Текст книги "Взламывая планету Земля"

Новые науки

Теофраст пришел на смену Аристотелю в 332 году до н. э. Он не только создавал литературные и поэтические произведения, но основал ботанику, науку о растениях. Позже в книге «О камнях» он первым попытался составить классификацию камней, минералов и самых важных среди них драгоценных камней. Это была нелегкая задача. Сегодня описаны около 3000 минералов и 300 горных пород, состоящих из этих минералов в разных пропорциях. Поскольку Теофраст был ограничен представлением, что все эти материалы образованы из земли с примесью железа, воды и воздуха, он не проводил четкого различия между камнями и минералами.

Древние греки не меньше других народов любили украшения. Здесь мы видим золотую брошь в виде морского конька с глазом из полированного сердолика. Этот камень – красный вид кварца, который часто принимали за рубин. В своей книге Теофраст пишет, что золото произошло из воды, потому что и золото, и вода обладают текучестью.

Большая часть книги посвящена тому, где можно найти тот или иной камень. Особое внимание Теофраст уделял «камням притяжения» (или магнитам) и драгоценным камням, которые больше всего интересовали читателей. Теофраст создал список отличительных характеристик для описания минералов, который современные ученые используют вместе с классификациями, разработанными позднее. Среди этих характеристик были твердость, цвет, текстура (или гладкость). Он также отметил температуру плавления, удельный вес и влияние влажного и сухого воздуха на кристаллы.

Книга о приметах

Теофраст был автором одной из первых книг о предсказании погоды, которая называлась «О приметах погоды». Книга была опубликована на несколько лет позже, чем «Метеорология» Аристотеля, и в ней Теофраст, пытаясь предсказывать погодные изменения, пользовался методами своего учителя, – что было весьма удобно, так как он и его собратья-философы много времени проводили на свежем воздухе. Среди примет, описанных Теофрастом, были ореолы вокруг Солнца, а также высота и густота облаков, которые вкупе с направлением ветра и температурой воздуха могли предвещать скорое изменение погоды. Система Теофраста, как и труды его учителя, строилась в основном на догадках.

Окружность земного шара

К III веку до н. э. споры насчет формы Земли поутихли. Уже тогда, задолго до космических полетов, было понятно, что это сфера. Теперь всех больше интересовало, какого она размера. В конце того же века философ Эратосфен придумал, как найти ответ на этот вопрос.

Измерив угол падения солнечных лучей, Эратосфен построил треугольник, соединяющий города Александрию и Сиену с центром Земли. Угловое расстояние ß между двумя городами совпадало с углом падения солнечных лучей в Александрии, это помогло определить, о какой части общей окружности шла речь. Следующим шагом было определение точного расстояния от Александрии до Сиены.

Эратосфен, глава Александрийской библиотеки (лучшего места обучения своего времени), имел доступ ко всем знаниям мира, потому что каждый въезжающий в город купец был обязан передать все свои тексты в библиотеку (а сам – обходиться копией). Однажды Эратосфен услышал рассказ о колодце неподалеку от Сиены (ныне город Асуан в Египте) – города на берегу реки Нил к югу от Александрии. В день летнего солнцестояния Солнце находилось над колодцем, а стены не отбрасывали теней. Эратосфен знал, что в этот же день в Александрии тени у предметов были. Он понял, что солнечные лучи падают на города под разным углом, что позволило ему вычислить, какую долю окружности Земли составляет расстояние от Александрии до Сиены.

Сбор информации

Эратосфен установил в Александрии столб, чтобы в назначенный день измерить угол между ним и лучами солнца. Величина угла была около 7°, что составляет приблизительно 1/50 часть окружности. Затем он спросил у купцов, водивших караваны в Сиену, сколько времени занимал их путь. Так Эратосфен вычислил, что расстояние между городами равно 5000 стадий (один стадий равен длине арены стадиона – около 200 м), а значит окружность Земли равна 250 000 стадиям. Если переводить в современные единицы измерения, он получил окружность длиной 39 690 км, что близко к истине. Сегодняшнее значение длины окружности земного шара по меридиану составляет 40 008 км.

