Как люди открывали свою землю - Анатолий Томилин

«Если он накопал руду, то я смастерил из нее золотое кольцо», — парировал Ньютон, который хоть и не любил споров, но и в долгу не оставался, когда о его работе отзывались без должного уважения.

Конечно, одной теории Луны было недостаточно для утверждения о всеобщности закона всемирного тяготения. Но вслед за расчетами лунного движения последовали расчеты движения и многих других небесных тел, и замечательное уравнение Ньютона обрело статус всемирного закона.

Вы, наверное, помните его формулу , где F — сила притяжения, M1 и М2 — массы притягивающихся тел, R — расстояние между ними, a G — гравитационная постоянная, или коэффициент пропорциональности в законе тяготения, который еще предстояло определять.

Пользуясь созданной теорией, Ньютон сумел определить отношения масс небесных тел. Например, отношение массы Земли к массе Солнца, массы Юпитера к массе Солнца. Но вычислить массу каждого тела по отдельности никак не удавалось. Для этого нужно было точно знать коэффициент пропорциональности, то есть гравитационную постоянную. А для ее определения следовало поставить очень тонкие опыты по измерению притяжения двух тел с известными массами.

В поисках гравитационной постоянной

Даже через полвека после Ньютона величина гравитационной постоянной так и не была выяснена. Сила притяжения в лабораторных условиях была столь ничтожной, что для ее измерения нужны были какие-то сверхчувствительные и сверхточные весы.

В 1774 году новый королевский астроном Невил Маскелайн вместе с профессором математики Чарлзом Хуттоном решили измерить наконец плотность и массу Земли окончательно. Для этого они занялись наблюдением отклонения маятника от отвеса силой притяжения горного хребта в Пертшире. Вес маятника ученые знали. Знали и среднюю плотность горных пород хребта. После долгих измерений и расчетов англичане получили какие-то величины. Но веры в них не было. Слишком много источников ошибок таил в себе способ вычислений. И таким образом, работа Маскелайна и Хуттона должна быть признана неудачной.

Примерно тогда же другой английский ученый Джон Митчел предложил заменить горный хребет парой тяжелых шаров. Однако опыт получался таким тонким и сложным, что было непонятно, кто сумеет его выполнить. Взялся за это известный физик и химик Генри Кавендиш. Он был настолько удивительным человеком и таким талантливым ученым, что я хотел бы рассказать о его жизни подробнее. Только, пожалуй, я это сделаю в «прибавлении». А сначала расскажу об опыте Кавендиша по определению гравитационной постоянной.

Ученый прикрепил пару маленьких металлических шариков к легкой планке, подвешенной на тоненькой медной проволочке. К этим шарикам Кавендиш подносил тяжелые свинцовые шары и измерял, на сколько при этом, из-за возникшего притяжения, поворачивалась планка и закручивалась проволока.

Он сделал столь чувствительную аппаратуру, что ему пришлось поместить всю экспериментальную установку в ящик, ящик поставить в наглухо закрытую комнату и наблюдения производить из другого помещения, через окно при помощи телескопа.

С 5 августа 1797 года и по 23 мая 1798 года Кавендиш проделал семнадцать опытов и вычислил удельный вес, или плотность Земли. Его результат расходился с тем, что насчитали Хуттон и Маскелайн. И никто не мог отыскать причины этого расхождения.

Рождение новой горы. Со старинной гравюры.

Позже, когда французский астроном и математик Пьер Лаплас опубликовал свои теоретические расчеты плотности Земли, исходя из уплощения ее фигуры и изменения силы тяжести, о результатах Кавендиша забыли. Цифры Лапласа были ближе к тем, что получили Маскелайн и Хуттон. Однако прошло время, и измерения, произведенные Кавендишем, повторялись снова и снова. Последний опыт был произведен уже в сороковые годы нашего столетия американским ученым Гейлом из Национального бюро стандартов в Вашингтоне. Он использовал стальной цилиндр массой в шестьсот шесть килограммов и шарики по пятьдесят граммов на коромысле из золота и платины. Интересно отметить, что после перевода результатов Кавендиша в современные единицы разница между опытами 1797 и 1946 годов составила всего 0,2 процента.

