В ясный день мы привыкли просто поднимать голову и любоваться небом. Оно кажется нам чем-то само собой разумеющимся: голубое — значит хорошая погода, серое — значит дождь. Но однажды одному ученому этого оказалось мало. Ему захотелось узнать, насколько синее небо и почему его оттенок меняется. Так появился необычный круг из множества синих тонов — цианометр — прибор, который учил людей смотреть ввысь внимательнее.
Как родилась идея измерять синеву неба
Во второй половине XVIII века швейцарский ученый, альпинист и исследователь Альп Гораций Бенедикт де Соссюр много ходил по горам. Он поднимался все выше и с удивлением замечал: чем больше высота, тем темнее и насыщеннее становится небосвод. Это наблюдение не давало ему покоя. Впрочем, он был не только любителем видов, но и физиком, метеорологом, геологом. Значит, красоту следовало превратить в измерение.
В 1789 году де Соссюр создал круговую шкалу из 53 оттенков синего, окрашенных в основном на основе берлинской лазури (прусской синей). cyanometer.net+1
Каждый сектор имел свой номер, а сам круг можно было поднять на вытянутой руке, направив на участок неба. Затем оставалось подобрать тот сектор, который лучше всего совпадает по цвету с небом в данный момент, и записать номер в журнал наблюдений.
Так ученый получил возможность систематически фиксировать изменение окраски небосвода в разных местах, в разное время, при разной погоде и высоте. Тогда инструмент показался людям немного курьезным, хотя и изящным, но для самого де Соссюра это был еще один шаг к пониманию атмосферы.
Что представляет собой прибор
С первого взгляда это напоминает дизайнерский объект или образец палитры для художников. Однако устройство устроено гораздо проще, чем может показаться.
Обычно это картонный или деревянный круг с вырезом посередине. По внешней или внутренней окружности наклеены небольшие цветовые сектора, плавно переходящие от почти белого к густому темно-синему, порой почти черному. Количество оттенков может отличаться, но исторически их было около пятидесяти. about.cyanometer.net+1
Чтобы провести измерение, наблюдатель поворачивал кольцо так, чтобы свет падал на образцы ровно, без бликов. Затем через центральное окно он смотрел на участок небосвода и последовательно сравнивал его цвет с каждым сектором. Тот номер, оттенок которого визуально совпадал с небом, и становился результатом измерения.
Разумеется, такая оценка опиралась на человеческий глаз. Тем не менее в XVIII веке это был на удивление аккуратный и воспроизводимый способ получить относительную шкалу «синевы». Важно было не абсолютное значение, а сравнение: этот день «синее», чем вчера; на такой высоте небо темнее, чем в долине.
Научные вопросы, которые решал де Соссюр
Ученого интересовало, что именно влияет на оттенок небесного свода. Он предполагал, что на цвет действует влажность воздуха и количество взвешенных частиц, то есть своеобразная «мутность» атмосферы. cyanometer.net+1
Поэтому кольцо с оттенками он брал с собой в путешествия по Альпам. С каждой новой высотой он проводил измерения. Одновременно фиксировал температуру, давление, влажность. В итоге удалось увидеть закономерность: чем выше над уровнем моря, тем чаще выбирались более темные сектора шкалы. Значит, столб воздуха, через который мы смотрим на космос, становится тоньше, а свет рассеивается иначе.
Сегодня мы уже понимаем, что основной причиной синевы является молекулярное рассеяние света — эффект, который позже назвали рассеянием Рэлея. Суть в том, что коротковолновая часть спектра (синий и фиолетовый) рассеивается молекулами воздуха сильнее, чем красная. Поэтому дневное небо кажется голубым, а Солнце у горизонта — желтоватым или красным. Однако в конце XVIII века точной теории еще не существовало.
Тем не менее прибор, придуманный де Соссюром, позволял связать впечатление от цвета неба с состоянием воздуха и высотой. Таким образом, он превращал субъективное ощущение в набор чисел, с которыми уже можно было работать.
Как это связано с атмосферой и климатом
Если задуматься, оттенок небосвода — это бесплатный индикатор состояния воздуха. Он реагирует на:
- количество аэрозолей и пыли;
- влажность;
- наличие дымки, смогов, загрязнений;
- высоту над уровнем моря и общее давление.
Чем больше в воздухе частиц, рассеивающих и поглощающих свет, тем более блеклым становится голубой цвет и тем чаще совпадение находится среди светлых тонов шкалы. В очень чистых условиях, например высоко в горах или над океаном, небосвод кажется глубоким и насыщенным, ближе к темным секторам.
Сегодня для мониторинга атмосферы используют спектрофотометры, лидары, спутники. Они дают точные данные о концентрации аэрозолей, озона, водяного пара. Однако, если отбросить высокие технологии, идея остается прежней: по тому, как рассеивается свет, можно многое сказать о состоянии воздуха.