Теория об уровне моря

Хоть Эратосфену и удалось вычислить размеры Земли, его геологическая теория была довольно ограниченной. Нахождение ископаемых моллюсков на суше объяснялось тем, что когда-то уровень Средиземного моря был значительно выше и резко понизился, когда открылись два новых пролива: Гибралтарский, ведущий в Атлантику, и Босфор (на иллюстрации), который соединяется с Черным морем.

«География» Страбона

Ученые обычно смотрят на географию скептически: по их словам, этой науке не хватает точности, присущей физике и химии. Страбон, основатель географии, думал так же и потому хотел, чтобы география тоже стала точной наукой.

Помпоний Мела

Современник Страбона, проживавший на западной окраине античного мира (в современной Испании), географ Помпоний Мела разделил мир на пять климатических зон, две из которых непригодны для людей, поскольку в одной было слишком холодно, а в другой – чересчур жарко. Мела также утверждал, что к югу от пустыни есть области с более умеренным климатом, населенные южными народами, с которыми обитатели севера еще не были знакомы.

Страбон был понтийским греком, а значит, жил на территории современной Турции. Его вдохновляли труды Эратосфена и других изучавших Землю ученых, которые с помощью математики и тщательных наблюдений добывали новые знания о планете. Страбон был сторонником другого подхода. В 7 году до н. э. он опубликовал первый из семнадцати томов, которые составили его «Географию». Последняя книга вышла в 23 году н. э. Страбон ставил перед собой цель написать книгу для путешественников, послов и правителей, в которой излагались бы не только природные особенности территорий, но и факты о населявших их народах и различиях между культурами.

Эволюция взгляда на мир

Большую часть его работы составляли сведения о Средиземноморье и Северной Африке, полученные от путешественников. Он опрашивал купцов, собирая информацию об Индии, которая в то время была крайней восточной точкой известного людям мира. Карта не сильно отличалась от тех, которыми за 200 лет до этого пользовались Эратосфен и другие. В центре карты была изображена родина Страбона (в то время она называлась Малой Азией), а весь мир представлял собой единый массив суши, окруженный океаном.

На карте мира Страбона, воссозданной в XIX веке в Германии, вся суша разделена на три континента: Европу, Азию и Ливию (так греки называли Африку). Такое разделение (между Европой и Азией довольно условное) сохраняется по сей день.

Конец света

Школа перипатетиков Аристотеля оказывала большое влияние на науки о Земле на протяжении нескольких веков. Однако идеи главного соперничающего с ним философского течения – стоицизма – также влияли на то, как в дальнейшем исследователи интерпретировали результаты своих наблюдений.

Мифы о потопах, которые смывали с лица Земли целые цивилизации, для стоиков были доказательством того, что мир периодически разрушается и создается заново.

Если перипатетики прогуливались возле Ликея, то стоики беседовали в тени стои или колоннады, откуда и пошло их название. Аристотель считал, что природные явления, будь то погодные катаклизмы, землетрясения или извержения вулканов, – это часть процесса, в конечном итоге ведущего к состоянию абсолютной гармонии. Таким образом, стихийные бедствия всегда уравновешиваются обновлением природы. Стоики считали иначе. Они рассуждали так: Земля будет разрушена в результате катастрофы, которая уничтожит свидетельства о прошлом планеты, – и тогда появится новая ее версия.

Естественная история

В 77 году н. э. Плиний Старший, римский историк, мореплаватель и литератор, опубликовал энциклопедию «Естественная история» (Naturalis historia), куда включил все известные на тот момент научные сведения о Земле.

Колоссальная работа Плиния состояла из 37 книг, посвященных астрономии, математике, биологии и даже скульптуре и живописи, а также наукам о Земле: географии, минералогии и горному делу. Плиний не сам добывал все эти знания, его целью было собрать труды других в одном месте, всегда с указанием авторов. Он дополнил сведения о минералах и горном деле с помощью работ предшественников («О камнях» Теофраста и «Географии» Страбона). Однако наука о Земле, за которую и запомнили Плиния, в его труд не вошла.

