Эффект Новой Земли, или история одного миража
"Эффект Новой Земли - так называется редкое оптическое явление, связанное с аномальной рефракцией, иными словами, с необычно сильным преломлением света в атмосфере. Чтобы наблюдать его, нужны особые условия: исключительно протяжённые и неподвижные слои воздуха, сравнительно тёплые на большой высоте и выстуженные у земной поверхности. Такие условия могут возникать, например, в Арктике - над замёрзшей поверхностью океана. Наиболее известное - хотя далеко не единственное - проявление эффекта Новой Земли заключается в том, что кажущийся восход Солнца происходит до его астрономического восхода. Впервые наблюдать и, что самое главное, описать этот мираж, возвращавшийся в течение нескольких суток, довелось нидерландским морякам, участникам третьего арктического плавания Виллема Баренца, вынужденным зазимовать на Новой Земле в 1596-1597 годах. В честь этих событий эффект впоследствии и получил своё название.
Но что самое удивительное - чтобы получить исчерпывающее объяснение наблюдениям Баренца и членов его команды, математикам и специалистам в естественных науках потребовалось более 400 лет! Ещё столетие назад, в начале XX века, когда выражение «эффект Новой Земли» впервые вошло в научный лексикон, оно означало вовсе не атмосферное оптическое явление. Под ним скорее понимали... галлюцинации и патологическое стремление ко лжи, возникающие у человека, пережившего высокоширотную зимовку.
В конце XVI века в торговых кругах Нидерландов возник значительный интерес к установлению северо-восточного морского торгового пути в Ост-Индию и Китай - не вокруг Африки и через Индийский океан, а вдоль северного побережья Евразии. Для этой цели были снаряжены и отправлены три арктические экспедиции (см. «Наука и жизнь» № 9, 2019 г.). Первые две из них, в 1594 году на четырёх кораблях и в 1595 году на семи, закончились неудачей - непреодолимым барьером на пути мореходов встала Новая Земля. К югу от неё лежал остров Вайгач с двумя проливами, за которыми открывалось запертое льдами море. На севере же ждала неизвестность.
Нужно отметить, что в те годы географические представления о северных регионах основывались большей частью на легендах и преданиях. Так, картографы полагали, что вокруг Северного полюса лежит материк, состоящий из четырёх островов, которые разделены могучими реками, питающими приполярное море. На самом же полюсе поднимается в небо огромная скала, имеющая 33 мили в окружности, а вокруг неё бурлящая вода, будто в гигантскую воронку, устремляется вниз, к центру Земли. Именно таким, например, изображал и описывал Северный полюс великий Герард Меркатор.
Новая Земля, во второй половине XVI века появившаяся на картах всех мореходных наций под русским именем, данным ей поморами, поначалу считалась мысом одного из островов полярного материка. Полагаясь на такие легенды, нечего было и думать о том, чтобы обойти Новую Землю с севера.
Лишь последнее десятилетие XVI века принесло новые, тогда ещё чисто умозрительные идеи. У их истоков стоял богослов Петер Планциус - проповедник и кальвинистский пастор в Амстердаме и в то же самое время признанный специалист в математике, навигации и картографии. На карте мира, изданной им в 1590 году, Новая Земля показана ещё вполне традиционно, в виде мыса. На настенной карте 1592 года он впервые изобразил узкий пролив между южным островом Новой Земли и полярным материком (единственный сохранившийся экземпляр этой карты хранится в Коллегии Тела Христова в Валенсии). А ещё спустя два года он уже решительно отделил Новую Землю от полярного материка широким морем, представив её в виде двух островов, разделённых проливом.
Обладая недюжинным красноречием и силой убеждения, Планциус смог привлечь на свою сторону немало сторонников, в числе которых был и Баренц. Да и сам Меркатор на одной из последних своих карт, которая изображала северные регионы в новой полярной эквидистантной проекции (то есть, как если бы смотреть на глобус сверху), отразил идеи Планциуса.
Именно с такими представлениями и картами отправился Баренц в своё третье полярное плавание. Генеральные штаты (парламент Объединённых провинций) в государственном финансировании отказали, и организаторами выступили муниципалитет и торговые люди Амстердама. Снаряжены на этот раз были всего два корабля. Корабль, на котором штурманом был Баренц, а шкипером (капитаном) - Якоб ван Хеймскерк, будущий адмирал, вышел из Амстердама 10 мая 1596 года. Вместе с ними команда состояла из 17 человек. Достигнув в начале августа северной оконечности Новой Земли и обогнув её, мореплаватели решили дождаться благоприятной ледовой обстановки, чтобы продолжить плавание на восток. Однако 26 августа корабль был зажат льдами, и освободить его они уже не смогли.
Надвигалась осень, а вместе с нею - арктический холод и полярная ночь. Помощи ждать было неоткуда. Из леса-плавника и частей своего корабля они построили на берегу зимовье, перенесли в него все припасы и с 12 октября поселились в нём постоянно. Не готовясь к зимовке заранее, не имея опыта выживания на Севере и не зная, удастся ли им спастись, команда Баренца провела на Новой Земле восемь долгих месяцев. На пятом месяце зимовки на исходе полярной ночи им довелось наблюдать явления, названные впоследствии эффектом Новой Земли.
С наступлением лета зимовщики отремонтировали два открытых шлюпа и 13 июня 1597 года, когда море освободилось от сплошного льда, покинули свою стоянку. Под парусами и на вёслах, они прошли вдоль западного берега Новой Земли, достигнув материка, а потом вдоль побережья и через горло Белого моря до Колы, где были подобраны нидерландским кораблём. За время обратного плавания они несколько раз встречались с русскими поморами и принимали от них необходимую помощь. Похоронив за время экспедиции пятерых товарищей, среди них Баренца, который умер 20 июня, двенадцать зимовщиков 1 ноября 1597 года вернулись в Амстердам.
Их крохотное по размерам зимовье займёт выдающееся место в истории географических открытий. В течение последующих столетий картографы всего мира, отставив в сторону принципы картографической генерализации, будут изображать и подписывать его практически на всех своих картах, независимо от масштаба - «Het Behouden Huys», или Благохранимый дом - пожалуй, единственное в истории сооружение, удостоенное такой чести. (Это название, которое - к возможному разочарованию энтузиастов русской словесности - читается «хэт бехáудэн хáус», было дано зимовью уже после возвращения экспедиции - впервые оно появляется на картах, опубликованных в 1598 году. Пока зимовщики его строили или жили в нём, дать своему убежищу такое название они не могли, поскольку их дальнейшая судьба оставалась им неизвестной).
В Нидерландах имя Виллема Баренца знает каждый школьник. «Nova Zembla» - символ его героической эпопеи и смыслообразующее событие национальной истории. Однако научные достижения экспедиции, включая астрономические наблюдения, лишь с трудом пробивают себе путь в массовую аудиторию.
