160 лет назад Эмиль Ленц стал первым выборным ректором
Санкт-Петербургского университета
В историю науки Эмиль Ленц вошел как один
из отцов-основателей теории электромагнетизма, и мало кто сейчас помнит про его
гидрографические исследования. Между тем эти работы Ленца с не меньшими
основаниями позволяют его считать одним из создателей современной океанологии.
![9 (jpg, 112 Kб)](/FStorage/Download.aspx?id=aaa7ec17-f7d1-4872-b22b-e5cc6cbccbaf)
Эмилий Ленц
В истории науки не так много ученых,
которые остались в ней в названиях открытых ими законов мироздания. Один из них
Эмиль Христианович (Генрих Фридрих Эмиль) Ленц, имя которого носят сразу два
закона: правило Ленца (1833) и закон Джоуля—Ленца (1842). Первый гласит, что
«индуцированная ЭДС всегда направлена так, чтобы создать магнитное поле,
противоположное изменяющемуся магнитному полю, вызывающему эту ЭДС», или,
говоря проще, при изменении магнитного поля в проводнике возникает
электродвижущая сила, которая создает магнитное поле, направленное так, чтобы
противодействовать изменению исходного магнитного поля. Второй закон, открытый
одновременно и независимо друг от друга Джоулем в Манчестере и Ленцем в
Санкт-Петербурге, гласил, что «количество выделяемого тепла пропорционально
квадрату силы тока и сопротивлению проводника».
Несложно заметить их аналогию с третьим и
вторым законами из знаменитой триады законов Ньютона, только применительно к
электричеству, что само по себе не может не вызывать уважения к Ленцу как
ученому. Современники Ленца тоже так его оценивали, считая Эмиля Ленца одним из
самых ярких физиков первой половины XIX века, эпохи зарождения теории
электромагнетизма, в итоге ставшей основой современной действительности. И в
списке действительных членов Российской академии наук за всю историю ее
существования он числится как «физик и электротехник».
Но вот что интересно: избран он был в
академики в 1830 году в возрасте 26 лет еще до своих электродинамических
открытий. Спрашивается, за какие заслуги?
Как стать академиком
Заслуга перед фундаментальной наукой у
учителя петербургской немецкой гимназии Св. Петра (знаменитой Петришуле на
Невском проспекте, 22), доктора философии (по-нынешнему — кандидата наук) Эмиля
Ленца была тогда только одна — его доклад «О физических наблюдениях, сделанных
во время кругосветного плавания под командованием капитана Коцебу в 1823–1826
годах». Сей доклад в 1828 году представил в Академию наук ректор Дерптского
университета академик Егор Иванович (Георг Фридрих) Паррот, добрый гений Ленца
с его, Ленца, студенческих дней в Дерпте.
Этот доклад послужил поводом для
ходатайства академиков Паррота, Эдуарда Давыдовича Коллинса (директора
Петришуле) и Николая Ивановича Фусса (самого заслуженного и уважаемого
патриарха академии на тот момент) о назначении Эмиля Ленца адъюнктом академии.
Осенью 1829 года Ленц делает этот свой доклад на заседании Академии наук, а на
следующий год публикует его сокращенную версию «О воде различных морей с точки
зрения ее температуры и содержания солей» в Annales de Chimie et de Physigue. В
полном виде он выходит в Memoires de l'Academie imperiale des sciences
de St.-Petersbourg в 1831 году, когда Ленц уже год как избран
экстраординарным академиком Императорской академии наук.
В 1834 году, после открытия правила своего
имени, он становится ординарным академиком, и дальше в истории науки вся его
другая научная работа уходит в тень его работ по электродинамике и
электротехнике. Между тем он до конца жизни не прекращал писать и публиковать
работы по геофизике, в основном по физике океана, и, став профессором
Санкт-Петербургского университета, а потом его ректором, читал студентам специальный
курс, который сейчас назвали бы «введением в океанологию».
Дело даже не в том, что его не отпускали
юношеские впечатления о его первой научной экспедиции в Мировом океане на шлюпе
«Предприятие» под командой капитана Коцебу, а в том, что в этой области он
сделал открытия того же калибра, что и в электродинамике. Только о них последующие
поколения исследователей океана — нет, не забыли, а почему-то воспринимали их
как само собой разумеющееся и даже кое-что потихоньку присваивали себе.
Студенческий отряд
Эмиль Ленц родился в1804 году в городе
Тарту, или, как он тогда назывался, Дерпте, в семье обер-секретаря городского
магистрата. По окончании гимназии по совету своего дяди, известного химика
профессора Гизе, он поступил на философский факультет Дерптского университета
(там изучили химию и другие естественные науки). Но после отъезда дядюшки за
границу по какой-то причине перешел на теологический факультет, где учился на
сельского пастора и даже выучил для этого эстонский язык. Его пасторской
карьере помешал профессор физики Паррот — возможно, по просьбе Гизе. По
протекции Паррота 19-летний студент Ленц получил приглашение принять участие в
кругосветном плавании на шлюпе «Предприятие».
Командиру шлюпа капитан-лейтенанту Коцебу
(кстати, сыну довольно известного драматурга того времени) было поручено
доставить грузы на Камчатку и вести крейсерство у берегов Алеутских островов,
где были русские поселения, вплоть до прихода другого корабля ему на смену.
Одновременно ему разрешалось производство географических исследований, но «не в
ущерб основным заданиям». Научный отряд на шлюпе был «студенческим».