Через два года после издания энциклопедии Плиний отправился в плавание, чтобы спасти друзей, живших рядом с Везувием – вулканом на юго-западном побережье Италии. Плиний высадился на берег недалеко от извергающегося вулкана и, отравившись ядовитыми испарениями, погиб.

Лучшее из дошедших до нас описаний извержения Везувия сделал не Плиний Старший, а его племянник – Плиний Младший, который отказался участвовать в безрассудной экспедиции своего дяди.

Откуда берется дождь

Согласно конфуцианскому учению, дождь был даром небес – что понималось буквально. Так было, пока Ван Чун, философ династии Хань, не сформулировал первую верную теорию о круговороте воды.

Важнейшей работой Ван Чуна была книга «Лунь хэн» (или «Критические рассуждения»), вышедшая в 80 году н. э. В книге содержатся размышления на широкий круг тем – от естественных наук до литературы и мифологии. Ван Чун не разделял традиционных представлений о метеорологических явлениях, признавая, что капли дождя падают сверху, но не оттуда, где находятся звезды.

Лун-Ван, или «царь драконов»

Согласно китайской легенде, дожди приносит лун, летающий дракон. Миф о четырех морях рассказывает о том, как китайский народ однажды страдал от великой засухи. Царь драконов, который управляет погодой, сжалился над людьми и послал четырех лунов с обильными ливнями. Так образовались четыре могучих реки: Жемчужная, Желтая, Черная и Длинная река (больше известна как Янцзы), которые и по сей день орошают фермерские хозяйства Китая.

В китайских легендах царь драконов повелевает каждым из четырех «морей»: озером Байкал – на севере; Желтым морем – на востоке; Южно-Китайским морем – на юге; а на западе – озером Кукунор в центральной части Китая.

Облака влаги

Ван Чун сожалел о том, что из-за буквальной трактовки конфуцианского учения попытки предсказывать погоду по большей части основывались на движении небесных тел, таких как Луна, в то время как правда была очевидна. Когда путники поднимались в горные храмы по склонам, окутанным облаками, их одежда становилась мокрой, как во время дождя.

Ван Чун объяснял это тем, что дождь и облака – это по сути своей одно и то же. Облака находятся в небе, поэтому капли дождя падают вниз, однако не с самых небес. Влагу облакам дает «пар лесов», писал он, подразумевая, что вода испаряется с поверхности и, поднимаясь, образует облака. Ван Чун связывал этот процесс с энергией ци и создал первоначальное описание круговорота воды на Земле.

Храм на горе Эмэйшань, одной из четырех священных гор китайских буддистов, расположен выше облаков – а значит, там не бывает дождя.

Карты мира

Клавдий Птолемей был плодовитым автором научных публикаций во II веке н. э., а его работы веками влияли на мировую научную мысль. «География» Птолемея содержала подробные карты известного на тот момент мира и служила первым географическим атласом.

Птолемей был греком по происхождению, но гражданином Римской империи, и жил в Египте, который в те времена был богатой римской провинцией. Его работы, в особенности «География» и «Альмагест» (книга об астрономии), имели большое влияние. Они стали связующим звеном между древнегреческой классической философией и золотым веком ислама, когда, приблизительно в XII веке, центр мировой научной мысли переместился из Александрийской библиотеки в Дом мудрости в Багдаде. Здесь идеи, сформулированные в работах Птолемея, получили развитие и затем, на заре эпохи Возрождения, распространились по Европе.

Известный мир

Оригинальное издание «Географии» вышло приблизительно в 80 году н. э., но было утеряно. Все, что известно об этой книге, дошло до нас в виде копий и переводов с многочисленными искажениями. Ученые собрали 65 карт, которые в то или иное время входили в книгу. Большинство из них – это карты небольших областей, на которых изображены реки, горы и крупные поселения. Птолемей создал их, копируя и объединяя карты предшественников и добавляя новые детали, найденные в других источниках.

«География» Птолемея. Украшенный орнаментом титульный лист латинского перевода XV века.

Близкие к Средиземному морю земли были изображены более подробно, нежели отдаленные страны, такие как Британия, Ирландия и Шри-Ланка, сведения о которых собирали по рассказам немногих отважных путешественников.

