих записок, стр. 198, считается уместным теперь опубликовать подробные наблюдения, касающиеся пятен на Марсе и их движения, как они были сделаны с помощью 36-футового телескопа и представлены в письменном виде Королевскому обществу 28 марта 1666 года мистером Гуком, как следует:
Имея большое желание (говорит он) наблюдать тело Марса, пока он находится в акроникальном и ретроградном положении (ранее я уже наблюдал с помощью стекла длиной около 12 футов некое подобие пятен на его поверхности), хотя в настоящее время он находится не в перигелии своей орбиты, а ближе к своему афелию, тем не менее я обнаружил, что его поверхность, когда он находится вблизи своего противостояния Солнцу (с увеличением, которое 36-футовое стекло, использованное мною, могло хорошо выдержать), казалась очень близкой по размеру к полной Луне, видимой невооруженным глазом; что я обнаружил, сравнив ее с полной Луной, находящейся рядом с ним 10 марта.
Но таково было плохое состояние воздуха в течение нескольких ночей, что из более чем 20 наблюдений, которые я сделал с момента его ретроградного движения, я не мог получить ничего удовлетворительного; хотя я часто воображал, что вижу пятна, тем не менее преломляющие вены воздуха (если я могу так назвать те части, которые, будучи рассеяны повсюду в нем, имеют большую или меньшую преломляющую силу, чем воздух, непосредственно прилегающий к ним, с которым они смешаны) делали его настолько запутанным и ярким, что я не мог прийти ни к какому заключению.
Третьего марта, хотя воздух все еще был достаточно плохим, я мог время от времени видеть тело Марса, появляющееся в форме A: которую я тотчас же описал с помощью схемы; и примерно через 10 минут, как можно точнее представляя то, что я видел через стекло, я нарисовал схему B. В этом я был достаточно уверен (очень часто наблюдая это через трубку и меняя положение своего глаза, чтобы не было никакого рода заблуждения), что это не могло быть ничем иным, как некоторыми более темными и пятнистыми частями поверхности этой планеты.