Миколаїв і таємнича сила земного магнетизму

Можна було б коротко написати про те, як "один вчений приїхав до Миколаєва до іншого вченого для проведення певних досліджень" та що згодом ці люди стануть всесвітньо відомими.

Але! Це аж ніяк не наблизить нас до розуміння того, наскільки САМЕ ЦЕЙ приїзд і САМЕ ЦЕ дослідження вплинули на світову історію. Всі наші подорожі, перельоти, запуски в космос, Інтернет, смартфони, різні гаджети містять частинку того самого досліду.

Почнемо здалеку. Нам доведеться згадати шкільний курс географії та фізики. Буде нелегко.

Усі ви знаєте, що магнітна стрілка компасу вказує на магнітні полюси Землі, тобто на північ та південь. І цей напрямок не завжди збігається з географічними полюсами. І щоби це зрозуміти, пройшло багато століть з моменту винайдення компаса. Хоча досі невідомо, коли саме почали використовувати компас: чи в другому тисячолітті до н.е. (є згадки про "магнітний пристрій для орієнтування"), чи у 11 столітті вже нашої ери.

Але тільки десь у 13-14 столітті остаточно зрозуміли, що щось тут не те і серйозно почали досліджувати магнітне поле Землі та складати його карту.

Тоді і домовилися, що цю поведінку стрілки назвуть магнітним схиленням. Науково це звучить так: "Магнітне схилення – це кут між географічним і магнітним меридіанами на обраній точці земної поверхні, що показує відмінність між показаннями магнітного компаса та справжнім (істинним) напрямом на північ".

Здавалось, що вже й не така це складна робота зробити заміри магнітного поля на різних континентах, в морях та океанах. Але дослідників та вчених чекав сюрприз, на який вперше звернув увагу англійський математик Генрі Галлібранд у 1634 році. Виявилося, що магнітні полюси постійно рухаються і необхідно періодично проводити заміри, охоплюючи якнайбільше точок на планеті. Більше того, стрілки компасу також показували невеликі відхилення і в добовому періоді (зірку Сонце в кишеню не сховаєш). А у 18 столітті ще й підтвердився вплив північних сяйв на магнітну стрілку компаса.

Як результат, рік у рік проводилися дослідження, постійно створювалися карти з нанесеними ізогонами (лінії, що з'єднують точки з однаковим схиленням). Це вимагало згуртованої роботи вчених різних країн – від "кабінетних" до "польових".

У наш час також ведеться постійне спостереження за магнітним полем Землі. Зараз північний магнітний полюс рухається приблизно зі швидкістю 55 км на рік (поки точно не можуть зрозуміти чому, але звинувачують залізо-нікелеве ядро планети). Така велика швидкість змушує частіше коригувати навігаційні системи, що використовують магнітне поле Землі: компаси, смартфони, резервні системи навігації літаків та кораблів.

Це цікаво:

1. Якщо ви завантажуєте на ваш смартфон будь-який з "компасних" додатків, то в налаштуваннях є вибір напряму стрілки – магнітний або справжній (істинний, географічний) курс.

2. Традиційно кінець магніту, що вказує напрямок на північ, називається північним полюсом магніту, а протилежний кінець - південним. Але однакові полюси відштовхуються, а чи не притягуються. Тому північний магнітний полюс насправді є фізично південним.

Сподіваюся, цей короткий вступ допоможе зрозуміти значимість описаного далі експерименту.

ГОЛОВНІ ДІЮЧІ ОСОБИ:

1. Барон Олександр фон Гумбольдт (Friedrich Wilhelm Heinrich Alexander Freiherr von Humboldt, 1769 – 1859) – німецький географ, натураліст та мандрівник, один із засновників географії як самостійної науки; створив такі наукові дисципліни як фізична географія, ландшафтознавство, екологічна географія рослин. Заклав наукові засади геомагнетизму.