Картографические проекции

Карту мира Птолемея отличает новый подход к проекции, который помог ему изобразить сферическую трехмерную Землю на плоскости. Математики быстро доказали, что невозможно отобразить большие участки земной поверхности без каких-либо искажений. Вопрос был в том, где искажать. В проекции Меркатора XVI века экваториальные области сплющены, а северные – включая Европу и Северную Америку – растянуты. Эта карта до сих пор широко используется, создавая ложное представление об истинном размере стран в этих регионах.

На карте мира Птолемея все исследованные земли были спроецированы на четверть окружности земного шара. Птолемей знал размер планеты и приблизительные расстояния до других континентов, и потому догадывался, что три четверти мира еще предстоит открыть. Первые атласы мира, охватывающие весь земной шар, были опубликованы в 1570 году.

Несмотря на сильное искажение у полюсов, проекция «броненосца» дает нам верное представление о размерах населенных земель.

Единая карта мира была обновленной версией карты Эратосфена и Страбона. Птолемей не сам нарисовал ее – ее создание приписывают картографу Агатодемону Александрийскому. В отличие от более ранних карт, мир на ней не был со всех сторон окружен водой. За восточным побережьем Африки лежала terra incognita (неизвестная земля), окружавшая Индийский океан. Восточная граница мира расширилась и простиралась теперь до полуострова Малакка и Сиамского залива.

Широта и долгота

На птолемеевой карте впервые появились линии широты и долготы для точного определения местоположения. Линии долготы охватывали 180 градусов земного шара, поэтому мы видим северо-восточную четверть планеты. Начальный меридиан с нулевой долготой проходил через мифические Блаженные острова недалеко от побережья Африки (вероятно, Канарские). Линии широты, опоясывающие земной шар с востока на запад, рисовали к северу от экватора, который был сдвинут слишком далеко на север. Расчеты были неточными: изображенные на карте земли занимают лишь около 2/3 Северного полушария.

Вавилонская карта мира

Старейший дошедший до нас «образ», или карта мира (imago mundi) – это глиняная табличка из Вавилона, датируемая VI веком до н. э. Путешественнику от нее было бы мало пользы. На ней мы видим Евфрат, на берегах которого находится Вавилон и соседние государства. Вся изображенная на карте область окружена кольцом «соленой воды», то есть океаном.

Приливы и отливы

Ежедневные колебания уровня моря играют важную роль в жизни моряков и людей, живущих на побережье. На то, чтобы разобраться, чем вызвано это явление, ушло не одно столетие.

Беда Достопочтенный был самым видным английским историком в Средневековье.

Вода прибывает и убывает два раза в день – это называется приливами и отливами, и каждые две недели высота волн колеблется от самого высокого уровня (сизигийный прилив) до самого низкого (квадратурный прилив). Это явление связывали с движением и фазами Луны еще в древние времена, а в 725 году английский монах Беда Достопочтенный первым сделал полное описание этих циклов в своей работе «Об исчислении времени». Он отмечал, что прилив происходит каждый день на 4/5 часа позже, чем накануне, как восход и заход Луны. В течение 59 дней Луна поднимается и садится 57 раз, а количество приливов равно 114 (два раза по 57). Он заметил и то, что на высоту приливов также влияют сила и направление ветра.

Беда Достопочтенный жил в королевстве Нортумбрия (северо-восточная часть современной Англии), правители которого на протяжении большей части его истории жили в замке Бамборо, стоящем на страже приливной зоны Северного побережья.

Беда жил и работал в Средневековье – период после распада Римской империи в V веке, сведения о котором весьма скудны. Беда – один из немногих ученых того времени, чьи труды сохранились. До эпохи Возрождения (и подъема науки в Европе), начавшейся в XIV веке, центром мировой научной мысли был Исламский мир. Пока арабские и персидские ученые продолжали изучать связь между приливами и Луной, Аль-Кинди, один из самых влиятельных мыслителей IX века, предложил новую теорию. Он предположил, что ежедневные приливы происходят из-за того, что нагретая Солнцем вода расширяется, а с заходом Солнца остывает и сжимается, из-за чего ее уровень падает. Точно так же Аль-Кинди объяснял и происхождение ветра: горячий воздух расширяется и устремляется в более холодные области.

