Метеорология Глава 9 Часть 1

Глава 9. Изобретение анемометра

Анемометр – это прибор для измерения направления и силы ветра. Кто первым создал подобные простейшие метеорологические устройства неизвестно. Во всяком случае, с самых ранних шагов земной цивилизации ветер стал играть большую роль в хозяйственной деятельности человека. Его использовали как движущую силу для морских судов, его сезонные направления, то, что впоследствии стали называть «роза ветров», учитывали при строительстве зданий, его силу, в совокупности с уровнем приносимых различными ветрами  осадков, принимали в расчет при выращивании растений. Все это требовало в том или ином смысле измерения характеристик ветра – и его направления и его скорости.

Возможно, первыми создали флюгеры – простейшие метеорологические инструменты предшественники анемометра – древние финикийцы. Во всяком случае, по легенде древние жители Финикии  братья Диоскуры, сыновья Сидика - изобрели первое судно, а их потомки первыми установили на корабли мачты, и первыми овладели искусством управления парусами, которыми были оснащены мачты кораблей, [9.1].  Но вещественных подтверждений существования флюгера - самого древнего метеорологического инструмента - у древних финикийцев нет. Причина этого, вероятно в том, что сначала в 332 году до Р.Х. город Тир – столицу Финикии до основания разрушил и сжег великий Александр Македонский, а затем в 146 году до Р.Х. римляне полностью уничтожили Карфаген. Так стараниями древних греков и древних римлян от древней финикийской культуры, ее искусства и техники, и даже от финикийского языка в буквальном смысле не осталось камня на камне. Это привело к тому, что поиски написания подлинных финикийских слов впоследствии велись по надписям на черепках и на случайно уцелевших надгробиях, а звучание финикийского языка известно по немногим финикийским словам в одной римской пьесе, сохранившейся до наших дней,  [9.2], [9.3], [9.4]. 

Римляне уничтожили Карфаген, а затем покорили и Македонию, и Грецию, и Египет, но культурные и технические достижения греков они признавали, и многое у эллинов перенимали. Долгое время считалось, что флюгер – это одно из греческих изобретений. Великий римский архитектор и военный инженер Витрувий (около 80-70 гг. до Р.Х. – после 13 г. до Р.Х.) пишет о знаменитом флюгере греческого астронома Андроника Кирреста (середина 1-го века до Р.Х.) на восьмиугольной мраморной башне в Афинах. В монументальном классическом сочинении инженера Витрувия «Десять книг об архитектуре», в главе 6-й, книги 1-й, полностью посвященной вопросам влияния ветра, его силы, и его направления на планирование строительства новых городских кварталов, читаем [9.5.]:

«4. Некоторые насчитывают всего четыре ветра: Солан, или восточный, Австр, или южный, Фавоний, или западный, и Сентентрион, или северный. Но более внимательные исследователи указали, что их восемь. Главным тут был Андроник Киррест, который чтоб это доказать даже поставил в Афинах восьмиугольную башню и высек на каждой стороне восьмигранника рельефные изображения отдельных ветров, обращенные в ту сторону, откуда каждый из них дует; а сверху башни он сделал мраморный конус, поставив на него медного Тритона с вытянутой в его правой руке палочкой, и устроил так, что он вращался ветром и, всегда останавливаясь против него, указывал палочкой на изображение дующего ветра».

Восьмиугольная башня в Афинах сохранилась до наших дней, но устройство для указания направления ветра в виде древнегреческого бога Тритона утрачено, и нет никаких материальных свидетельств того, как был устроен этот древний медный флюгер. Автор считает, что идея установить именно фигуру Тритона как указателя на направление ветра восходит к одной из греческих легенд об аргонавтах, содержание которой нам сообщает греческий историк Геродот, [9.6.]: 
«179. Существует и другой еще рассказ следующего содержания: по сооружении корабля Арго под Пелием Ясон поместил на нем гекатомбу и медный треножник, объехал кругом Пелопоннес и решился посетить Дельфы. Когда на пути он находился подле Малеи, его застиг северный ветер и отнес к Ливии; прежде чем увидеть сушу, он попал на мели в озере Тритониде и не знал, как выйти оттуда. Тогда явился Тритон и потребовал для себя от Ясона треножник, обещая за это показать им путь и невредимыми вывести их из беды. Ясон согласился; тогда Тритон указал им выход между мелями, а треножник поставил в своем храме; с того самого треножника он изрекал предсказания и открыл Ясону и его спутникам предстоявшую судьбу, именно: если кто-нибудь из потомков аргонавтов унесет с собою треножник, то непременно соорудит в окрестностях озера Тритониды сто эллинских городов. Выслушав предсказание, тамошние жители Ливии скрыли треножник».

