Изложение системы мира - Лаплас Пьер Симон - Страница 69

Из сказанного видно, что исследование общих отношений между явлением приливов и воздействием Солнца и Луны на море, к счастью, восполняет невозможность интегрирования дифференциальных уравнений этого движения и незнание нами данных, необходимых для определения произвольных функций, входящих в их интегралы. В результате мы получаем полную уверенность в том, что в соответствии с законом всемирного тяготения единственной причиной этих явлений является притяжение этих двух светил.

Если бы Земля не имела спутника и её орбита была круговой и расположенной в плоскости экватора, то чтобы обнаружить действие Солнца на океан, мы бы имели всегда один и тот же час полной воды и закон, по которому она поднимается. Но влияние Луны, складываясь с действием Солнца, создаёт в приливах изменения, зависящие от её фаз, согласие которых с наблюдениями увеличивает достоверность теории тяготения. Все неравенства движения, склонения и расстояния этих двух светил порождают множество явлений, обнаруженных наблюдениями и делающих эту теорию неуязвимой; так, существование причины доказывается разнообразием её действий. Воздействие Солнца и Луны на море, как необходимое следствие всемирного тяготения, указываемого всеми небесными явлениями, непосредственно подтверждается явлениями приливов, в чем не приходится сомневаться. Теперь оно настолько очевидно, что в этом вопросе существует единодушное согласие между учёными, знакомыми с этими явлениями и достаточно искушёнными в геометрии и механике, чтобы понять его связь с законом тяготения. Длинный ряд наблюдений, ещё более точных, чем те, которые уже сделаны, исправит уже известные элементы, установит величины тех из них, которые вызывают сомнения, и откроет явления, скрытые до сих пор в погрешностях наблюдений. Приливы не менее интересны для изучения, чем неравенства небесных движений. В течение долгого времени их не изучали с достаточной точностью из-за тех неправильностей, которые в них имеются. Но эти неправильности исчезают при увеличении числа наблюдений. В Бресте, положение которого особенно благоприятно для наблюдения этих явлений, это число даже не должно быть очень большим. Мне остаётся рассказать о методе определения времени прилива в какой-либо день. Каждый из наших портов можно рассматривать для этой цели находящимся в конце канала, в устье которого частичные приливы приходят точно в самый момент прохождения светил через меридиан и затрачивают 3/2 суток, чтобы дойти до его конца; предполагается, что порт лежит восточнее устья на некоторое число часов, которое я называю основным часом порта. Его легко вывести из прикладного часа, учитывая, что этот последний есть час прилива, совпадающего с сизигией. Так как в это время запаздывание прилива ото дня ко дню равно 2705 с [2337s], за 3/2 суток оно составит 3951 с [3414s]. Эту величину надо прибавить к прикладному часу, чтобы получить основной час. Теперь, если увеличить время приливов у устья на 15 часов плюс основной час, мы получим момент соответствующего прилива в порту. Таким образом, проблема сводится к определению моментов прилива в некотором месте, долгота которого известна, при условии, что частные приливы происходят в моменты прохождения светил через меридиан. Анализ даёт для этого очень простые и легко табулируемые формулы.

Большие приливы часто производили в портах и на берегах большие бедствия, которые можно было бы предупредить, если бы о высоте прилива было известно заранее. Ветры могут иметь значительное влияние на эти явления, однако их невозможно предвидеть. Но можно с уверенностью предсказать влияние Солнца и Луны, и этого чаще всего достаточно, чтобы уберечься от несчастий, которые могут произвести высокие приливы, если к обычным причинам прилива присоединится действие ветра. Чтобы морские департаменты могли пользоваться этими достижениями науки, Бюро долгот каждый год в своих эфемеридах публикует таблицу сизигийных приливов, принимая за единицу их среднюю высоту в сизигиях во время равноденствий.

Я так подробно остановился на приливах и отливах моря, потому что из всех эффектов притяжения небесных тел они ближе всего к нам и больше всего заметны. Помимо этого, они казались мне особенно удобными, чтобы показать, как из большого числа даже не очень точных наблюдений можно узнать и определить законы и причины явлений, для которых невозможно получить аналитические выражения путём составления и интегрирования их дифференциальных уравнений. Таковы действия солнечного тепла на атмосферу при возникновении пассатных ветров и муссонов и на регулярные суточные и годичные изменения в показаниях барометров и термометров.

