5. Прозрачна ли атмосфера? 1859, Джон Тиндалл
Атмосфера Земли прозрачна для коротковолновой радиации Солнца. Атмосфера существенно менее прозрачна для длинноволновой тепловой радиации, испускаемой поверхностью Земли. Французский математик и физик Жозеф Фурье описал эффект поглощения длинноволновой радиации (которую он называл "темными лучами") атмосферой, используя данные "гелиотермометра", и использовал этот эффект в своей теории теплового баланса поверхности Земли. Английский физик Джон Тиндалл (John Tyndall) впервые лабораторно измерил поглощение тепловой радиации парниковыми газами и количественно оценил зависимость эффекта от концентрации газов.
Успешную карьеру Джон Тиндалл сделал во многом благодаря своему дарованию популяризатора науки. Ранний период - работа геодезистом в Ирландии, преподавателем математики в маленьком частном колледже в Хемпшире, стажировки в университетах Германии с защитой математический диссертации о поверхности шурупов, возвращение в Хемпшир на прежнюю позицию преподавателя математики и геодезии, многочисленные прошения о месте в университеты разных стран. Затем - удачная лекция в Королевском Институте и последовавшее предложение позиции профессора.
К этому моменту Тиндалл уже приобрел некоторую известность; были и другие предложения работы. В собрании писем Фарадея опубликовано письмо 1858-го года, в котором Тиндалл упрекает Фарадея за неисполнение обещания о повышении годового жалования с первоначальных 200 фунтов стерлингов до 400 и более - а ведь он,Тиндалл, выбирал из пяти предложений места со стартовым жалованием до 600 фунтов, и все равно выбрал Королевский институт, и еще он работает так много, что страдает от умственного истощения! На что Фарадей дает ответ, достойный современного эффективного менеджера: милый Тиндалл, вы меня неправильно поняли, я же ничего вам не обещал, просто приводил пример других профессоров и сказал, что не вижу, почему бы вы не получили аналогичного повышения жалования.
Дарвин, Томас Хаксли и Тиндал (с флажком "наука"). Карикатура нарисована во время поездки Тиндалла с лекциями по Америке.
Миссия Королевского института состояла в распространении научных знаний, и Тиндалл оказался исключительно талантливым лектором-популяризатором. Контракт предусматривал 19 лекций в год, оставляя много времени для научной работы и путешествий. Одно из первых путешествий Тиндалл совершил по приглашению Томаса Хаксли, в будущем прославившегося как "бульдог Дарвина". Хаксли исследовал ледники Альп, и Тиндалл заинтересовался работами другого известного исследователя Альп, де Сауссера. Столетие назад де Сауссер измерял интенсивность приходящей солнечной радиации гелиотермометром, и работы Фурье по сравнению показаний гелиотермометра на равнине и в горах (см. часть 3) были основаны на этих измерениях. Но какой газ из составляющих земную атмосферу влияет на поглощение "темных лучей"? И Тиндалл решает провести лабораторные исследования поглощения длинноволновой радиации различными газами.
В приборе Тиндалла термопара Р, соединенная с гальванометром N, используется для измерения разницы длинноволновой радиации, излучаемой двумя медными кубами С, заполненными кипящей водой. Один из кубов отделен от термопары бронзовой трубкой S, с двух сторон закрытой пластинами каменной соли (в отличие от стекла пропускающей тепловую радиацию). Экран Н, частично прикрывающий второй куб, уравнивает приходящую на термопару радиацию, так что в начале эксперимента стрелка гальванометра находится в нейтральном положении.
Заполняя трубку различными газами, Тиндалл измерял поглощение этими газами тепловой радиации. В первых опытах освобожденный от водяных паров воздух, кислород, азот и водород отклоняли стрелку осциллографа гальванометра на один градус. Смесь кислорода и озона отклонила стрелку на 4 градуса. Затем этанол (Olefiant gas) на 73 градуса, что эквивалентно поглощению 81% радиации. Тиндалл измерил поглощение тепловой радиации многими газами, известными сегодня как "парниковые". Затем, в новой серии опытов, он изменял давление парниковых газов в трубке прибора. Доля поглощенной тепловой радиации универсально увеличивалась с ростом давления. В обсуждении результатов эксперимента Тиндалл замечает, что все изменения климата можно объяснить вариацией концентрации углекислого газа в атмосфере. Через сорок лет Сванте Аррениус задастся вопросом: как результаты эксперимента Тиндалла можно применить для количественной оценки влияния изменения количества парниковых газов на поглощение тепловой радиации в атмосфере - и на температуру всей планеты.
Утром 4 декабря 1894 года нежно любимая жена перепутала пузырьки со снотворным и магнезией, принимаемой Тиндаллом от несварения желудка.
Лекция Тиндалла "Об абсорбции и радиации тепла различными газами и парами", 1861 г.
This entry was originally posted at http://profpr.dreamwidth.org/302409.html. Please comment there using OpenID.