В России, где слова «Новая Земля» имеют в первую очередь географическое значение, тем не менее из года в год растёт число людей, не только знакомых с историей экспедиции, но и слышавших об эффекте Новой Земли. Страница в Википедии, целый ряд авторских блогов и даже стихотворение на портале Stihi.ru - вот часть того, что без труда можно найти в Сети. К сожалению, абсолютное большинство таких публикаций остаются весьма поверхностными. Да что там сетевые публикации!
Несколько лет назад нидерландский режиссёр Рейну Урлеманс снял фильм «Новая Земля» (Reinout Oerlemans, Nova Zembla, 2011). Фильм этот - романтизированная история, в центре которой - Геррит де Вейр, автор знаменитой книги о трёх арктических экспедициях Виллема Баренца. В фильме де Вейр представлен этаким начитанным юношей, литератором и что называется сухопутным «салагой» (нид. spiering), которого Петер Планциус, будущий тесть, спроваживает с Баренцем, дабы тот «сделал из него мужчину или скормил белым медведям». На самом деле ни литератором, ни зятем Планциуса, ни тем более «салагой» де Вейр не был. Он был грамотным и опытным моряком, участником предыдущей экспедиции Баренца (1595 год) и выполнял на борту обязанности первого помощника капитана.
Но если произвольную трактовку исторических фактов ещё можно отнести на счёт свободы художественного самовыражения, то вольное обращение с законами природы - результат пренебрежительного отношения к рекомендациям научных консультантов. Рассказывая об эпопее Новой Земли, режиссёр не преминул показать знаменитый оптический эффект, о котором у нас идёт речь. Выбравшись из своего зимовья, моряки видят, как темноту полярной ночи разрывает встающее над горизонтом солнце. Они спешат назад и докладывают разбитому смертельной болезнью Баренцу о «возвращении света», но опытный штурман не верит: «Слишком рано». Эта сцена - кульминация фильма. Она основана на реальных исторических событиях, имевших место 24 января 1597 года. Вот только на экране эти события происходят... 12 мая, когда от полярной ночи оставались лишь воспоминания, а солнце уже три месяца как должно было согревать зимовщиков своим видом и теплом.
Вероятно, авторы перепутали «возвращение света» - то есть первое появление солнца после полярной ночи, - с началом полярного дня, когда солнце остаётся над горизонтом даже в полночь. За полярным кругом эти два события разнесены по времени на величину, зависящую от широты места, и совпадают лишь на самóм полюсе, - этот момент приходится на весеннее равноденствие.
Что же на самом деле произошло на Но-вой Земле в 1597 году на исходе полярной ночи?
Широту своей стоянки моряки знали твёрдо - 76оN; она была подтверждена несколькими измерениями и сомнений у зимовщиков не вызывала. Полярная ночь на этой широте, по расчётам Баренца, должна была продолжаться до 7 февраля. Однако уже 24 января, в полдень, зимовщики - среди них были Геррит де Вейр и шкипер Якоб ван Хеймскерк - смогли на короткое время увидеть над горизонтом край солнечного диска. И Баренц - он тогда ещё находился в добром здравии - действительно наотрез отказался поверить им на слово.
Человек XVI века вполне мог объяснить появление Солнца среди ночи действием чудесных сил и посчитать вопрос исчерпанным. Или же, наоборот, впасть в панику, поддавшись мистическому ужасу. Однако, когда нидерландские моряки, зимовавшие на Новой Земле и тем самым уже находившиеся в запредельно нештатной ситуации, столкнулись с аномальным явлением, они избрали иной путь. В последующие дни они целенаправленно выполнили целый ряд тщательно спланированных наблюдений, подробно документируя результаты. Двенадцатую неделю они жили без солнечного света, и в первую очередь следовало проверить, не потеряли ли они счёт времени. Такая возможность представилась уже на следующее утро, 25 января.
Среди навигационных инструментов и материалов, которыми располагал Баренц на Новой Земле, были «Эфемериды» Иосифа Скалы. Эта изданная в 1589 году книга, название которой в переводе с греческого означает «дневник» или «ежедневная газета», содержала обилие необходимых для звёздной навигации данных. В том числе в неё были включены рассчитанные на каждый день до 1600 года небесные координаты светил: Солнца, Луны, основных планет, и обстоятельства астрономических событий: затмений, а также соединений, квадратур и противостояний. Составил её итальянский врач и астроном Иосиф (Джузеппе) Скала (1556-1585), один из соавторов Григорианской календарной реформы (1582), умерший очень молодым. Порой его ошибочно отождествляют с французским богословом и историком Иосифом Скалигером (1540-1609), основоположником исторической хронологии.
Согласно «Эфемеридам», утром 25 января должно было произойти соединение Луны и Юпитера. Говорят, что светила находятся в соединении, когда их небесные долготы совпадают. Разница долгот между светилами, находящимися в противостоянии, - 180о, в квадратуре - 90о. Поскольку эти астрономические события не зависят от положения наблюдателя на Земле, их можно использовать в качестве универсальных небесных часов. Соединения Луны и планет происходят приблизительно раз в месяц, в соответствии с периодом обращения Луны вокруг Земли. Для целей зимовщиков - исключить двух-недельную ошибку календаря - этого было вполне достаточно. Все астрономические события в «Эфемеридах» были рассчитаны для истинного времени Венеции. Если знать местное время события, то по разности двух значений можно легко определить долготу места наблюдения: Земля совершает полный оборот вокруг своей оси (360о) за 24 часа, а значит один час разности по времени соответствует 15 градусам долготы.
Непрерывно наблюдая за Луной и Юпитером, зимовщики действительно увидели, как светила «встали прямо одно над другим». Азимут соединения (NtO) и время, когда оно произошло (6 часов утра), были занесены в журнал. Таким образом, они смогли убедиться в правильности своего календаря. Этим они подтвердили, что Солнце появилось над горизонтом именно 24 января. Более того, поскольку в Венеции соединение должно было произойти в 1 час ночи, они определи, что находятся восточнее этого знаменитого города на 75о долготы. Как выяснилось впоследствии, долгота была ими определена со значительной ошибкой.
В последующие дни, продолжив полуденные наблюдения Солнца, зимовщики дважды, 27 и 31 января, смогли увидеть солнечный диск «во всей полноте», стоящий «на некоторой высоте над горизонтом». Таким образом, им удалось увидеть и сохранить результаты наблюдения двух практически одновременных, но не связанных друг с другом явлений: преждевременного появления Солнца и соединения светил. Лишь первое из них казалось им невероятным и требовало объяснения. Тогда они ещё не могли знать, что именно сопоставление двух серий независимых наблюдений послужит ключом к установлению их достоверности. Произойдёт это столетия спустя.