Почему земля теплая

Рассказывают, что случилось это в середине XVIII века, когда кто-то из крестьян, живших неподалеку от подножия горы Везувия, вздумал вырыть у себя во дворе то ли колодец, то ли погреб. На глубине нескольких метров его лопата наткнулась на металл и звякнула. Осторожно расчистив находку, крестьянин увидел прекрасный бронзовый светильник, позеленевший от времени. «В городе за него любители старины наверняка отвалят кучу денег», — подумал он и стал копать дальше. В течение дня он вырыл еще несколько старинных вещей, а потом и статую…

Откуда они здесь под землей, на которой с незапамятных времен росли сады и люди передавали свои плодородные участки по наследству от отца к сыну, из поколения в поколение? Никто и не слышал о том, что здесь могло что-то быть еще, кроме садов и огородов.

В итальянских семьях хорошие новости недолго сохраняются в тайне. Вслед за удачливым «кладоискателем» принялись ковыряться в недрах своих участков и соседи. И вот то один, то другой с шумом заявляли о своих находках…

Примерно так, по рассказам очевидцев, начались раскопки древнего города Помпеи, засыпанного пеплом и залитого грязью во время извержения Везувия 24 августа 79 года нашей эры. Поистине память человеческая короче мига, который называется жизнью. За шестнадцать с лишним веков люди начисто забыли о существовавших здесь цветущих в ту пору городах. Потеряли даже места их нахождения и спокойно разводили овощи над крышами засыпанных строений.

Всю историю своего существования люди терпели страх от извержений, так что понятен интерес ученых к причине этих грозных явлений природы. Сохранились рассказы, что еще в V веке до нашей эры древнегреческий философ, поэт и государственный деятель Эмпедокл из Агригента, устав, как он говорил, от жизни, поднялся на вершину вулкана Этны. Там он и остался жить в хижине, пытаясь выяснить, как бушующий в недрах огонь порождает металлы и камни, а также, отчего случаются извержения.

Происхождение горячих ключей. Со старинной гравюры.

Две тысячи с лишним лет спустя, в начале XIX века на той же Этне, в ста шагах от места, которое и по сей день называется «Торро-дель-философ», то есть «башня философа», была построена первая научная станция для наблюдений за жизнью вулкана. А в 1847 году уже знакомый нам Доминик Франсуа Араго основал постоянную вулканологическую обсерваторию со специальной аппаратурой на Везувии. С середины прошлого века русские ученые не раз предпринимали экспедиции на вулканы Камчатки.

Взгляды на природу вулканических явлений и на причины извержений не один раз менялись. В основном они зависели от того, какая из гипотез о происхождении и внутреннем строении Земли господствовала в данный момент. К XIX веку большинство ученых придерживались того мнения, что первоначальный огонь разбросан по разным местам в теле планеты. Предполагалось также, что на небольших глубинах под корой существуют целые озера расплавленной магмы. Сжатая, сдавленная горными породами эта масса время от времени со взрывами поднимается вверх, и тогда случаются извержения.

Живо было и такое мнение, что Земля еще не остыла и тоненькая твердая кора прикрывает раскаленную и расплавленную основу. При этом кора разрастается, вследствие остывания сжимается и сдавливает магму.

Новый этап в развитии науки о вулканах — вулканологии — наступил в нашем столетии. В 1903 году французские физики П. Кюри и А. Лаборд измерили количество тепла, которое выделяет радий при распаде. Оказалось, что, превращаясь полностью в свинец, 1 грамм радия выделит столько тепла, сколько получится от сжигания полутонны каменного угля. Так не за счет ли радиоактивных процессов действуют вулканы?

В наше время считается, что планеты произошли в результате слипания холодных частиц. И лишь потом разогрелись. Причем радиоактивный распад не единственный источник тепла. Немало энергии освобождается и в результате химических реакций, и при движении масс в недрах планеты. Плотные и потому (ролее тяжелые комья вещества погружаются, как бы «тонут», опускаясь к центру Земли, и вытесняют на поверхность более легкие вещества. Процесс этот происходит страшно медленно. Но Земле торопиться некуда. При таком перемещении потенциальная энергия опускающихся к центру масс уменьшается. А куда ей деваться? Путь один — переходить в тепло!

Сейчас в центре Земли собралось примерно 86,3 процента всего тяжелого вещества, 13,7 процента еще продолжает свой путь. Так что этот источник все еще продолжает согревать нашу планету.