Приділяв велику увагу вивченню клімату, розробив метод ізотерм, склав карту їхнього розподілу та фактично дав обґрунтування кліматології як науки. Детально описав континентальний та приморський клімат, встановив природу їх відмінностей. Член Берлінської (1800), Прусської та Баварської академій наук.

2. Адольф Якович Купфер (німець, Adolph-Theodor Kupffer, 1799 – 1865) – академік, відомий фізико-хімік, метролог, засновник першої метрологічної та перевірочної установи – Депо зразкових мір та терезів, та Головної фізичної обсерваторії Росії. Автор понад 150 наукових праць у галузі кристалографії, мінералогії, металознавства, метрології, земного магнетизму, метеорології.

3. Емілій Християнович Ленц (німець, Heinrich Friedrich Emil Lenz, 1804-1865) – відомий фізик, академік, один з засновників електротехніки. Відкрив закон, що визначає теплову дію електричного струму (закон Джоуля-Ленца), та закон, що визначає напрямок індукційного струму (Правило Ленца).

Професор та ректор Імператорського Санкт-Петербурзького університету і т.д.

4. Карл Христофорович Кнорре (німець, Karl Friedrich Knorre; 1801 – 1883) – астроном, директор Миколаївської морської обсерваторії, член-кореспондент Петербурзької академії наук.

Автор П'ятого листа Берлінських академічних карт зоряного неба, що призвело до відкриття двох малих планет (Aстрея і Флора) та планети Нептун.

5. Олексій Самойлович Грейг (шотландець, Alexis Greig; 1775 – 1845) – адмірал, 1816 – 1833 – головний командир Чорноморського флоту та портів, ініціатор спорудження Миколаївської морської обсерваторії. Очолював комітет зі створення Пулковської обсерваторії.

* * *

На початку 19 століття Олександр Гумбольдт під час своїх всесвітньовідомих дослідницьких подорожей додатково вів спостереження за рухом магнітної стрілки. Багаторічні записи призвели до гіпотези, яку згодом спростував його колега та друг Адольф Купфер.

Гіпотеза Гумбольдта полягала у тому, що величина амплітуди магнітних збурень залежить не від географічної широти місця, а від відстані пункту спостереження від місця, що знаходиться над центром магнітного збурення, розташованого десь усередині Землі. Простими словами, Гумбольдт вважав, що у різних місцях планети є безліч точок, які впливають компас.

Гіпотеза ж Купфера полягала в тому, що амплітуда магнітних збурень зростає із збільшенням широти (а я нагадую, що широту рахують від екватора до полюсів). Тобто стрілка компаса орієнтована тільки на магнітні полюси і чим ближче до них, тим сильніше її відхиляє від географічних полюсів.

Вони обидва розуміли, що для підтвердження однієї з теорій потрібно провести спостереження за магнітною стрілкою в один день і в один час, але в різних точках планети.

Як наслідок, Олександр Гумбольдт у 1829 році відвідав Санкт-Петербург і на засіданні Академії наук висловив необхідність спорудження повноцінного магнітного павільйону в Петербурзі, щоб мати змогу співвідносити результати з Парижем, Берліном і Казанню (на той момент у Казані Купфер вже почав будувати магнітну обсерваторію і проводити спостереження).

Але Адольфу Яковичу для підтвердження своєї гіпотези точок у Петербурзі та Казані було недостатньо. Для його плану чудово підходив Миколаїв. Справа у тому, що наше місто лежить на одному меридіані з Петербургом, але різність широти становить 13 градусів. Важливу роль зіграв той факт, що в Миколаєві в 1827 турботами адмірала Грейга вже була відкрита Морська обсерваторія. Більше того, "здесь главный командир Черноморского флота был не только просвещенным покровителем наук, но и сам занимался ими". На додачу, ще й директор обсерваторії, Карл Кнорре, був дуже фанатично відданий своїй справі. Як то кажуть – "зірки зійшлися".

