Андерс Цельсий (1701 — 1744) больше всего известен как изобретатель температурной шкалы, которой бóльшая часть населения Земли пользуется до сих пор. Шкалу Цельсия считают самой привычной, а потому и удобной.
Впрочем, если шкалу измерения температуры и считать главным научным достижением Андерса Цельсия, то достижение это не единственное. Цельсий был астрономом, и за ним числится немало открытий в области небесных сфер.
Детство и юность
Андерс Цельсий родился в 27 ноября 1701 года в Уппсале, старом университетском городе Швеции. Место рождения определяет многое. Андерс Цельсий, был, можно сказать, потомственным астрономом. И отец его, и дед были известными астрономами, а мать – дочерью астронома.
В свою очередь, молодой человек без страха последовал по пути, проложенному предками. Уже в двенадцатилетнем возрасте проявились таланты Андерса; он перерешал все задачи из университетского учебника математики. После учёбы в Уппсальском университете в возрасте 29 лет он сменил отца на посту профессора астрономии.
Научные путешествия в Европу
Несколько лет спустя Цельсий предпринял поездку по европейским университетам, чтобы, как говорится, людей посмотреть и себя показать. Подобные поездки были не только обычными для той поры, но считались обязательными для более или менее успешного учёного. Цельсий побывал в астрономических обсерваториях Берлина и Нюрнберга, а затем – в астрономических обсерваториях Италии, а также в Лондоне и Париже.
Аврора Бореалис
В Нюрнберге он и опубликовал результаты более чем 300 своих наблюдений за северным сиянием, которое по-латыни называется очень красиво, «Aurora Borealis». Этими наблюдениями было чётко установлено, что в момент появления на ночном небе огненных всплесков, происходят значительные колебания магнитного поля Земли. Магнитная стрелка компаса при этом колеблется, отклоняясь от обычного положения тем больше, чем интенсивнее сияние. Таким образом, Андерс Цельсий доказал, что природа Северного сияния связана с магнетизмом.
Сейчас астрономам известна причина этого явления. Заряженные частицы, испускаемые Солнцем (солнечный ветер) под влиянием магнитного поля Земли отклоняются к магнитным полюсам нашей планеты. Здесь в верхних, разрежённых, слоях атмосферы эти частицы сталкиваются с атомами и молекулами газов, чаще всего, кислорода и азота. При этом атомы и молекулы возбуждаются и излучают электромагнитные волны. Излучение в видимом диапазоне наблюдается как полярное сияние. Излучение в невидимом диапазоне вызывает возмущение магнитного поля, то самое, что приводит к колебаниям магнитной стрелки компаса.
Какой формы Земля?
Находясь в Париже, Андерс Цельсий познакомился с астрономом Пьером Луи де Мопертюи (Pierre-Louis Moreau de Maupertuis; 1698 —1759). Это знакомство стало началом большого путешествия и большой научной работы.
Дело в том, что в 1730-е годы среди астрономов усилился спор об истинной форме Земли. Главными спорщиками были трое учёных, Ньютон, Гюйгенс и Кассини. Нет, они не спорили о том, является ли Земля плоской. Подобные прения – это удел только нашего сверх образованного века. Речь шла о том, что форма нашей планеты немного отличается от шарообразной.
Гюйгенс и Ньютон утверждали, что из-за своего вращения вокруг оси наша планета немного сплюснута в районе полюсов. А вот директор Парижской обсерватории Джованни Доменико Кассини на основании проведенных им геодезических измерений длины меридиана пришел к выводу о том, что длина одного градуса меридиана уменьшается к северу. То есть, Земля должна быть у полюсов не сжата, а наоборот, растянута.
