Испанским флотом, отправившимся в Азию, командовал португальский мореплаватель по имени Фернан Магеллан. Он повел пять кораблей через Атлантический океан на юг, прошел вдоль побережья Бразилии и обогнул Южную Америку.
Кругосветное плавание Магеллана было прервано, когда он оказался втянутым в межплеменную войну на Филиппинах. Он стал одной из первых ее жертв.
Экспедиция Магеллана была лишь второй попыткой европейцев отправиться на запад от Америки: за несколько лет до этого испанский исследователь пересек Панамский перешеек и достиг западного берега. Магеллан назвал океан «мирным морем», до нас же дошло название «Тихий». Чтобы пересечь самый большой океан на Земле понадобилось более трех месяцев (его площадь равна площади всех океанов вместе взятых). Спустя полтора года флот подошел очень близко к Островам Пряностей и остановился в Себу (город на Филиппинах). Магеллан оказался втянутым в местную войну и погиб в стычке. Завершить кругосветное путешествие и, обогнув Африку, привести флот обратно в Испанию выпало мореплавателю Хуану Себастьяну Элькано. Плавание продлилось чуть менее трех лет. Из 270 членов первоначального состава вернулись только 18 человек.
Южная оконечность Южной Америки называется мыс Горн. Его береговая линия испещрена бухтами, островами и заливами. Магеллан назвал это место Огненной Землей (Tierra del Fuego), потому что европейские моряки по ночам видели на берегу множество костров, зажженных аборигенами, которые грелись возле них — или, возможно, готовились к атаке. Магеллан решил зайти в бухту с соленой водой и по ней попал из Атлантического океана в Тихий. Теперь она называется Магелланов пролив.
Происхождение металлов
В Средневековье изучением камней, минералов и металлов занимались преимущественно маги-алхимики. В 1556 году немецкий врач Георг Павер применил более здравый научный подход.
Главной целью алхимии было раскрыть секрет волшебства, стоящего за тем, что мы сегодня называем химическими реакциями. Типичный алхимик мечтал быстро разбогатеть, научившись превращать свинец в золото или открыв эликсир бессмертия. В конечном счете усилия алхимиков оказались бесплодными, но именно они начали систематизацию полезных веществ, в особенности различных металлов. В 1556 году Георг Павер, врач из шахтерского городка на территории современной Чехии, опубликовал справочник «О горном деле и металлургии». Он взял псевдоним Агрикола, что на латыни значит «крестьянин» (такое же значение имеет его фамилия «Павер» в некоторых землях Германии).
Книга Агриколы полна практических советов, дополненных иллюстрациями о том, как находить и добывать минералы.
В книге рассказывается, как распознавать руды, где искать месторождения, а также говорится о новейших технологиях добычи и выплавки металлов в XVI веке. Труд Агриколы был не единственным техническим справочником своего времени, но оказался самым полезным, им пользовались и 200 лет спустя.
Подводная лодка
Исследование океанских глубин началось с водолазного колокола. В 1578 году английский математик Уильям Борн выдвинул идею строительства лодки, которая могла бы перемещаться под водой. Задача была не из легких!
По задумке Борна лодка представляла собой судно из водонепроницаемой кожи, натянутой на деревянный каркас; она погружалась в воду за счет храповых механизмов, которые стягивали ее изнутри, уменьшая в объеме. Борн так и не построил свое судно, поэтому создателем первой действующей подводной лодки считается нидерландский изобретатель Корнелиус Дреббель. Подводная лодка Дреббеля — деревянный корпус, обтянутый смазанной жиром кожей — похожа на предложенную Борном. Она передвигалась при помощи весел, проходящих через плотно прилегающие кожаные уключины. В 1620 году Дреббель успешно погрузился в Темзу на глубину 4–5 м. В дальнейшем подводные суда использовались только в военных целях, и лишь в 1960 году были разработаны глубоководные аппараты для океанографических исследований на больших глубинах.
Это изображение подводной лодки Дреббеля, погруженной в воду, было скорее попыткой выдать желаемое за действительное. Воды Темзы, протекающей через Лондон, никогда не были достаточно прозрачными, чтобы можно было увидеть судно под водой — тем более в XVII веке, до изобретения канализации.
Атмосферное давление
«Природа не терпит пустоты» — это изречение уходит корнями во времена Аристотеля и античности. Но исследования возможности существование вакуума, привели к новому пониманию свойств атмосферы и созданию важнейшего инструмента для предсказания погоды.
С помощью ртутного столба Торричелли удалось доказать существование атмосферного давления, и это имело далеко идущие последствия не только для метеорологии, но и для фундаментальных наук, таких как физика и химия.