Предсказатель и провидец Тритон из озера Тритонида в Ливии (наиболее вероятно это солёное озеро Эль-Джерид на востоке Туниса) был существом с телом человека и хвостом дельфина, возможно, именно таким и был медный флюгер и виде Тритона на афинской 8-угольной башне. Условно Ясон жил до 10-го века до Р.Х., так как Гомер в поэме «Одиссея», написанной в 8-м веке до Р.Х., упоминает Ясона как хорошо известного для своих читателей героя.

Прошло более 2000 лет со времени, в котором жили греческий строитель Андроник Киррест и римский инженер Витрувий, и археологические раскопки в Месопотамии – в междуречье рек Тигр и Евфрат - открыли существование здесь с 3-го тысячелетия до Р.Х. древних цивилизаций – первоначально шумеров, которых сменили аккадцы, вавилоняне и ассирийцы. При этом жители Месопотамии (далее будем использовать обобщенный термин «Вавилония») оставили многочисленные артефакты – от больших каменных стел с выбитыми батальными и бытовыми сценами и клинописными надписями, до золотого оружия, керамики, небольших цилиндров-печатей и, главное, огромного количества относительно хорошо сохранившихся клинописных керамических табличек.

Тексты практически всех клинописных табличек были расшифрованы, и определена фонетика языков, на которых были написаны тексты на табличках.

Древние месопотамские цивилизации активно интересовались ветрами своего региона, они использовали направления ветров как географические направления, размещали свои постройки соответственно ветрам, как впоследствии рекомендовал делать римский инженер Витрувий. Поэтому целый ряд исследователей, [9.7.], провел активные поиски в шумерской и аккадской литературе, доступной на клинописных табличках, возможных указаний на существование и использование флюгера в Месопотамии.

И эти поиски увенчались успехом. Во-первых, флюгер упоминается в басне, которая, вероятно, была написана в 1800-1600 годах до Р.Х.  Во-вторых, три шумеро-аккадских лексических ряда имеют три различных термина, соответствующих одному аккадскому термину, обозначающему флюгер. Эти термины также относятся к 1800-1600 годам до Р.Х., что должно означать, что у шумеров в то время были конкретные модели флюгеров.

Флюгер в вавилонской «Басне об Иве».

Одним из типов литературных сочинений, культивировавшихся в Вавилонии, был особый тип басни - «басня о состязании». В этих «баснях – состязаниях» два или более конкретных животных, растений и даже божеств обсуждали свои достоинства и рассказывали о ценности своих действий. Басня, представляющая особый интерес для нашей темы, это «Басня об Иве», [9.8.]. В этой басне  «Ива» и другие деревья обсуждают ценность, изготовляемых из их древесины изделий  и инструментов. Таблички с «Басней об Иве»  повреждены, но 11 строк басни, в которой «Ива», перечисляя свои достоинства, упоминает флюгер, можно частично прочитать.

Табличка 44, на которой записана часть «Басни об Иве», имеет музейный номер K. 8413 в Куюнджикской коллекции Британского музея. Одиннадцать интересующих нас строк c этой таблички можно перевести так, перевод автора по книге Ламберта, [9.8.]:

4    Они громят непослушных....
5    Я слабого делаю сильным, я .... калеку.
6    Не слушая ее, я объявляю слова...
7    Ветками моими они защищают царя...
8    Благородным и простолюдинам обеспечено...
9    В одинокий город...
10  Они охраняют дверь и запирают...
11 ... ставится для сохранения крыши.
12  Как венец украшен...
13  Птица ветра они смотрят ветра направление ...
14…… матрос несет…

Как мы видим, «Ива» рассказывает в басне о своих достоинствах. Что достаточно понятно.