Чтобы получить однозначный ответ на этот вопрос, Французская академия наук снарядила в 1735—1736 годах две экспедиции в разные стороны. Одна экспедиция уплыла в Америку, на территорию современного Эквадора, то есть, фактически, на экватор. Её, кстати, возглавлял математик Шарль-Мари Кондамин, который вместе с Вольтером придумал способ нажиться на проводимой государством лотерее. И, что характерно для математиков, осуществил этот способ с немалой выгодой для себя. Вторую экспедицию, которую должен был возглавить Мопертюи, отправляли как можно ближе к полюсу, за Полярный круг, в Лапландию. Обе экспедиции должны были с достаточной степенью точности измерить длину одного градуса земного меридиана, и это позволило бы выяснить, какая именно из двух гипотез верна. Спойлер: правы оказались Ньютон с Гюйгенсом. А Кассини ошибся в расчётах, из-за чего сделал неправильные выводы.
Экспедиция в край белых ночей
Кому ехать в Лапландию, чтобы измерять меридиан, как не шведу и как не астроному? Мопертюи пригласил Цельсия присоединиться к его экспедиции, и тот согласился. Поездка к Полярному кругу началась в 1736 году. Группа учёных отправилась на север Швеции, в Торнедален, где и произвели все необходимые измерения. Кстати, подобные измерения формы нашей планеты и её уточнения важны даже сейчас, почти триста лет спустя. Неидеальность формы Земли учитывается и при запуске спутников, и при вычислениях, связанных с определением геолокации. Без этого не работали бы системы спутниковой навигации, которыми мы ежедневно уверенно пользуемся на улицах и дорогах.
За участие в Лапландской экспедиции французское правительство назначило Цельсию пенсию в размере 1000 ливров в год. Кроме того, участие в этом проекте принесло Цельсию европейское признание, а значит, научный и административный авторитет. По возвращении в Упсалу он получил полномочия и средства для создания в родном университете современной обсерватории. Обсерватория была построена в 1741 году. Цельсий смог начать новые астрономические исследования. Он разработал фотометрический метод измерения интенсивности звездного света и подготовил фотометрические каталоги, куда занёс сотни звёзд. Среди заслуг Андерса Цельсия также работы по переводу Швеции с юлианского календаря на григорианский . Переход этот произошёл уже после смерти учёного 1 марта 1753 года.
Но за всё надо платить. Долгое пребывание в Торнедалене и нелёгкая работа на зимнем морозе сказались на здоровье Цельсия. У него развился туберкулёз, и он скончался в Уппсале 25 апреля 1744 года.
Градусы Цельсия
Андерс Цельсий проводил также и метеорологические наблюдения, но точность используемых для этого термометров его не удовлетворяла.
Он использовал ртутные термометры, первые из которых изобрёл в 1724 году Габриэль Даниэль Фаренгейт. Одной из реперных точек (960 F) шкалы Фаренгейта была установлена нормальная температура человеческого тела, что было попросту неудобно, да и не точно. Французский естествоиспытатель и натуралист Рене Антуан Реомюр в 1730 году предложил свою шкалу. В качестве опорных точек он использовал точки замерзания воды, которую Реомюр посчитал нулевой и точку кипения спирта. Её Реомюр установил в 80 градусов, посчитав, что при нагревании до температуры кипения объём спирта увеличивается приблизительно на 8%, а значит шкалу легко сделать равномерной. Но изготовители термометров с температурной шкалой Реомюра немного перепутали и решили, что 80 градусов по Реомюру– это температура кипения воды. Опять неудобство!
Всего же в начале 18 века существовало более 30 различных температурных шкал. И каждая из них была по-своему неудобна. Поэтому в 1742 году Андерс Цельсий разработал шкалу температур на основе двух опорных точек, приняв за ноль температуру кипения воды, а за 100 градусов – температуру её замерзания. Новая температурная шкала была представлена Шведской академии наук. Академики высоко оценили изобретение Цельсия. Вскоре после смерти учёного, в 1744 году, Карл Линней совершил маленький переворот в науке. Он перевернул шкалу, придуманную Цельсием так, чтобы точке замерзания воды соответствовали 0 градусов, а точке кипения – 100 градусов. Так может стоит шкалу Цельсия называть шкалой Линнея?