Поэтому круг с синими секторами можно рассматривать как предшественника современных оптических измерительных систем. Он грубый и субъективный, но концептуально делает то же самое: превращает визуальный эффект, рождающийся в результате физических процессов в атмосфере, в числовую шкалу.
Физика за пределами круга
Важно заметить, что прибор сам по себе не объясняет, почему рассеяние света происходит именно так. Он лишь дает материал для выводов. Тем не менее связь с физикой очень тесная.
Во-первых, речь идет о взаимодействии электромагнитного излучения с веществом. Белый солнечный свет, проходя через атмосферу, рассеивается на молекулах кислорода и азота. Интенсивность рассеяния обратно пропорциональна четвертой степени длины волны. Поэтому фиолетовый и синий свет испытывают гораздо более сильное рассеяние, чем красный.
Во-вторых, на итоговый цвет влияет оптическая толщина атмосферы. Чем длиннее путь лучей в воздухе, тем сильнее разные части спектра рассеиваются и поглощаются. Это объясняет, почему у горизонта небо кажется светлее и более молочным, а над головой — темным и глубоким.
В-третьих, в игру вступают аэрозоли: пыль, дым, соли, микрокапли воды. Для частиц размером, сравнимым с длиной волны света, работает уже другое рассеяние — ми. Оно менее выборочно по цветам, из-за чего небосвод теряет чистоту оттенка и становится мутным.
Инструмент де Соссюра наглядно «чувствителен» к этим эффектам. Он не измеряет длину волны напрямую, не строит спектры, зато позволяет увидеть, как совокупность процессов в атмосфере меняет визуальную картину.
От науки к поэзии и обратно
Интересно, что круг с оттенками синего оказался удивительно живучим. Несмотря на то что серьезная наука довольно быстро перешла к более строгим методам, сама идея не исчезла.
Сегодня подобные кольца можно встретить в музеях науки, у метеорологов-энтузиастов, а также в руках художников и фотографов. Некоторые современные дизайнеры выпускают компактные версии, которые можно носить в рюкзаке и использовать как своеобразный дневник погоды. motamuseum.com+1
Кроме того, в нескольких городах мира появились большие уличные инсталляции в виде гигантских «кругов синевы», обращенных к небу. Они одновременно служат арт-объектами и напоминанием о том, что чистота воздуха — не абстрактное понятие, а то, что отражается в самом привычном нам пейзаже.
Получается любопытный парадокс. С одной стороны, речь идет об инструменте эпохи зарождения экспериментальной физики атмосферы. С другой — о почти поэтическом способе «померить настроение неба». Неслучайно некоторые современные авторы предлагают использовать такие круги не только для наблюдений, но и как ритуал: утром посмотреть в окно, подобрать оттенок и заодно прислушаться к себе.
Почему эта история до сих пор важна
Можно спросить: зачем вспоминать о таком простом приборе, когда у нас есть спутники и лазеры? Причин несколько.
Во-первых, история круга показывает, как рождается научное мышление. Один человек замечает, что небо над горами темнее, чем в долине. Далее он не ограничивается восторгом, а придумывает шкалу, которая позволяет это различие фиксировать. После чего связывает результаты с высотой, влажностью и прозрачностью воздуха. Это классический путь от наблюдения к количественной модели.
Во-вторых, даже сегодня не всегда легко объяснить, как именно состояние атмосферы влияет на нашу жизнь. Пыльные бури, дым от пожаров, городской смог — все это меняет не только показатели приборов, но и вид повседневного неба. Круг с синими оттенками делает этот эффект почти осязаемым.
В-третьих, инструмент напоминает, что наука и эстетика не противоположны. Напротив, желание измерить красоту часто становится первым шагом к ее более глубокому пониманию. Устройство де Соссюра — хороший пример того, как строгий ум пытается приручить неуловимый оттенок, не разрушая при этом его очарование.
Маленький круг и огромный мир над головой
Сегодня любой человек может изготовить подобный прибор своими руками: достаточно распечатать градиент синих тонов, вырезать кольцо и подписать номера. Затем можно фиксировать утренние и вечерние наблюдения, отмечать сезоны, погоду, поездки.
Такое занятие кажется игрой. Однако оно тренирует внимание к деталям, которые мы обычно пропускаем. Мы начинаем замечать, что весеннее небо в городе и зимнее в горах — это два разных мира. Понимаем, что после дождя оттенок меняется, а после сильного ветра становится «чище».
И пусть современная физика давно объяснила, откуда берется голубой цвет над нами, старинное кольцо оттенков по-прежнему выполняет свою задачу. Оно возвращает нам способность удивляться тому, что раньше казалось само собой разумеющимся.
Стоит однажды поднять взгляд, прижать к небу круг синеющих сегментов и подобрать подходящий тон — и обычный день внезапно обретает скрытую глубину. В этот момент становится ясно: иногда достаточно простого бумажного кольца, чтобы почувствовать, как огромен и живой мир над нашей головой.