Вже в червні 1829 року Адольф Купфер і ад'юнкт Петербурзької академії наук Емілій Ленц (а я нагадую, що це той самий Ленц, якого ми пам'ятаємо зі шкільного курсу фізики) спочатку вирушили у наукову експедицію на Кавказ і, піднявшись на Ельбрус, довели, що "сила земного магнетизма с увеличением высоты ослабевает". До речі, як-то кажуть, "щоб два рази не вставати", за допомогою барометричних спостережень вони визначили висоту Ельбрусу та описали геологічну будову гір Кавказу.

Але після такої складної подорожі Купфер і Ленц зовсім не мали часу перепочити. Справа у тому, що міжнародне співтовариство домовилося провести одночасні спостереження за коливанням магнітної стрілки 5 серпня, 1 жовтня, 19 грудня 1829 року. Купфер встиг 5 серпня провести спостереження на Кавказі і поспішав до 1 жовтня потрапити до Петербургу, але з обов'язковим відвідуванням Миколаєва для створення ще однієї "кореспондуючої станції". За його планом, Ленц мав залишитися в нашому місті до жовтня.

26 серпня (нов.ст.) 1829 року Купфер і Ленц приїхали до Миколаєва. Адмірал Грейг гаряче підтримав ідею дослідників і Адольф Якович вирушив до Петербурга самотужки, залишивши Ленца насолоджуватися осіннім Миколаєвом.

І ось нарешті відбулася ця епохальна подія: "Астроном Карл Кнорре оказал всевозможное содействие к устройству магнитных наблюдений: на выбранном им месте, в степи, была поставлена палатка и построен столб для наблюдений. Он сменял Ленца в срочные дни наблюдений, так что они вдвоем произвели полный ряд ежечасных наблюдений за два дня подряд – 1 и 2 октября, между тем, как к этому же времени Купфер был уже в Петербурге и произвел здесь, при содействии академика Тарханова, такой же одновременный ряд наблюдений в физическом кабинете Академии наук, где был установлен магнитометр на первое время, пока строящаяся обсерватория не была еще готова". (Припускаю, що "местом в степи" може бути тріангуляційний знак на кургані біля дороги на Малу Корениху).

Через півтора місяці, 16 листопада 1829 року, на надзвичайних зборах Академії наук, Адольф Якович Купфер довів, що його гіпотеза про магнітні збурення правильна. Наприкінці своєї доповіді він висловив сподівання, що "отныне правительства признают магнетизм и метеорологию достойными столь же высокого внимания, каким пользуется астрономия; что повсюду, одновременно с обсерваториями астрономическими будут возникать и магнитные; что, наконец, на ряду с возвышенным стремлением следить за течением небесных светил, будет признано столь же полезным изучать и земной шар, нами обитаемый".

Тепер ви уявляєте значущість цієї події?

Довгі роки Миколаївська морська обсерваторія виконувала функції не лише спостереження за зірками (піднесення та схилення), а й вела метеорологічні та магнітні спостереження, передаючи ці дані світовій науковій спільноті. Для цього було побудовано відповідні павільйони. Карл Кнорре займався і перевіркою компасів, і навчав моряків виконувати розрахунки з магнітної девіації та складати відповідні таблиці, за допомогою яких команда корабля завжди зможе знайти шлях додому. Усе це називається курсом астрономічної навігації.

І зараз Миколаївська астрономічна обсерваторія продовжує співпрацювати зі науковими спільнотами різних країн. Спостереження за потенційно небезпечними астероїдами, іоносферою, сейсмічними хвилями, телекомунікаційними геостаціонарними супутниками – ось неповний перелік сучасних завдань, які стоять перед співробітниками.

Тож недаремно Олексій Грейг відстоював будівництво обсерваторії саме у Миколаєві. Його дар передбачення вражає і зараз. Двохсотрічна історія обсерваторії – яскравий приклад його найсміливіших мрій.

Автор статті: Світлана Крищенко (Січень, 2022)