Строка 4 – возможно, речь идет о луках из Ивы – такие луки делали и на территории Древней Руси.
Строка 5 – продолжение речи о луках и возможное упоминание протезов для калек из Ивы.
Строка 7 – Ива говорит о стрелах, сделанных из ее веток.
Строка 10 – Ива говорит о запорах и задвижках для дверей, сделанных из ее древесины.
Строка 11 – Ива говорит о кровле на крышу, сделанной из ее древесины.
Строка 12 – с учетом строки 13 можно понять, что изделие из Ивы расположено на венце крыши – в ее верхней точке.
Строка 13 явно означает, что вавилоняне делали «птицы ветра» - флюгеры из Ивы во времена, когда была записана эта басня.

О конструкции флюгера в Вавилонии можно судить по структуре его названия на аккадском языке в строке 13.

В латинской транскрипции строке 13 таблички 44 выглядит так:

13 is-sur  sa-a-ri  ana  mas-tak  sari  i-na-ta-lu …

В этом тексте слоган «is-sur» - птица, слоганы «sa-a-ri» и «sari» - ветер. Опираясь на то, что всю басню о себе говорит «Ива», можно сделать вывод, что «птица ветра», т.е. флюгер, у вавилонян был изготовлен из ивовой древесины в виде птицы, которая указывала направление ветра – т.е. могла поворачиваться под его действием.

В тоже время табличка 44 (K 8413) была написана примерно в 650 г. до Р.Х. для библиотеки ассирийского царя Ашшурбанипала (668-627 до Р.Х.), который собрал большую библиотеку в Ниневии, своей столице. Однако эта табличка была лишь копией для библиотеки Ашшурбанипала с более старого образца. 

Некоторое указание на это содержится в «жанре» сочинения и имени автора. Ламберт (см. выше) изучал таблички в Британском музее, на которых указано авторство ряда литературных клинописных произведений. Для басен об Иве на табличках указан как автор Ур-нанна, маг, ученый из Вавилона. Имя Ур-Нанна, буквально означающее «Слуга (собака) лунного бога» устарело после 1500 г. до Р.Х., что очевидно  говорит о том, что и сочинения мага Ур-Нанна были написаны до этого времени. Таким образом, можно отнести время описания флюгера в вавилонской басне об Иве примерно к 1800–1600 годам до Р.Х.

Но в те годы в Месопотамии жили шумеры, язык которых коренным образом отличался от аккадского языка. Сравнительный перевод аккадского термина «is-sur  sa-a-ri» - «птица ветра» по лексическим таблицам дает в одном из вариантов шумерский термин «gis – ku-u-a», в котором «gis» на шумерском означает «дерево», а «ku-u-a»  какое-то водное животное или чудовище, [9.9.]. Можно предположить, что шумерский флюгер был сделан из дерева, но не в форме птицы, а в форме рыбы, дельфина, морского дракона и т.п.

Последняя трактовка шумерского названия флюгера перебрасывает мостик между  конструкцией деревянного флюгера в форме неизвестного морского существа у шумеров и медным флюгером в форме Тритона на восьмиугольной башне в Афинах. Но флюгер у шумеров, существование которого опирается только на расшифровку аккадских и шумерских басен, оказывается на 1500-1700 лет старше греческого флюгера.

В ранние средние века в Европе флюгеры стали обыденным явлением, и в каждом городе был хотя бы один флюгер, расположенный на куполе христианской церкви. Появление флюгеров на церковных куполах в виде жестяного петуха связывают с несохранившимся указом римского папы Николая I (800-867), по которому петух должен был напоминать верующим христианам об отречении апостола Петра от Спасителя. Первоначально петухи были неподвижны, но с какого-то времени они стали изготавливаться в виде флюгеров, так петух не только напоминал горожанам об отречении апостола Петра, но и показывал им направление ветра.

Первый инструмент для измерения ветра силы ветра на морском судне был впервые описан около 1450 года итальянским архитектором и математиком Леоном Баттиста Альберти (1404-1472). В своем трактате «Об удовольствиях математики», [9.10.].  Альберти представил некий измерительный  инструмент с качающейся пластиной на хвосте. Рисунок, представленный Альберти немного не соответствовал описанию, поэтому многое в конструкции первого анемометра читатель должен был понять сам.