Сизигийный и квадратурный приливы

Гравитация Луны вызывает на Земле подъем воды на несколько метров выше уровня моря, который следует за обращением Луны. Соответствующий подъем воды образуется и на противоположной стороне планеты. Аналогичным образом на высоту воды влияет и гравитация Солнца. Когда приливообразующие силы Луны и Солнца действуют вдоль одного направления, вода поднимается на наибольшую высоту, такой прилив называют сизигийным. Когда приливообразующие силы Луны и Солнца перпендикулярны друг другу (такое положение называется квадратурой), вода поднимается на наименьшую высоту, это называется квадратурным приливом.

Силы эпохи Просвещения

В 1608 году фламандский математик Симон Стевин опроверг представление о том, что приливы – это погодное явление, и вместо этого предположил, что воду притягивает на берег Луна. Год спустя его предположение было подкреплено открытием законов движения планет Солнечной системы, которое совершил Иоганн Кеплер. По его мнению, Луна – это своего рода магнит. В 1687 году закон всемирного тяготения Исаака Ньютона стал объяснением для многих явлений, в том числе приливов и отливов, а к 1770-м годам Пьер-Симон Лаплас разработал уравнения для расчета времени приливов на конкретном участке побережья, однако вычисления эти были чрезвычайно трудными. Прошел еще век, прежде чем лорд Кельвин создал аналоговый компьютер для предсказания приливов и отливов, которым пользовались вплоть до 1970-х годов.

Симон Стевин

Фламандский математик заинтересовался природой приливов отчасти во время работы над изобретением «сухопутной яхты» – повозки с парусом, движимой силой ветра. Однако самая большая его заслуга в том, что он ввел использование десятичных дробей в Европе, и числа меньше единицы стали записывать в виде десятых долей, сотых и т. д.

Открытие Америки

В 1492 году Колумб пересек океан, но об этом мы поговорим чуть позже. За пять веков до него мрачные воды Северной Атлантики исследовали викинги, которые обосновались в Северной Америке на несколько десятилетий. История могла сложиться совершенно иначе.

Предки коренных американцев пришли из Азии более 14 000 лет назад. Это произошло во время Ледникового периода, когда уровень моря был существенно ниже из-за огромных ледников, покрывавших сушу. На месте современного Берингова пролива был перешеек, соединявший Сибирь с Аляской, – сейчас эту область называют Берингией. Около 11 000 лет назад из-за повышения уровня моря Берингия скрылась под водой, и с тех пор попасть на американский континент было под силу лишь самым опытным мореплавателям.

Викинги под предводительством Лейфа Эрикссона двинулись на запад от Гренландии и обнаружили берег современной Канады.

Прошло еще 10 000 лет, прежде чем отважным путешественникам удалось это сделать. На этот раз они высадились на восточном побережье Северной Америки в 1002 году. Это были норвежцы, часто называемые викингами, чьи предки были родом из Скандинавии, но сами они принадлежали к общине, перебравшейся в 870-е годы в Исландию, а чуть позже в Гренландию.

Навигационные технологии

Норвежские ладьи были прочными судами, обшитыми внакрой (когда доски перекрывают друг друга) и способными противостоять неспокойному морю. Они приводились в движение парусом или веслами, а управление осуществлялось при помощи рулевого весла, установленного на правом борту. Нос и корма почти не различались, корабли были построены так, чтобы одинаково легко двигаться в обоих направлениях, что было особенно удобно при прохождении рек и узких заливов. По легенде исландские норвежцы использовали некие прозрачные кристаллы в качестве «компаса викингов». Этот камень – возможно, чистая форма кальцита – преломлял проходящий через него свет так, что можно было определить местоположение Солнца, даже когда оно было скрыто за облаками. Таким образом, викинги всегда могли скорректировать курс корабля.

Гренландские викинги основали небольшую деревню на острове Ньюфаундленд, но покинули свой новый дом всего лишь через одно поколение.