Глава XII ОБ УСТОЙЧИВОСТИ РАВНОВЕСИЯ МОРЕЙ

Некоторые нерегулярные причины, такие, как ветры и землетрясения, волнуют море, поднимают его на большую высоту и иногда выводят его из границ. Однако наблюдения показывают, что оно стремится вновь принять состояние равновесия и что различные виды трения и сопротивления скоро возвращают его к равновесию без воздействия Солнца и Луны. Это стремление создаёт прочное, или устойчивое равновесие, о котором мы говорили в книге третьей. Мы видели, что равновесие системы тел может быть абсолютным, т.е. сохраняться, каковы бы ни были небольшие испытываемые им нарушения. Оно также может быть относительным и зависеть от природы первичного потрясения. Какого же рода устойчивость равновесия морей? Наблюдения не могут нам на это уверенно ответить, так как, хотя среди почти бесконечного разнообразия колебаний, испытываемых океаном под воздействием нерегулярных причин, он и представляется всегда стремящимся к состоянию равновесия, всё же можно опасаться, что какая-нибудь необыкновенная причина сообщит ему колебание, вначале незначительное, но которое, всё больше и больше возрастая, поднимет его выше самых высоких гор; это объяснило бы некоторые явления естественной истории. Поэтому интересно найти условия, необходимые для абсолютной устойчивости равновесия морей, и исследовать, имеют ли место эти условия в природе. Подвергнув этот предмет анализу, я убедился, что равновесие океана стабильно, если его плотность меньше, чем средняя плотность Земли; это очень вероятно, так как естественно думать, что её слои тем плотнее, чем они ближе к центру. Мы уже видели, что это подтверждается измерениями маятников и градусов меридианов и наблюдённым притяжением гор. Итак, море находится в состояний устойчивого равновесия, и если, в чем трудно сомневаться, оно когда-то покрывало континенты, сегодня высоко поднявшиеся над его уровнем, причину этого надо искать не в недостаточной устойчивости его равновесия. Анализ показал мне ещё, что эта устойчивость перестала бы существовать, если бы средняя плотность моря превзошла плотность Земли, так что устойчивость океана и избыток плотности земного шара над плотностью покрывающей его воды взаимно связаны между собой.

Глава XIII О КОЛЕБАНИЯХ АТМОСФЕРЫ

Чтобы достичь океана, действие Солнца и Луны проникает сквозь атмосферу, которая поэтому испытывает их влияние и подчиняется движениям, подобным движениям моря. Это порождает периодические изменения в показаниях барометра и периодические по силе и направлению ветры. Эти ветры очень незначительны и мало заметны в очень неспокойной атмосфере. Амплитуда колебаний барометра — меньше 1 мм даже на экваторе, где она самая большая.

В IV книге «Небесной механики» я дал теорию всех этих изменений и обратил на них внимание наблюдателей. Представляется, что лучше всего наблюдать изменения показаний барометра на экваторе. Там они имеют не только наибольшую величину, но и наименьшие отклонения, вызванные нерегулярными причинами. Однако, подобно тому, как побочные обстоятельства значительно увеличивают высоты приливов в наших портах, они могут таким же образом увеличивать и колебания атмосферы, а также соответствующие им колебания показаний барометра, в чем интересно убедиться путём наблюдений.

Атмосферный прилив происходит по трём причинам. Первая из них — это непосредственное действие Солнца и Луны на атмосферу; вторая — периодическое поднятие и опускание океана, подвижного основания атмосферы, и, наконец, третья — притяжение этого газа морем, фигура которого периодически изменяется. Так как эти три причины вытекают из тех же сил притяжения Солнца и Луны, в соответствии с принципом, на котором я обосновал свою теорию приливов, они, как и их действия, имеют те же периоды, что и эти силы. Поэтому атмосферные приливы подчинены тем же законам, что и приливы в океане. Они также являются сочетанием двух частичных приливов, производимых один — действием Солнца, а другой — Луны. Период солнечного атмосферного прилива равен солнечным полусуткам, а лунного прилива — лунным полусуткам. Поскольку в Бресте действие Луны на море в три раза больше солнечного, лунный атмосферный прилив, по крайней мере, в два раза больше солнечного прилива. Этими соображениями мы должны руководствоваться при выборе наблюдений, пригодных для определения таких малых величин и способа их комбинирования, чтобы наиболее полно исключить влияние причин, производящих большие изменения показаний барометра.