Альберти писал, перевод автора,  [9.10.]:
«Назначение лопасти состоит в том, чтобы держать маленькую пластину обращенной к ветру. За маленькой пластиной (на рисунке TAVOLETTA) установлена дуга со шкалой для измерения отклонений пластины (на рисунке ARCHO). Чтобы узнать, как далеко проплывет парус, воткните свою щетку, сделанную не из перьев, а из дерева, в древко, и возьмите пластину, тонкую, как кожа, длиной в фут и шириной в четыре пальца. Зафиксируйте пластину двумя гвоздиками внизу к крайнему хвостику щетки, чтобы платина двигалась не туда-сюда вправо или влево, как ваша кисть или как двери, а вверх-вниз, как делают крышки ящиков. При этом часть арочной шкалы, которая свисает вниз, прикреплена таким образом, что когда тонкая  пластина висит выше или ниже, вы можете сделать отметку на арочной дуге. И для наглядности вот подобие этой щетки и древка и дуги [Fig. 29]».
 
Рис. 9.1. Анемометр Альберти для измерения силы ветра на морском судне, [9.10.]. 

Анемометр Альберти предназначался для коммерческого использования  на море, и, в принципе, не имел к метеорологии никакого отношения. Но если предположить, что щетка из деревянных стрел на этом анемометре поворачивалась, а сверхлегкая пластина «таволетта» отклонялась и показывала силу ветра в направлении противоположном движению судна, то можно считать такой анемометр применимым и в метеорологии.

 
Рис. 9.2. Флюгеры Леонардо да Винчи, [9.11.]. 

Более чем через сто лет после Альберти чертежи нескольких моделей флюгеров  предложил великий итальянский творец Леонардо да Винчи (1452-1519), упоминавшийся нами в Главе 8. В трактате «Метеорология», входящем в «Атлантический кодекс» рукописей Леонардо, созданный в 1483-1518 годах, приведены эти чертежи с краткими пояснениями, они представлены на Рис. 9.2. Леонардо пишет, [9.11.]:

«Правила, которые учат, как производить опыты над движением воздуха и воды. Я хочу, чтобы в этом случае ты сделал прибор так, как здесь изображено. И повернул лицевую поверхность доски с ее пирамидальными отверстиями в ту сторону, откуда дует ветер. И кроме того, ты закроешь маленькое отверстие и заметишь, какую тяжесть поднимает на своей оси колесо, вращающееся под действием пирамидального отверстия a; затем ты закроешь отверстие a и откроешь большое b. И подумай, можно ли сказать: если по причине дуновения через отверстие a колесо поднимает 4 фунта, то при условии, что отверстие b  в пять раз больше отверстия a, должно ли оно поднять на том же колесе впятеро больший груз, нежели тот, который поднимало a?»
«А если у тебя появилось сомнение, не меняется ли дуновение самого ветра, сделай флюгер, как выше показано, и испытай сначала при одном ветре, не уменьшается ли сила при удвоении отверстия устья.»

Великий Леонардо, как вы можете судить, говорит загадками, к тому же он называет свои приборы «флюгерами», но при этом как раз направление ветра они и не показывают, а для измерения силы ветра нужно вести сложные расчеты, подключать разные сопла и думать над тем, какой груз поднимает ветер конкретной силы. Объяснение к небольшому рисунку с отклоняющейся пластиной, напоминающему морской анемометр Альберти (на рисунке над основным флюгером с пирамидальными соплами)  Леонардо да Винчи не приводит. Впрочем, это рукописи, не оказавшие на развитие науки почти никакого влияния.
 
Рис. 9.3. Анемометр Санторио Санторио ручного типа, с пластиной и свободно висящей гирей, [9.12.].

В 1625 году Санторио Санторио, профессор медицины в Падуе, знакомый нам по Главе 7, предложил свой вариант анемометра, сочетавший пластину, как у Альберти, с гирей, как у Леонардо, которые испытатель должен был уравновесить на линейке со шкалой, центральный блок которой удерживался рукой (рис. 9.3). Конструкция Санторио носила следы явной спешки изобретателя. Как можно было перемещать левой рукой гирьку по линейке, удерживая правой весы, да еще делать все это на порывистом ветре разных направлений осталось непонятно.

Только в 1667 году англичанин Роберт Гук, знакомый нам по Главам 6, 7 сконструировал свой очень простой и практичный инструмент, использующий качающуюся пластину для измерения силы ветра, и фактически повторивший морской анемометр Альберти в более понятном исполнении,  рис. 9.4.
 
Рис. 9.4. Анемометр Роберта Гука, [9.13.]