Когда в ноябре 1597 года выжившие участники зимовки вернулись после полуторагодичного отсутствия в Амстердам, соотечественники встретили их как героев. Уже через пять месяцев Геррит де Вейр издал книгу с описанием всех трёх арктических плаваний Баренца. Книга сразу стала бестселлером. В течение года вышли латинский, немецкий, французский и итальянский переводы, в 1609 году - перевод на английский язык. На разных языках книге были предпосланы различные и, в духе времени, многословные описательные титулы. Например, по-английски название книги начиналось так: «The True and Perfect Description of Three Voyages, so Strange and Woonderfull, That the Like Hath Neuer Been Heard of Before...». Следуя первому слову латинского титула «Diarium Nauticum, seu Vera Descriptio...», будем для краткости называть книгу де Вейра «Дневниками».
В «Дневниках» де Вейр привёл описание аномальных астрономических наблюдений и пригласил искушённых в науках читателей дать им рациональное объяснение. Сообщения де Вейра немедленно стали предметом пристального внимания учёного сообщества всей Европы. Уже в 1604 году знаменитый астроном Иоганн Кеплер выдвинул провидческое объяснение: он предположил, что голландцы видели не само Солнце, а его отражение. Солнечный свет в полярном холоде, полагал он, мог отражаться от «верхней поверхности воздуха» как от внутренней поверхности стеклянной колбы. Однако слова Кеплера оценили много позже.
В самих же Нидерландах в то время было немало специалистов в математике и навигации, для которых сведения, сообщённые де Вейром, находились в явном и непримиримом противоречии с «природой и здравым смыслом». С их точки зрения, рациональное объяснение могло заключаться в неправильном обращении с часами, потере счёта дням во время полярной ночи, использовании юлианского календаря вместо григорианского, ошибочном учёте магнитного склонения или же в намеренной фальсификации наблюдений автором с целью подогреть интерес к своей книге. В числе скептиков был и Роберт Робертц ле Каню, известный мастер искусства навигации, в своё время обучавший Хеймскерка и де Вейра морскому делу.
Вскоре после возвращения экспедиции мастер Робертц пригласил бывших учеников для подробного отчёта. Беседы продолжались несколько дней, и хотя зимовщики стояли на своём, переубедить учителя они не смогли. Через много лет, в 1627 году, когда де Вейра уже не было в живых, Робертц изложил свои выводы в письме известному картографу Виллему Блау, основателю знаменитого издательского дома: «По моему мнению, будучи заняты защитой себя от медведей летом и расстановкой капканов на песцов зимой, они были не в состоянии найти время ни для наблюдения небесных светил, ни для надлежащего ухода за своими механическими и песочными часами... Я уверен, что они упустили некоторые обращения Солнца в течение долгого светлого лета и слишком крепко спали во время долгой зимней ночи, потеряв таким образом счёт дням, и не могли должным образом вести свой судовой журнал».
Робертц полностью отверг сообщение о наблюдении соединения светил, посчитав, что де Вейр выдумал его задним числом для придания правдоподобности своему рассказу. При этом из письма Робертца мы знаем, что Геррит де Вейр до конца жизни продолжал настаивать на своей правоте.
Приступив в 1662 году к изданию многотомного Большого атласа, картограф Йоан Блау включил полученное отцом письмо в состав первого тома под титулом Monitum, то есть Предостережение. Прямым обвинением во лжи, появившимся на страницах самого знаменитого атласа в мировой картографии, Блау посмертно подверг де Вейра гражданской казни. На протяжении полутора веков никто не пытался оспорить его приговор. Более того, в течение этого времени как профессиональные, так и личные качества нидерландских моряков становились объектом нападок, а некоторые комментаторы намекали, что «Дневники» - суть плод литературного сочинительства.
Расцвет естествознания в XIX веке возродил интерес к дискуссии о Баренце и его экипаже. Одним из первых в их защиту выступил в 1826 году Фёдор Петрович Литке. Будущий адмирал и президент Академии наук, отдавая дань уважения голландцам и восхищаясь выказанной ими «свойственной мореходцам твёрдостью духа», подчёркивал свою уверенность в добросовестности Геррита де Вейра. При этом он указывал на неполноту имевшихся в то время знаний о пределах рефракции в приполярной атмосфере.
В 1851 году Эдуард Фогель, немецкий астроном, работавший в частной лондонской обсерватории, заново рассчитал параметры соединения Юпитера и Луны, произошедшего 25 января 1597 года. Полагая, что де Вейр более или менее правильно определил направление (из чего следовало, что им был указан магнитный, а не истинный азимут), Фогель показал, что сообщение о времени соединения содержало ошибку более чем на час, и что самое важное - Юпитер в момент соединения с точки зрения зимовщиков находился более чем на 2о ниже линии горизонта. Заключив, что наблюдать его они никак не могли, Фогель решил, что нашёл подтверждение выводу Робертца о намеренной фальсификации наблюдений де Вейром.
Ему возразил географ Чарльз Бик, редактор готовившегося в то время в Лондоне к публикации аннотированного издания «Дневников» (1853). Не ставя под сомнение расчёты Фогеля, он дал им совершенно иное толкование. Де Вейр, как заметил Ч. Бик, не обладал необходимыми знаниями и математическими навыками, чтобы правдоподобно описать астрономическое событие, не наблюдая его. Но даже если бы он и смог рассчитать расположение светил (или воспользовался для этой цели «какими-либо толковыми эфемеридами»), то, обнаружив, что соединение Луны с Юпитером произошло после захода последнего, навряд ли стал бы доказывать одно противоестественное явление с помощью другого, столь же противоестественного. Кроме того, аномалии присутствовали лишь в наблюдениях, сделанных в промежутке между 24 января и 8 февраля; в другие дни наблюдения сомнений не вызывали. Чарльз Бик нашёл достаточно оснований, чтобы выступить в защиту автора: «Нам не остаётся ничего иного, как признать факты, изложенные Герритом де Вейром, в значительной мере за правдивые и принять, что в силу специфического состояния атмосферы на протяжении четырнадцати дней имела место аномально высокая рефракция, достигавшая 4о...».
В 1871 году норвежский капитан Эллин Карлсен обнаружил место зимовки Баренца - тем самым он косвенным образом подтвердил достоверность описанных де Вейром событий.
Кроме того, он впервые с приемлемой точностью измерил долготу Благохранимого дома, - это дало новый толчок к анализу содержавшихся в «Дневниках» астрономических наблюдений.
В декабре 1875 года на заседании французской Академии в Париже был представлен трёхстраничный доклад флотского офицера лейтенанта Жозефа Бэля. Автор отмечал, что де Вейр указал азимутальное направление по отношению к истинному, а не к магнитному меридиану. При этом его ошибка по времени была согласована с отклонением по азимуту, то есть, его сообщение было внутренне непротиворечивым. Полагая, что обычной атмосферной рефракции недостаточно для объяснения наблюдений, Бэль предложил смелую гипотезу: «Не связана ли [аномальная рефракция] с явлением полного отражения, аналогичного с теоретической точки зрения тому, что имеет место при образовании радуги, когда вся Земля играет роль одной большой капли воды? Зона полного отражения приблизительно определяется огибающей преломлённых лучей, которая отделяет постоянно нагреваемую внешнюю часть атмосферы от её нижней части, которая нагревается только летом».