Кроме физика Ленца в него входили студенты
Дерптского университета Вильгельм Прейс (астрономия), Эраст Гофман (геология),
а также бывший студент этого университета Иван Эшшольц (корабельный врач),
который уже совершил кругосветное плавание с лейтенантом Коцебу в 1815–1818
годах на бриге «Рюрик» и в ходе его собрал такую богатую коллекцию флоры и
фауны, что к моменту отплытия шлюпа «Предприятие» был уже довольно известным в
Европе зоологом и ботаником. А в ходе плавания на «Предприятии» в честь
Эшшольца была названа открытая в Тихом океане группа островов, которая сейчас
называется атоллом Бикини. Все студенты по возвращении из плавания получили от
российского правительства щедрые премии, и их дальнейшая научная и
административная карьера складывалась успешно.
Вьюшка Ленца
Сейчас часто пишут, причем даже в солидных
научных работах по истории науки, что для отбора воды с разных глубин Ленц
(вариант — Паррот и Ленц) изобрел(и) батометр. Конечно же, нет. Батометр —
сосуд для отбора забортной воды — был известен еще в XVIII веке. Паррот и Ленц
лишь усовершенствовали его для отбора воды с километровых глубин и снабдили
термометром. Что изобрел Ленц, так это приспособление к лебедке для опускания
лота для промера глубин. Лот — конусовидный груз (обычно из свинца) — опускали
на веревке за борт. Когда он касался дна, натяжение веревки ослабевало, и
очередная саженная или футовая метка на ней показывала глубину.
Но для измерения больших глубин сам лот
был очень тяжелым, больше центнера весом, и веревку в нем заменяли на стальную
цепь. Вытравленная за борт, она могла весить больше самого лота. В итоге лот
ложился на дно, а вместе с ним начинала ложиться цепь. Уловить этот момент было
проблематично. Вот для этого Ленц и придумал устройство к лебедке — вьюшку, как
ее назвали, которая тормозила и делала равномерной скорость разматывания цепи с
барабана, что позволяло почувствовать момент, когда лот касался дна. Только
спустя годы «вьюшка Ленца» вдруг стала «лотом Томсона», того самого лорда
Кельвина.
Соленость морской воды в пробах Ленц
определял по ее удельному весу. Упарить воду, а потом взвесить осадок соли в
корабельных условиях того времени было нереально. Как показало время, измерения
Ленца солености и температуры морской воды на разных горизонтах до двухкилометровой
глубины стали классическими по своей точности. Полвека спустя аналогичные
измерения английской океанографической экспедиции на судне «Челенджер» и
измерения известного русского ученого и флотоводца Степана Макарова на корвете
«Витязь» 70 лет спустя полностью подтвердили все данные Ленца, хотя и
батометры, и другая аппаратура у них были намного совершеннее.
Главное океанологическое открытие
Его Ленц сделал в ходе анализа измеренных
им температур океана на разных глубинах. Прежде всего под седьмым градусом
с. ш., то есть в тропиках, на глубине 574 сажени (немногим больше
1 км) температура воды оказалась меньше двух градусов Реомюра (+2,2
градуса по Цельсию). На тот момент это был рекорд, самая низкая температура из
когда-либо измеренных на таких глубинах. То, что с глубиной температура воды
снижается, знали, наверное, еще доисторические ученые, а уж ученые Нового
времени и подавно это знали. Но чтобы она снижалась до такой низкой температуры
в тропиках, чего вдруг?
Более того, «в тропическом бассейне все
наблюдения показали уменьшение температуры морской воды с увеличением глубины
по крайней мере до 1000 саженей,— писал Ленц.— Это уменьшение бывает сначала
быстрым, потом делается медленнее, и в глубине 300 футов оно бывает едва
заметным, тут температура постоянно около 2 или 3 градусов Реомюра. При этом,
однако, замечено, что понижение температуры в экваториальных странах идет
быстрее, чем в высших широтах; так, например, на экваторе и в поясах, к нему
прилегающих, температура на поверхности 23 градуса по Реомюру, а температуру 12
градусов встречают уже в глубине 400 футов, между тем как на 25 градусах сев.
широты, чтобы получить ту же температуру, надо спуститься на 600 футов и более;
из этого видно, что вода на экваторе как бы поднимается».
Таким образом, Ленц доказал, что помимо
течений, вызываемых ветрами и наклоном ложа океана, существует более
масштабная, глобальная меридиональная циркуляция океанических вод. Теплые воды
тропиков поверхностными течениями выносятся в высокие широты, а холодные
полярные воды с глубинными течениями проникают в низкие широты и там
поднимаются вверх. Все дальнейшие исследования динамики океанических вод
строились и строятся поныне исключительно в рамках этой парадигмы.
Потеря памяти
На протяжении тридцати лет известный
электрофизик профессор Ленц читал лекции по морской гидрографии в
Санкт-Петербургском университете и Морском корпусе. Если не считать его схемы
поверхностных течений в Мировом океане и теории происхождения ветровых волн
(они сейчас несколько иные), то по его учебнику «Физическая география» (1851),
а точнее, по главе III «О жидкой поверхности Земли» в нем, вполне можно
преподавать гидрографию и в современных университетах.
Но обо всем этом, как уже сказано, не
помнят. В нашей стране не так давно был самый большой в мире научный флот,
больше сотни вымпелов, и примерно треть из них неограниченной мореходности, то
есть ходившие в океан. Они носили на своих высоких белых бортах имена прославленных
геофизиков и океанологов прошлого, но только не Эмиля Ленца. Было лишь одно каботажное
суденышко «Эмиль Ленц» (порт приписки — Таллин), которое числилось с 1959 по
1969 год за УГМС Эстонской ССР. Потом его списали и отправили на переплавку.