Эта история, как и многие научные истории XVII века, связана с именем Галилео Галилея, который уже прославился своими открытиями об устройстве Солнечной системы. В 1630 году, когда он был на пике славы, его попросили объяснить, почему сифонный насос не может поднять воду на холм. В то время принцип действия видели в том, что насос будет втягивать воду через сифон, создавая, по меньшей мере, возможность вакуума. Вода будет заполнять образовавшуюся пустоту, подчиняясь емкому афоризму Аристотеля, и потечет по трубе. Галилей предположил, что даже у силы вакуума есть свой предел. После смерти Галилея его помощник Эванджелиста Торричелли вернулся к этой проблеме и исследовал ее на модели сифона, уменьшенной в 10 раз. Он запаял один конец стеклянной трубки и наполнил ее ртутью, плотность которой в 14 раз больше плотности воды, и поместил открытый конец трубки в чашу с ртутью.
Уровень ртути в трубке всегда падал до 76 см. Оказалось, что у ртутного столба есть своя предельная высота, и она примерно в 14 раз меньше предельной высоты водяного столба в сифоне.
Корнелиус Дреббель зарабатывал на жизнь, развлекая европейских правителей демонстрацией своих изобретений. Кроме подводной лодки, он также представил «перпетуум мобиле», или вечный двигатель. Это была хитроумная конструкция — кольцо из стеклянной трубки, заполненной водой, где с одной стороны было отверстие, а с другой — пузырь воздуха. Дреббель очень зрелищно демонстрировал, как вода постоянно перемещается в трубке. Он объяснял это приливными силами и астрологией, меняя объяснения в зависимости от собравшейся аудитории. Считается, что Шекспир в пьесе «Буря» 1611 года создал персонажа Ариэль, духа, порабощенного волшебником Просперо, вдохновившись «вечным двигателем» Дреббеля. На самом деле это устройство работало за счет естественных изменений температуры и давления воздуха, из-за чего вода перемещалась туда и обратно. Ученые того времени интересовались менее сложными J-образными версиями этого прибора, которые были прообразами термометров.
Это стало для Торричелли достаточным основанием, чтобы перевернуть теорию насосов и вакуума с ног на голову. Он обнаружил, что жидкость поднимается не за счет тяги, создаваемой вакуумом, а потому, что на нее давит вес воздуха. Столб достигал предельной высоты, когда его вес уравновешивался весом воздуха. Это снискало Торричелли славу изобретателя барометра — устройства для измерения атмосферного давления, хотя другие пытались сделать это и до него.
В 1647 году Торричелли умер от тифа, и в следующем году француз Блез Паскаль продолжил его исследования. Он послал своего зятя Флорена Перье в Клермон-Ферран, к подножию Пюи-де-Дом — потухшего вулкана высотой 1460 м. Перье установил один ртутный барометр в городе, где на протяжении всего дня уровень ртути оставался неизменным, а другой такой же прибор взял в горы. Перье педантично замерял уровень ртути по мере своего восхождения и при каждой остановке обнаруживал, что чем выше он поднимался, тем ниже опускался уровень ртутного столба. Как и предполагал Паскаль, атмосферное давление падало с увеличением высоты, поскольку вес воздушного столба уменьшался. Но и на уровне моря давление время от времени колебалось. Падение уровня ртутного столба вскоре связали с периодами переменчивой, дождливой погоды, в то время как высокое давление предвещало погоду тихую и ясную. Однако в то время никто не понимал, почему это происходит.
Ртутная трубка Торричелли стала ключевым инструментом для нового поколения ученых эпохи Просвещения, а технология обработки стекла помогла создать первые точные термометры 50 лет спустя.
Метеосводки
Очевидно, что изменения в природе происходят не внезапно. Об их приближении можно догадаться по множеству признаков, за которыми удобнее всего было наблюдать на обширной территории, — тогда прогнозы погоды становились точнее. В 1654 году итальянский герцог и ученый-любитель создал такую систему наблюдения.
Фердинандо II Медичи активно поддерживал развитие новых наук в Италии эпохи Возрождения.
Фердинандо II Медичи, великий герцог Тосканский, жил в Палаццо Питти, роскошном здании в самом сердце Флоренции. Флоренция была центром эпохи Возрождения, и Фердинандо, увлеченный алхимик-любитель, общался с великими художниками, инженерами и представителями нового поколения ученых, такими как Галилей. Его завораживали новые изобретения и чудеса техники: гигрометр, измеряющий влажность; анемометр, измеряющий скорость ветра; барометр для измерения атмосферного давления; термоскоп — грубый прототип термометра. Считается, что Фердинандо, вдохновившись работами Галилея, изобрел термометр Галилея, в котором использовались стеклянные колбочки-поплавки, наполненные спиртом под разным давлением. Эти колбочки плавали в цилиндре с водой, то всплывая к поверхности, то опускаясь, так как с изменением температуры воздуха менялась их плотность. Устройство выглядело красиво, но пользоваться им было неудобно.