Именно эта гипотеза, уточнившая догадку Кеплера, заложила основу полному и состоятельному объяснению наблюдений де Вейра, полученному лишь в XXI веке. А тем временем продолжалось накопление экспериментальных данных. Известный полярник Фритьоф Нансен описал преждевременное появление полуденного солнца во время арктического дрейфа в феврале 1894 года на широте 80°N, когда его истинное положение составляло 2°22’ ниже линии горизонта, и привёл его зарисовку.
Сэр Эрнест Шеклтон, вернувшись с командой в Англию после знаменитой антарктической экспедиции (1914-1917), также сообщил о двукратном наблюдении Солнца в период полярной ночи в мае-июле 1915 года, когда оно геометрически находилось на 2°37’ и 2° ниже горизонта.
Впрочем, связать практические наблюдения и теоретические изыскания в единую картину поначалу оказалось непросто. В 1917 году в Гааге вышло двухтомное аннотированное издание «Дневников», редактором которого был Самуэль л’Оноре Набер (1865-1936). Капитан нидерландского Королевского флота, после выхода в отставку посвятивший себя морской истории и по совокупности заслуг получивший впоследствии звание контр-адмирала (нид. schout-bij-nacht), л’Оноре Набер подробнейшим образом рассмотрел доводы Ч. Бика и гипотезу Ж. Бэля, но в итоге отверг их и... безоговорочно принял сторону мастера Робертца. При этом именно л’Оноре Набер первым употребил выражение «эффект Новой Земли» (нид. Nova Zembla verschijnsel), хотя в его комментариях оно в значительной мере несёт саркастический оттенок.
Перелом в отношении учёного сообщества к астрономическим наблюдениям де Вейра произошёл благодаря ещё одному морскому офицеру - капитану Виллему Корнелису (1866-1924). Корнелис и л’Оноре Набер были ровесниками, однокурсниками по школе мичманов, позднее коллегами по преподавательской работе в той же школе и близкими друзьями на протяжении почти 45 лет. Корнелис глубоко интересовался метеорологией, астрономией, гидрографией. На протяжении многих лет он сотрудничал с ведущими морскими журналами, часто издалека - находясь в море или работая в Юго-Восточной Азии. Свои работы он подписывал просто «W. Cornelis». Наша статья - первая среди работ по истории эффекта Новой Земли, где он назван полным именем и где приведены факты его биографии. Заинтересовавшись «Дневниками», Корнелис не согласился с выводами своего коллеги и друга. Сопоставив наблюдения де Вейра на Новой Земле и Шеклтона в Антарктике, Корнелис понял, что речь в обоих случаях шла о явлении одной природы. Он выделил особый вид миража и стал использовать выражение «эффект Новой Земли» не в насмешку над наблюдателем, а в качестве строгого технического термина для обозначения этого явления. В своей последней статье, опубликованной уже посмертно, Корнелис высказал смелое предположение: аномальная рефракция, приводящая к эффекту Новой Земли, может иметь место и в средних широтах. В результате «Солнце взойдёт на пару минут раньше, а сядет позже, и кто же обратит внимание на такую малость?».
В июле 1951 года шведский метеоролог Йоста Лильеквист (1914-1995) несколько раз наблюдал проявления эффекта Новой Земли во время международной экспедиции в Антарктиде и сделал их тщательные зарисовки. Положение Солнца при этом достигало 4,2° ниже уровня горизонта, что близко к расчётным значениям для наблюдений де Вейра на Новой Земле.
В 1956 году нидерландский геофизик Симон Виссер (1884-1963), опираясь на гипотезу Бэля и накопленный опыт наблюдений, рассчитал параметры оптической модели этого эффекта и объяснил, какие условия должны быть, чтобы такой эффект проявился: наличие достаточно протяжённых и стабильных атмосферных слоёв с температурной инверсией. То есть слой сравнительно тёплого воздуха должен находиться над слоем холодного воздуха. Такие условия вполне могут складываться в высоких широтах над замёрзшей поверхностью океана.
Профессор-электротехник из Канады Вальдемар Лэн в статье, опубликованной в 1979 году, указал на сходство между эффектом Новой Земли и явлением полного внутреннего отражения в волоконно-оптическом световоде, когда тот намотан на катушку. Луч света оказывается как бы запертым в оптическом канале, образованном резко выраженной температурной границей между инверсионными слоями, и многократно отражаясь от неё, словно от внешней границы сердечника в световоде, искривляется, повторяя кривизну земной поверхности. Он также рассчитал при помощи цифровой модели, как в этом случае должно выглядеть Солнце с точки зрения наблюдателя. Полученные изображения практически совпали с зарисовками Й. Лильеквиста. В мае того же года В. Лэну удалось наблюдать и впервые сфотографировать появление Солнца над горизонтом в результате действия эффекта Новой Земли в заполярном инуитском посёлке Туктояктук на арктическом побережье канадских Северо-Западных территорий.
Накопленный к этому моменту опыт наблюдения, изучения и моделирования эффекта Новой Земли позволял объяснить ранний восход Солнца. Однако в отношении соединения Юпитера и Луны, а значит, и в отношении честности де Вейра, сомнения по-прежнему сохранялись. Во-первых, не все были готовы признать аналогию между двумя типами наблюдений. Во-вторых, требовал объяснения тот факт, что в этом случае эффект наблюдался не над замёрзшим морем, а над неровной поверхностью северной оконечности острова. Оппонентом в дискуссии, а затем и партнёром Вальдемара Лэна выступил физик-ядерщик из Гронингена Сибрен ван дер Верф. Результатом их совместной работы, в которой они задействовали новейшие достижения физики, использовали современный математический аппарат и методы имитационного моделирования, стали две статьи, опубликованные в 2003 году в журнале «Applied Optics». Исследователи уточнили физическую модель явления: температурная граница между слоями воздуха вовсе не обязательно должна быть резко выражена. На практике температура, с нею и индекс рефракции воздуха изменяются постепенно и плавно. А, стало быть, при образовании оптического канала точнее говорить не об отражении, а об отклонении луча света. В условиях стабильной атмосферы оптический канал следует профилю земной поверхности. Авторы продемонстрировали, что как солнечные наблюдения, так и наблюдения соединения светил, выполненные на Новой Земле в январе 1597 года, согласуются между собой и соответствуют одному и тому же типу температурной инверсии, который сохранялся на протяжении нескольких дней. Этот результат позволил сделать окончательный вывод: «истинность наблюдений, оспаривавшихся на протяже-нии четырёх веков, теперь представляется несомненной».
