Pour la science (№ 438) — толщина льда на полюсе

Статья из рубрики «История науки» — мне всё больше и больше нравится этот раздел, крайне интересно следить за тем, что было в голове у людей в какое-то время, пытаться понять, что можно было думать без тех знаний, которые есть сейчас у тебя. Это именно то, что мне нравится в преподавании — держать в голове одновременно несколько картин: то, что знаешь ты; то, что знает / может знать студент, учитывая знания, которые ты ему выдал; что сейчас можно объяснять студенту, и что он после этого будет думать (в более общем случае — всю программу курса, как именно ты пытаешься перевести студента из его начального состояния в то конечное, на котором ты собирался завершить курс).

Из этой рубрики была статья о теории Коперника и прекрасная теория формирования гор на Земле.

На этот раз — оценка толщины полярного льда. Начинается с выкладок Даламбера, доказавшего, что солнечного тепла на северном полюсе более чем достаточно, чтобы там лёд вообще никогда не смог сформироваться. Затем приходит наш герой (по совместительству автор романа «Поль и Виржини», именем которого назван парк в 500 метрах от нашего дома — тесен мир), выдвигающий теорию формирования приливов и отливов. Очевидно, говорит он, в течение дня Солнце то освещает северный полюс (день), то не освещает (ночь). Днём там тают льды, лишняя вода устремляется в океан — получите прилив. Автор был в курсе цикла приливов, отличающегося от суточного цикла на 24 минуты, поэтому доработал теорию, чтобы объяснить и этот эффект (прилив — это не просто волна талой воды, это наложение нескольких волн, и при определённых условиях можно вывести именно 24 минуты отставания). Аналогично и морские течения — они, очевидно, формировались годовыми циклами таяния льда на северном и южном полюсах.

Следующий вопрос, над которым он начал работать — оценка толщины льда. Предлагались три независимых метода:
1. Оценить толщину льда по форме тени Земли во время лунного затмения (ну какая фантазия у человека!)
2. Экстраполировать толщину снега по известным нам данным (во Франции снега мало, в Германии больше, в России совсем всё хорошо — вывод, на северном полюсе должно быть...)
3. Использовать данные скорости морских течений (связь со льдом см. выше), используя данные о скорости и перепаде высот континентальных рек.

Затем он взялся за оценку площади льда, исходя из интенсивности северного сияния: рабочая гипотеза говорила, что северное сияние — это отражение солнечного света от земной поверхности. В качестве подтверждения приводились цвета северного сияния: жёлтые и красные отблески объяснялись разными породами почв, зелёные — лесами Сибири. Доминирующий белый цвет — это, конечно же, снег. К слову, говорит автор, капитан Кук наблюдал южное полярное сияние — белое с редкими синими всполохами. В полном согласии с теорией — снег и голубая вода океана, всем же известно, что на юге земли нет.

Оценив площадь и толщину, автор задался вопросом, что было бы, если бы весь этот лёд растаял — и так он объяснил легенду о всемирном потопе. Более того, помимо всеобщего затопления, потоки талой воды разнесли животных из одного конца планеты в другой, именно поэтому археологи находят останки (африканских) слонов в Сибири.

И тут апофеоз: несмотря ни на что, теорию Бернардена сильно критиковали учёные того времени, и ей не удалось потеснить господствовавшую в то время теорию свободного тот льда Северного океана (см. первую фразу про Даламбера). Вот именно за это я люблю эту рубрику — человек на основании совершенно левых аргументов делает правильные выводы. А современники его мочат за ошибки в теории, чтобы оставить другую тоерию, у которой не только методы, но и выводы неверны.
Поиски свободного океана были заброшены лишь в начале XX века.

Pour la science (№ 438) — Гиннесс

Статья о пиве — авторы задаются вопросом, почему в бокале Гиннесса пузырьки воздуха не поднимаются наверх, как во всех остальных сортах пива, а опускаются вниз. Даже не дочитав до конца статью, я понял, что я закажу в следующий раз, когда мы с коллегами пойдём пить пиво.

Оказывается, у Гиннесса не тот же газ, под давлением которого наливается пиво, что у остальных сортов — обычно используется углекислый газ, а Гиннесс работает на азоте. Сделано это было для того, чтобы избежать кислого привкуса углекислого газа, к тому же, пузырьки азота меньше, побочно получается более мягкая пена. Проблема с азотом в том, что ему нужны более сильные турбулентности для вспенивания, просто потока из-под крана недостаточно (в отличие от углекислого газа). Поэтому и краны для Гиннесса особенные — как у душа, кран закрыт диском с множеством маленьких дырочек для вспенивания пива.

Для того, чтобы сохранить азот и в пиве из банок, в банки вкладывают капсулы с азотом — при открытии банки, они выделяют нужный для правильного вспенивания газ. Мне тут же захотелось вскрыть банку из-под Гиннесса, чтобы увидеть останки этой капсулы (в Википедии есть фотографии, но это же не то!). Пиву на углекислом газе капсулы не нужны — углекислый газ хорошо растворяется в пиве, в отличие от азота, который практически весь остаётся в газообразном состоянии над пивом, и который улетучивается, как только вы открываете банку.

Возвращаясь к направлению пузырьков — схема достаточно сложная, эффект зависит от формы бокала. Стандартный бокал Гиннесса (см. иллюстрацию справа) расширяется кверху. В центральной части столб жидкости получается выше, чем у краёв. Поскольку количество газа пропорционально объёму, в центре стакана его выделяется больше, газ поднимается и увлекает за собой пиво. которое потом спускается вдоль стен бокала. А поскольку, как уже упоминалось выше, размер пузырьков у азота маленький, они поднимаются медленно, и у бортиков создаётся такая ситуация, что пузырьки поднимаются медленнее, чем пускается окружающая их жидкость — иллюзия опускания пузырьков.
В объяснении на пальцах есть парадокс — жидкость увлекается пузырьками, поэтому не может подниматься быстрее, чем пузырьки. Но при этом в конце она опускается быстрее пузырьков. Если я правильно понял, вопрос в размерах пузырьков — в центре они пробегают большее расстояние, а значит у них больше шансов слиться с другими пузырьками, увеличиться в объёме и разогнаться.

По-любому, нужно срочно экспериментировать!