Изложение системы мира - Лаплас Пьер Симон (бесплатные онлайн книги читаем полные .TXT) 📗
В течение многих лет в Королевской обсерватории каждый день наблюдают высоту барометра и показание термометра в 9 (шестидесятеричных) ч утра, в полдень, в 3 ч пополудни и в 9 ч вечера. Эти наблюдения, сделанные при помощи одних и тех же инструментов и почти всё одним и тем же наблюдателем, благодаря их точности и количеству, очень пригодны для определения атмосферных приливов, если они ощутимы. Суточные изменения показаний барометра в результатах этих наблюдений ясно заметны. Достаточно одного месяца наблюдений, чтобы их обнаружить. Избыток наибольшей наблюдённой высоты барометра, который приходится на 9 ч утра, над самой малой высотой, приходящейся на 3 ч дня в Париже, равен 0.8 мм. Это — среднее значение, полученное из ежедневных наблюдений, производившихся в течение шести последовательных лет.
Изменение высоты барометра, вызванное солнечным приливом, ежедневно повторяющееся в один и тот же час и смешивающееся с суточным колебанием, которое оно видоизменяет, не может быть определено из наблюдений, сделанных в Королевской обсерватории. Иначе обстоит дело с изменением высоты барометра, вызванным лунным приливом. Оно зависит от лунного времени и повторяется по величине в те же часы солнечного времени, только с полумесячными интервалами. Поэтому сравнения наблюдений, о которых я говорил, сделанные пополумесячно, лучше всего подходят, чтобы выявить лунные приливы. Например, если максимум этого прилива придётся на 9 ч утра в день сизигии, его минимум наступит около 3 ч дня. Обратное будет в день квадратуры. Поэтому в первом случае этот прилив увеличит суточную вариацию первого из этих дней и уменьшит суточную вариацию второго. Разность этих вариаций будет равна двойной величине лунного атмосферного прилива. Но если максимум этого прилива не приходится на 9 ч утра в сизигиях, то чтобы определить величину и время его наступления, надо использовать барометрические наблюдения, сделанные в 9 ч утра, в полдень и в 3 ч дня, каждый день как в сизигиях, так и в квадратурах. Можно воспользоваться наблюдениями, проведёнными в предшествующие этим фазам или следующие за ними дни, отдалённые на одинаковое число дней, и, таким образом, использовать для определения этих, столь трудно определимых элементов все наблюдения года.
Здесь надо сделать важное замечание, без которого было бы невозможно выделить такую малую величину, как лунный атмосферный прилив, из множества больших вариаций показаний барометра. Чем ближе наблюдения расположены друг к другу, тем меньше заметно действие этих вариаций. Оно почти равно нулю в результатах, полученных в один день за короткий промежуток времени в шесть часов. Показания барометра почти всегда изменяются достаточно медленно, чтобы заметным образом не нарушить действие регулярных причин. Вот почему средний результат суточных вариаций каждого года всегда почти одинаков, несмотря на то, что абсолютные средние высоты барометра в разные годы различаются на несколько миллиметров. Таким образом, если бы сравнить среднюю высоту в 9 ч утра одного года со средней годовой высотой в 3 ч дня другого года, часто можно было бы получить очень ошибочное суточное изменение, иногда даже со знаком, противоположным истинному. Поэтому, определяя очень малые величины, важно выводить их из наблюдений, сделанных в тот же день, и брать среднее из большого числа полученных таким образом величин. Следовательно, нельзя определить лунный прилив иначе, как из системы наблюдений, проводившихся ежедневно, по крайней мере, в три разных срока, в соответствии с системой, принятой в обсерватории.
Г-н Бувар был настолько любезен, что выделил из своих записей барометрические наблюдения, относящиеся к самому дню каждой сизигии и каждой квадратуры, а также ко дню, предшествовавшему этим фазам, и первым и вторым дням, следующим за ними. Они охватывают восемь лет, прошедших с 1 октября 1815 г. до 1 октября 1823 г. Я использовал наблюдения, сделанные в 9 ч утра, в полдень и в 3 ч дня. Наблюдения, сделанные в 9 ч вечера, я не рассматривал, чтобы уменьшить, насколько это возможно, интервал наблюдений. К тому же наблюдения, сделанные в эти первых три срока, делались более точно в установленное время, чем вечерние наблюдения; так как барометр в эти часы освещался дневным светом, разность в отсчёте, зависящая от различного способа освещения инструментов, исчезает. Сравнивая результаты этих многочисленных наблюдений, которые охватывают 1584 дня, с моими формулами, я получил величину лунного атмосферного прилива, равную 1/18 мм, и момент его вечернего максимума — три часа с третью в день сизигии.