Рассмотрев историю открытия и признания эффекта Новой Земли, мы с вами стали свидетелями того, как в начале XXI века был подведён итог - без преувеличения - многовековому спору о достоверности наблюдений, которые Геррит де Вейр изложил в «Дневниках». Восхищаясь физическим мужеством Виллема Баренца, Якоба Хейм-скерка, Геррита де Вейра и других членов голландского экипажа во время зимовки на Новой Земле, мы должны отдать дань и гражданскому мужеству автора «Дневников». Наперекор недоверию и враждебности учёного сообщества, он безукоризненно выполнил свой долг исследователя и ни на йоту не уронил чести моряка. А мы оценить это по достоинству оказались в состоянии лишь четыре века спустя".
Денис Хотимский, "Наука и жизнь", № 6, 2020
Но что самое удивительное - чтобы получить исчерпывающее объяснение наблюдениям Баренца и членов его команды, математикам и специалистам в естественных науках потребовалось более 400 лет! Ещё столетие назад, в начале XX века, когда выражение «эффект Новой Земли» впервые вошло в научный лексикон, оно означало вовсе не атмосферное оптическое явление. Под ним скорее понимали... галлюцинации и патологическое стремление ко лжи, возникающие у человека, пережившего высокоширотную зимовку.
В конце XVI века в торговых кругах Нидерландов возник значительный интерес к установлению северо-восточного морского торгового пути в Ост-Индию и Китай - не вокруг Африки и через Индийский океан, а вдоль северного побережья Евразии. Для этой цели были снаряжены и отправлены три арктические экспедиции (см. «Наука и жизнь» № 9, 2019 г.). Первые две из них, в 1594 году на четырёх кораблях и в 1595 году на семи, закончились неудачей - непреодолимым барьером на пути мореходов встала Новая Земля. К югу от неё лежал остров Вайгач с двумя проливами, за которыми открывалось запертое льдами море. На севере же ждала неизвестность.
Нужно отметить, что в те годы географические представления о северных регионах основывались большей частью на легендах и преданиях. Так, картографы полагали, что вокруг Северного полюса лежит материк, состоящий из четырёх островов, которые разделены могучими реками, питающими приполярное море. На самом же полюсе поднимается в небо огромная скала, имеющая 33 мили в окружности, а вокруг неё бурлящая вода, будто в гигантскую воронку, устремляется вниз, к центру Земли. Именно таким, например, изображал и описывал Северный полюс великий Герард Меркатор.
Новая Земля, во второй половине XVI века появившаяся на картах всех мореходных наций под русским именем, данным ей поморами, поначалу считалась мысом одного из островов полярного материка. Полагаясь на такие легенды, нечего было и думать о том, чтобы обойти Новую Землю с севера.
Лишь последнее десятилетие XVI века принесло новые, тогда ещё чисто умозрительные идеи. У их истоков стоял богослов Петер Планциус - проповедник и кальвинистский пастор в Амстердаме и в то же самое время признанный специалист в математике, навигации и картографии. На карте мира, изданной им в 1590 году, Новая Земля показана ещё вполне традиционно, в виде мыса. На настенной карте 1592 года он впервые изобразил узкий пролив между южным островом Новой Земли и полярным материком (единственный сохранившийся экземпляр этой карты хранится в Коллегии Тела Христова в Валенсии). А ещё спустя два года он уже решительно отделил Новую Землю от полярного материка широким морем, представив её в виде двух островов, разделённых проливом.
Обладая недюжинным красноречием и силой убеждения, Планциус смог привлечь на свою сторону немало сторонников, в числе которых был и Баренц. Да и сам Меркатор на одной из последних своих карт, которая изображала северные регионы в новой полярной эквидистантной проекции (то есть, как если бы смотреть на глобус сверху), отразил идеи Планциуса.
Именно с такими представлениями и картами отправился Баренц в своё третье полярное плавание. Генеральные штаты (парламент Объединённых провинций) в государственном финансировании отказали, и организаторами выступили муниципалитет и торговые люди Амстердама. Снаряжены на этот раз были всего два корабля. Корабль, на котором штурманом был Баренц, а шкипером (капитаном) - Якоб ван Хеймскерк, будущий адмирал, вышел из Амстердама 10 мая 1596 года. Вместе с ними команда состояла из 17 человек. Достигнув в начале августа северной оконечности Новой Земли и обогнув её, мореплаватели решили дождаться благоприятной ледовой обстановки, чтобы продолжить плавание на восток. Однако 26 августа корабль был зажат льдами, и освободить его они уже не смогли.
Надвигалась осень, а вместе с нею - арктический холод и полярная ночь. Помощи ждать было неоткуда. Из леса-плавника и частей своего корабля они построили на берегу зимовье, перенесли в него все припасы и с 12 октября поселились в нём постоянно. Не готовясь к зимовке заранее, не имея опыта выживания на Севере и не зная, удастся ли им спастись, команда Баренца провела на Новой Земле восемь долгих месяцев. На пятом месяце зимовки на исходе полярной ночи им довелось наблюдать явления, названные впоследствии эффектом Новой Земли.
С наступлением лета зимовщики отремонтировали два открытых шлюпа и 13 июня 1597 года, когда море освободилось от сплошного льда, покинули свою стоянку. Под парусами и на вёслах, они прошли вдоль западного берега Новой Земли, достигнув материка, а потом вдоль побережья и через горло Белого моря до Колы, где были подобраны нидерландским кораблём. За время обратного плавания они несколько раз встречались с русскими поморами и принимали от них необходимую помощь. Похоронив за время экспедиции пятерых товарищей, среди них Баренца, который умер 20 июня, двенадцать зимовщиков 1 ноября 1597 года вернулись в Амстердам.
Их крохотное по размерам зимовье займёт выдающееся место в истории географических открытий. В течение последующих столетий картографы всего мира, отставив в сторону принципы картографической генерализации, будут изображать и подписывать его практически на всех своих картах, независимо от масштаба - «Het Behouden Huys», или Благохранимый дом - пожалуй, единственное в истории сооружение, удостоенное такой чести. (Это название, которое - к возможному разочарованию энтузиастов русской словесности - читается «хэт бехáудэн хáус», было дано зимовью уже после возвращения экспедиции - впервые оно появляется на картах, опубликованных в 1598 году. Пока зимовщики его строили или жили в нём, дать своему убежищу такое название они не могли, поскольку их дальнейшая судьба оставалась им неизвестной).
В Нидерландах имя Виллема Баренца знает каждый школьник. «Nova Zembla» - символ его героической эпопеи и смыслообразующее событие национальной истории. Однако научные достижения экспедиции, включая астрономические наблюдения, лишь с трудом пробивают себе путь в массовую аудиторию.
В России, где слова «Новая Земля» имеют в первую очередь географическое значение, тем не менее из года в год растёт число людей, не только знакомых с историей экспедиции, но и слышавших об эффекте Новой Земли. Страница в Википедии, целый ряд авторских блогов и даже стихотворение на портале Stihi.ru - вот часть того, что без труда можно найти в Сети. К сожалению, абсолютное большинство таких публикаций остаются весьма поверхностными. Да что там сетевые публикации!
Несколько лет назад нидерландский режиссёр Рейну Урлеманс снял фильм «Новая Земля» (Reinout Oerlemans, Nova Zembla, 2011). Фильм этот - романтизированная история, в центре которой - Геррит де Вейр, автор знаменитой книги о трёх арктических экспедициях Виллема Баренца. В фильме де Вейр представлен этаким начитанным юношей, литератором и что называется сухопутным «салагой» (нид. spiering), которого Петер Планциус, будущий тесть, спроваживает с Баренцем, дабы тот «сделал из него мужчину или скормил белым медведям». На самом деле ни литератором, ни зятем Планциуса, ни тем более «салагой» де Вейр не был. Он был грамотным и опытным моряком, участником предыдущей экспедиции Баренца (1595 год) и выполнял на борту обязанности первого помощника капитана.
Но если произвольную трактовку исторических фактов ещё можно отнести на счёт свободы художественного самовыражения, то вольное обращение с законами природы - результат пренебрежительного отношения к рекомендациям научных консультантов. Рассказывая об эпопее Новой Земли, режиссёр не преминул показать знаменитый оптический эффект, о котором у нас идёт речь. Выбравшись из своего зимовья, моряки видят, как темноту полярной ночи разрывает встающее над горизонтом солнце. Они спешат назад и докладывают разбитому смертельной болезнью Баренцу о «возвращении света», но опытный штурман не верит: «Слишком рано». Эта сцена - кульминация фильма. Она основана на реальных исторических событиях, имевших место 24 января 1597 года. Вот только на экране эти события происходят... 12 мая, когда от полярной ночи оставались лишь воспоминания, а солнце уже три месяца как должно было согревать зимовщиков своим видом и теплом.
Вероятно, авторы перепутали «возвращение света» - то есть первое появление солнца после полярной ночи, - с началом полярного дня, когда солнце остаётся над горизонтом даже в полночь. За полярным кругом эти два события разнесены по времени на величину, зависящую от широты места, и совпадают лишь на самóм полюсе, - этот момент приходится на весеннее равноденствие.
Что же на самом деле произошло на Но-вой Земле в 1597 году на исходе полярной ночи?
Широту своей стоянки моряки знали твёрдо - 76оN; она была подтверждена несколькими измерениями и сомнений у зимовщиков не вызывала. Полярная ночь на этой широте, по расчётам Баренца, должна была продолжаться до 7 февраля. Однако уже 24 января, в полдень, зимовщики - среди них были Геррит де Вейр и шкипер Якоб ван Хеймскерк - смогли на короткое время увидеть над горизонтом край солнечного диска. И Баренц - он тогда ещё находился в добром здравии - действительно наотрез отказался поверить им на слово.
Человек XVI века вполне мог объяснить появление Солнца среди ночи действием чудесных сил и посчитать вопрос исчерпанным. Или же, наоборот, впасть в панику, поддавшись мистическому ужасу. Однако, когда нидерландские моряки, зимовавшие на Новой Земле и тем самым уже находившиеся в запредельно нештатной ситуации, столкнулись с аномальным явлением, они избрали иной путь. В последующие дни они целенаправленно выполнили целый ряд тщательно спланированных наблюдений, подробно документируя результаты. Двенадцатую неделю они жили без солнечного света, и в первую очередь следовало проверить, не потеряли ли они счёт времени. Такая возможность представилась уже на следующее утро, 25 января.
Среди навигационных инструментов и материалов, которыми располагал Баренц на Новой Земле, были «Эфемериды» Иосифа Скалы. Эта изданная в 1589 году книга, название которой в переводе с греческого означает «дневник» или «ежедневная газета», содержала обилие необходимых для звёздной навигации данных. В том числе в неё были включены рассчитанные на каждый день до 1600 года небесные координаты светил: Солнца, Луны, основных планет, и обстоятельства астрономических событий: затмений, а также соединений, квадратур и противостояний. Составил её итальянский врач и астроном Иосиф (Джузеппе) Скала (1556-1585), один из соавторов Григорианской календарной реформы (1582), умерший очень молодым. Порой его ошибочно отождествляют с французским богословом и историком Иосифом Скалигером (1540-1609), основоположником исторической хронологии.
Согласно «Эфемеридам», утром 25 января должно было произойти соединение Луны и Юпитера. Говорят, что светила находятся в соединении, когда их небесные долготы совпадают. Разница долгот между светилами, находящимися в противостоянии, - 180о, в квадратуре - 90о. Поскольку эти астрономические события не зависят от положения наблюдателя на Земле, их можно использовать в качестве универсальных небесных часов. Соединения Луны и планет происходят приблизительно раз в месяц, в соответствии с периодом обращения Луны вокруг Земли. Для целей зимовщиков - исключить двух-недельную ошибку календаря - этого было вполне достаточно. Все астрономические события в «Эфемеридах» были рассчитаны для истинного времени Венеции. Если знать местное время события, то по разности двух значений можно легко определить долготу места наблюдения: Земля совершает полный оборот вокруг своей оси (360о) за 24 часа, а значит один час разности по времени соответствует 15 градусам долготы.
Непрерывно наблюдая за Луной и Юпитером, зимовщики действительно увидели, как светила «встали прямо одно над другим». Азимут соединения (NtO) и время, когда оно произошло (6 часов утра), были занесены в журнал. Таким образом, они смогли убедиться в правильности своего календаря. Этим они подтвердили, что Солнце появилось над горизонтом именно 24 января. Более того, поскольку в Венеции соединение должно было произойти в 1 час ночи, они определи, что находятся восточнее этого знаменитого города на 75о долготы. Как выяснилось впоследствии, долгота была ими определена со значительной ошибкой.
В последующие дни, продолжив полуденные наблюдения Солнца, зимовщики дважды, 27 и 31 января, смогли увидеть солнечный диск «во всей полноте», стоящий «на некоторой высоте над горизонтом». Таким образом, им удалось увидеть и сохранить результаты наблюдения двух практически одновременных, но не связанных друг с другом явлений: преждевременного появления Солнца и соединения светил. Лишь первое из них казалось им невероятным и требовало объяснения. Тогда они ещё не могли знать, что именно сопоставление двух серий независимых наблюдений послужит ключом к установлению их достоверности. Произойдёт это столетия спустя.
Когда в ноябре 1597 года выжившие участники зимовки вернулись после полуторагодичного отсутствия в Амстердам, соотечественники встретили их как героев. Уже через пять месяцев Геррит де Вейр издал книгу с описанием всех трёх арктических плаваний Баренца. Книга сразу стала бестселлером. В течение года вышли латинский, немецкий, французский и итальянский переводы, в 1609 году - перевод на английский язык. На разных языках книге были предпосланы различные и, в духе времени, многословные описательные титулы. Например, по-английски название книги начиналось так: «The True and Perfect Description of Three Voyages, so Strange and Woonderfull, That the Like Hath Neuer Been Heard of Before...». Следуя первому слову латинского титула «Diarium Nauticum, seu Vera Descriptio...», будем для краткости называть книгу де Вейра «Дневниками».