Здесь особенно даёт себя знать необходимость использовать очень большое число наблюдений, комбинировать их наиболее выгодным образом и иметь метод для определения вероятности того, что ошибка полученного результата заключена в узких пределах, — метод, без которого следствия случайных причин ошибочно можно представить как закон природы, что часто случается в метеорологии. Я дал такой метод в моей «Аналитической теории вероятностей». Прилагая его к наблюдениям, я определил закон аномалий суточных вариаций показаний барометра и пришёл к выводу, что нельзя без некоторой натяжки приписать изложенные выше результаты одним этим аномалиям. Вероятно, что лунный атмосферный прилив уменьшает суточную вариацию в сизигии и увеличивает её в квадратурах, но в таких пределах, что этот прилив не изменяет высоту барометра даже на 1/18 мм в ту или иную сторону; это показывает, сколь мало заметно действие Луны на атмосферу в Париже. Хотя эти результаты выведены из 4752 наблюдений, метод, о котором я говорил, позволяет увидеть, что для придания им достаточной вероятности и получения с точностью такого малого элемента, как лунный атмосферный прилив, нужно использовать, по меньшей мере, 40 000 наблюдений. Одно из главных преимуществ этого метода заключается в том, что он показывает, до каких пределов надо увеличивать число наблюдений, чтобы не оставалось никакого разумного сомнения в их результатах.
Из закона аномалий суточной вариации показаний барометра, к которому я пришёл, следует, что существует вероятность, равная 1/2, или один против одного, что суточная вариация между 9 и 3 ч дня в среднем за каждый 30-дневный месяц всегда будет положительна в течение 75 последовательных месяцев. Я попросил г-на Бувара проверить, получилось ли это для каждого из 72 месяцев шести лет, протёкших с 1 января 1817 г. по 1 января 1823 г., из которых он вывел среднюю суточную вариацию, равную 0.801 мм. Он нашёл наиболее вероятный результат, а именно, что средняя вариация за каждый месяц всегда была положительна.
Каково влияние на лунный прилив, соответственно, трёх причин атмосферных приливов, о которых я говорил? Трудно ответить на этот вопрос. Однако малая плотность моря по сравнению со средней плотностью Земли не позволяет приписать заметного влияния изменению его фигуры. Без побочных обстоятельств влияние прямого действия Луны было бы нечувствительно в наших широтах. Эти обстоятельства, в самом деле, сильно влияют на высоту приливов в наших портах. Но поскольку атмосферный газ покрывает Землю гораздо правильнее, чем море, их влияние на атмосферные приливы должно быть значительно меньше, чем на прилив океана. Эти соображения побуждают меня считать главной причиной лунных атмосферных приливов в наших странах периодические поднятия и опускания моря. Барометрические наблюдения, проводимые ежедневно в портах, где приливы поднимаются на большую высоту, осветили бы это любопытное метеорологическое явление.
Мы заметим здесь, что притяжение Солнца и Луны не производит ни в море, ни в атмосфере никакого постоянного движения с востока на запад. То движение воздуха, которое наблюдают между тропиками, называемое пассатом, имеет другую причину. Вот наиболее вероятная.
Солнце, которое мы для большей простоты предположим находящимся в плоскости экватора, своим теплом разрежает столбы воздуха и поднимает их выше истинного уровня. Под действием своего веса они должны опуститься и двинуться к полюсам в верхней части атмосферы. Но одновременно в её нижней части новый приток холодного воздуха, приходящий из стран, расположенных вблизи полюсов, замещает тот, который был разрежен на экваторе. Таким образом, устанавливаются два противоположных воздушных потока: один — в нижней части атмосферы, а другой — в верхней. Но реальная скорость воздуха, вызванная вращением Земли, тем меньше, чем он ближе к полюсу. Поэтому, перемещаясь к экватору, он должен вращаться медленнее, чем соответствующие части Земли; тела, расположенные на её поверхности, должны ударять его из-за избытка своей скорости и вследствие противодействия воздуха испытывать сопротивление в направлении, обратном их вращательному движению. Поэтому для наблюдателя, считающего себя неподвижным, воздух кажется дующим в сторону, обратную вращению Земли, т.е. с востока на запад, а это и есть направление пассатов.