В «Дневниках» де Вейр привёл описание аномальных астрономических наблюдений и пригласил искушённых в науках читателей дать им рациональное объяснение. Сообщения де Вейра немедленно стали предметом пристального внимания учёного сообщества всей Европы. Уже в 1604 году знаменитый астроном Иоганн Кеплер выдвинул провидческое объяснение: он предположил, что голландцы видели не само Солнце, а его отражение. Солнечный свет в полярном холоде, полагал он, мог отражаться от «верхней поверхности воздуха» как от внутренней поверхности стеклянной колбы. Однако слова Кеплера оценили много позже.
В самих же Нидерландах в то время было немало специалистов в математике и навигации, для которых сведения, сообщённые де Вейром, находились в явном и непримиримом противоречии с «природой и здравым смыслом». С их точки зрения, рациональное объяснение могло заключаться в неправильном обращении с часами, потере счёта дням во время полярной ночи, использовании юлианского календаря вместо григорианского, ошибочном учёте магнитного склонения или же в намеренной фальсификации наблюдений автором с целью подогреть интерес к своей книге. В числе скептиков был и Роберт Робертц ле Каню, известный мастер искусства навигации, в своё время обучавший Хеймскерка и де Вейра морскому делу.
Вскоре после возвращения экспедиции мастер Робертц пригласил бывших учеников для подробного отчёта. Беседы продолжались несколько дней, и хотя зимовщики стояли на своём, переубедить учителя они не смогли. Через много лет, в 1627 году, когда де Вейра уже не было в живых, Робертц изложил свои выводы в письме известному картографу Виллему Блау, основателю знаменитого издательского дома: «По моему мнению, будучи заняты защитой себя от медведей летом и расстановкой капканов на песцов зимой, они были не в состоянии найти время ни для наблюдения небесных светил, ни для надлежащего ухода за своими механическими и песочными часами... Я уверен, что они упустили некоторые обращения Солнца в течение долгого светлого лета и слишком крепко спали во время долгой зимней ночи, потеряв таким образом счёт дням, и не могли должным образом вести свой судовой журнал».
Робертц полностью отверг сообщение о наблюдении соединения светил, посчитав, что де Вейр выдумал его задним числом для придания правдоподобности своему рассказу. При этом из письма Робертца мы знаем, что Геррит де Вейр до конца жизни продолжал настаивать на своей правоте.
Приступив в 1662 году к изданию многотомного Большого атласа, картограф Йоан Блау включил полученное отцом письмо в состав первого тома под титулом Monitum, то есть Предостережение. Прямым обвинением во лжи, появившимся на страницах самого знаменитого атласа в мировой картографии, Блау посмертно подверг де Вейра гражданской казни. На протяжении полутора веков никто не пытался оспорить его приговор. Более того, в течение этого времени как профессиональные, так и личные качества нидерландских моряков становились объектом нападок, а некоторые комментаторы намекали, что «Дневники» - суть плод литературного сочинительства.
Расцвет естествознания в XIX веке возродил интерес к дискуссии о Баренце и его экипаже. Одним из первых в их защиту выступил в 1826 году Фёдор Петрович Литке. Будущий адмирал и президент Академии наук, отдавая дань уважения голландцам и восхищаясь выказанной ими «свойственной мореходцам твёрдостью духа», подчёркивал свою уверенность в добросовестности Геррита де Вейра. При этом он указывал на неполноту имевшихся в то время знаний о пределах рефракции в приполярной атмосфере.
В 1851 году Эдуард Фогель, немецкий астроном, работавший в частной лондонской обсерватории, заново рассчитал параметры соединения Юпитера и Луны, произошедшего 25 января 1597 года. Полагая, что де Вейр более или менее правильно определил направление (из чего следовало, что им был указан магнитный, а не истинный азимут), Фогель показал, что сообщение о времени соединения содержало ошибку более чем на час, и что самое важное - Юпитер в момент соединения с точки зрения зимовщиков находился более чем на 2о ниже линии горизонта. Заключив, что наблюдать его они никак не могли, Фогель решил, что нашёл подтверждение выводу Робертца о намеренной фальсификации наблюдений де Вейром.
Ему возразил географ Чарльз Бик, редактор готовившегося в то время в Лондоне к публикации аннотированного издания «Дневников» (1853). Не ставя под сомнение расчёты Фогеля, он дал им совершенно иное толкование. Де Вейр, как заметил Ч. Бик, не обладал необходимыми знаниями и математическими навыками, чтобы правдоподобно описать астрономическое событие, не наблюдая его. Но даже если бы он и смог рассчитать расположение светил (или воспользовался для этой цели «какими-либо толковыми эфемеридами»), то, обнаружив, что соединение Луны с Юпитером произошло после захода последнего, навряд ли стал бы доказывать одно противоестественное явление с помощью другого, столь же противоестественного. Кроме того, аномалии присутствовали лишь в наблюдениях, сделанных в промежутке между 24 января и 8 февраля; в другие дни наблюдения сомнений не вызывали. Чарльз Бик нашёл достаточно оснований, чтобы выступить в защиту автора: «Нам не остаётся ничего иного, как признать факты, изложенные Герритом де Вейром, в значительной мере за правдивые и принять, что в силу специфического состояния атмосферы на протяжении четырнадцати дней имела место аномально высокая рефракция, достигавшая 4о...».
В 1871 году норвежский капитан Эллин Карлсен обнаружил место зимовки Баренца - тем самым он косвенным образом подтвердил достоверность описанных де Вейром событий.
Кроме того, он впервые с приемлемой точностью измерил долготу Благохранимого дома, - это дало новый толчок к анализу содержавшихся в «Дневниках» астрономических наблюдений.
В декабре 1875 года на заседании французской Академии в Париже был представлен трёхстраничный доклад флотского офицера лейтенанта Жозефа Бэля. Автор отмечал, что де Вейр указал азимутальное направление по отношению к истинному, а не к магнитному меридиану. При этом его ошибка по времени была согласована с отклонением по азимуту, то есть, его сообщение было внутренне непротиворечивым. Полагая, что обычной атмосферной рефракции недостаточно для объяснения наблюдений, Бэль предложил смелую гипотезу: «Не связана ли [аномальная рефракция] с явлением полного отражения, аналогичного с теоретической точки зрения тому, что имеет место при образовании радуги, когда вся Земля играет роль одной большой капли воды? Зона полного отражения приблизительно определяется огибающей преломлённых лучей, которая отделяет постоянно нагреваемую внешнюю часть атмосферы от её нижней части, которая нагревается только летом».
Именно эта гипотеза, уточнившая догадку Кеплера, заложила основу полному и состоятельному объяснению наблюдений де Вейра, полученному лишь в XXI веке. А тем временем продолжалось накопление экспериментальных данных. Известный полярник Фритьоф Нансен описал преждевременное появление полуденного солнца во время арктического дрейфа в феврале 1894 года на широте 80°N, когда его истинное положение составляло 2°22’ ниже линии горизонта, и привёл его зарисовку.
Сэр Эрнест Шеклтон, вернувшись с командой в Англию после знаменитой антарктической экспедиции (1914-1917), также сообщил о двукратном наблюдении Солнца в период полярной ночи в мае-июле 1915 года, когда оно геометрически находилось на 2°37’ и 2° ниже горизонта.
Впрочем, связать практические наблюдения и теоретические изыскания в единую картину поначалу оказалось непросто. В 1917 году в Гааге вышло двухтомное аннотированное издание «Дневников», редактором которого был Самуэль л’Оноре Набер (1865-1936). Капитан нидерландского Королевского флота, после выхода в отставку посвятивший себя морской истории и по совокупности заслуг получивший впоследствии звание контр-адмирала (нид. schout-bij-nacht), л’Оноре Набер подробнейшим образом рассмотрел доводы Ч. Бика и гипотезу Ж. Бэля, но в итоге отверг их и... безоговорочно принял сторону мастера Робертца. При этом именно л’Оноре Набер первым употребил выражение «эффект Новой Земли» (нид. Nova Zembla verschijnsel), хотя в его комментариях оно в значительной мере несёт саркастический оттенок.
Перелом в отношении учёного сообщества к астрономическим наблюдениям де Вейра произошёл благодаря ещё одному морскому офицеру - капитану Виллему Корнелису (1866-1924). Корнелис и л’Оноре Набер были ровесниками, однокурсниками по школе мичманов, позднее коллегами по преподавательской работе в той же школе и близкими друзьями на протяжении почти 45 лет. Корнелис глубоко интересовался метеорологией, астрономией, гидрографией. На протяжении многих лет он сотрудничал с ведущими морскими журналами, часто издалека - находясь в море или работая в Юго-Восточной Азии. Свои работы он подписывал просто «W. Cornelis». Наша статья - первая среди работ по истории эффекта Новой Земли, где он назван полным именем и где приведены факты его биографии. Заинтересовавшись «Дневниками», Корнелис не согласился с выводами своего коллеги и друга. Сопоставив наблюдения де Вейра на Новой Земле и Шеклтона в Антарктике, Корнелис понял, что речь в обоих случаях шла о явлении одной природы. Он выделил особый вид миража и стал использовать выражение «эффект Новой Земли» не в насмешку над наблюдателем, а в качестве строгого технического термина для обозначения этого явления. В своей последней статье, опубликованной уже посмертно, Корнелис высказал смелое предположение: аномальная рефракция, приводящая к эффекту Новой Земли, может иметь место и в средних широтах. В результате «Солнце взойдёт на пару минут раньше, а сядет позже, и кто же обратит внимание на такую малость?».
В июле 1951 года шведский метеоролог Йоста Лильеквист (1914-1995) несколько раз наблюдал проявления эффекта Новой Земли во время международной экспедиции в Антарктиде и сделал их тщательные зарисовки. Положение Солнца при этом достигало 4,2° ниже уровня горизонта, что близко к расчётным значениям для наблюдений де Вейра на Новой Земле.
В 1956 году нидерландский геофизик Симон Виссер (1884-1963), опираясь на гипотезу Бэля и накопленный опыт наблюдений, рассчитал параметры оптической модели этого эффекта и объяснил, какие условия должны быть, чтобы такой эффект проявился: наличие достаточно протяжённых и стабильных атмосферных слоёв с температурной инверсией. То есть слой сравнительно тёплого воздуха должен находиться над слоем холодного воздуха. Такие условия вполне могут складываться в высоких широтах над замёрзшей поверхностью океана.
Профессор-электротехник из Канады Вальдемар Лэн в статье, опубликованной в 1979 году, указал на сходство между эффектом Новой Земли и явлением полного внутреннего отражения в волоконно-оптическом световоде, когда тот намотан на катушку. Луч света оказывается как бы запертым в оптическом канале, образованном резко выраженной температурной границей между инверсионными слоями, и многократно отражаясь от неё, словно от внешней границы сердечника в световоде, искривляется, повторяя кривизну земной поверхности. Он также рассчитал при помощи цифровой модели, как в этом случае должно выглядеть Солнце с точки зрения наблюдателя. Полученные изображения практически совпали с зарисовками Й. Лильеквиста. В мае того же года В. Лэну удалось наблюдать и впервые сфотографировать появление Солнца над горизонтом в результате действия эффекта Новой Земли в заполярном инуитском посёлке Туктояктук на арктическом побережье канадских Северо-Западных территорий.
Накопленный к этому моменту опыт наблюдения, изучения и моделирования эффекта Новой Земли позволял объяснить ранний восход Солнца. Однако в отношении соединения Юпитера и Луны, а значит, и в отношении честности де Вейра, сомнения по-прежнему сохранялись. Во-первых, не все были готовы признать аналогию между двумя типами наблюдений. Во-вторых, требовал объяснения тот факт, что в этом случае эффект наблюдался не над замёрзшим морем, а над неровной поверхностью северной оконечности острова. Оппонентом в дискуссии, а затем и партнёром Вальдемара Лэна выступил физик-ядерщик из Гронингена Сибрен ван дер Верф. Результатом их совместной работы, в которой они задействовали новейшие достижения физики, использовали современный математический аппарат и методы имитационного моделирования, стали две статьи, опубликованные в 2003 году в журнале «Applied Optics». Исследователи уточнили физическую модель явления: температурная граница между слоями воздуха вовсе не обязательно должна быть резко выражена. На практике температура, с нею и индекс рефракции воздуха изменяются постепенно и плавно. А, стало быть, при образовании оптического канала точнее говорить не об отражении, а об отклонении луча света. В условиях стабильной атмосферы оптический канал следует профилю земной поверхности. Авторы продемонстрировали, что как солнечные наблюдения, так и наблюдения соединения светил, выполненные на Новой Земле в январе 1597 года, согласуются между собой и соответствуют одному и тому же типу температурной инверсии, который сохранялся на протяжении нескольких дней. Этот результат позволил сделать окончательный вывод: «истинность наблюдений, оспаривавшихся на протяже-нии четырёх веков, теперь представляется несомненной».
Рассмотрев историю открытия и признания эффекта Новой Земли, мы с вами стали свидетелями того, как в начале XXI века был подведён итог - без преувеличения - многовековому спору о достоверности наблюдений, которые Геррит де Вейр изложил в «Дневниках». Восхищаясь физическим мужеством Виллема Баренца, Якоба Хейм-скерка, Геррита де Вейра и других членов голландского экипажа во время зимовки на Новой Земле, мы должны отдать дань и гражданскому мужеству автора «Дневников». Наперекор недоверию и враждебности учёного сообщества, он безукоризненно выполнил свой долг исследователя и ни на йоту не уронил чести моряка. А мы оценить это по достоинству оказались в состоянии лишь четыре века спустя".
Денис Хотимский, "Наука и жизнь", № 6, 2020