Příběhy zemské atmosféry – aneb Za vše může klima nebo počasí (10)
ZÁKLADNÍ METEOROLOGICKÉ PŘÍSTROJE
O teploměru
Nyní se musíme poohlédnout po celé Evropě, kde se na přelomu 16. a 17.st. samozřejmě také „děly věci“! Právě v té době se totiž meteorologie pomalu ale jistě stává z vědy čistě empirické i vědou experimentální, neboť jsou právě vynalézány základní meteorologické přístroje, které jsou nezbytné pro zkoumání dějů v naší atmosféře.
Začít musíme v severní Itálii. Nevíme to přesně, ale někdy koncem 16. st. vynalezl známý Galileo Galilei termoskop – plynový teploměr na principu roztahování vzduchu a v roce 1611 pak teploměr kapalinový, ve kterém se ve skleněné trubici teplem rozpínal vinný líh. Zajímavé je, že trvalo asi 40 let, než byly teploměru „vychytány mouchy“ a dosti slušně se dalo měřit v polovině 17. století tzv. florentinským teploměrem. V roce 1665 pak nizozemský fyzik Christian Huygens navrhl, aby za základní body teploměrné stupnice byly považovány bod tání ledu a bod varu už v roce 1659, ale teploměr v definitivní podobě se objevil až po dalších asi 50 ti letech. Do tohoto dlouhého vývoje při experimentech s měřením teploty se zapojil i Isaac Newton, který plnil teploměrnou trubici lněným olejem. První dokonalý rtuťový teploměr sestrojil až (nebo už?) v roce 1714 Daniel Fahrenheit v Gdaňsku. Nastaly ale velké „tahanice“ o teploměrnou stupnici. Ta Fahrenheitova nám Evropanům dělá potíže dodnes! V roce 1730 ale vzdálenost mezi oběma už přijatými základními body nejdříve rozdělil Francouz Réaumur na osmdesát dílků a stodílnou stupnici zavedl Švéd A. Celsius roku 1742 v Upsale. Mnoho lidí ale asi neví, že jeho původní stupnice byla obrácená, takže 0° byl bod varu a 100° bod mrazu! A opět až (nebo už?) v roce 1757 zkonstruoval Angličan Ch. Cavedish dva teploměry na měření minimální a maximální teploty, kde stupnice už byly takové, jaké používáme dodnes.
A ještě bychom neměli zapomenout na anonymní florentinské skláře, kteří na přelomu 16. a 17. století dovedli vytavit skleněné trubice „na přání“ badatelů. Bez těch všech by přesné meteorologické přístroje nebyly vyrobeny!
O tlakoměru
Jestliže teplotu vzduchu, kterou nám „připravuje“ naše milá atmosféra s přispěním sluníčka a různých fyzikálních a chemických procesů, vnímáme doslova na vlastní kůži, s tlakem vzduchu je to jiné. Někdo – na příklad kardiaci – si tlakové změny uvědomují, většina lidí však tyto změny nepociťuje! A tak není divu, že i když o tlaku vzduchu měl jakousi představu už Aristoteles, první jednoduchý tlakoměr byl sestrojen až v roce 1643.
Právě tehdy přišel italský fyzik E. Torricelli na to, že „něco“ působí na rtuťový sloupec uzavřený v trubici. Ovšem první opravdu zdařilý experiment se sloupcem rtuti, provedl jeho přítel V. Viviani a vlastně teprve ten tak prokázal existenci tlaku vzduchu. A mimo jiné bylo v trubici nad rtutí objeveno vakuum – vzduchoprázdno. Ihned se přišlo na to, že tlak se téměř neustále mění, neboť rtuť v trubici den ode dne buď stoupala, nebo klesala. To vše se dělo v Itálii, ale zapomíná se na to, že podobné pokusy v polovině 17. století prováděl i minule zmiňovaný J. M. Marci. Výzkumy na tomto poli dosud nezoraném pokračovaly rychlým tempem. V září roku 1648, asi měsíc před uzavřením Vestfálského míru, dokázal měřením Francouz Blaise Pascal, že tlak vzduchu s výškou klesá. I když neznal přesnou výšku vzduchového sloupce, přesto dokonce se slušným výsledkem vypočítal celkovou hmotnost naší atmosféry!
Už o rok později, tedy v roce 1649 pak začíná pravidelné měření tlaku vzduchu hned na několika místech v Evropě – ve Francii v Clermontu a v Paříži, a pak ve Stockholmu. Měli bychom připomenout, že ve skleněné trubici o průřezu 1 cm čtverečního byla buď rtuť, kterou tlak vzduchu „vyhnal“ do výšky kolem 75 cm, anebo voda, která ovšem vystoupla až do výšky kolem 10 metrů!
Termín „barometr“ zavedl v roce 1665 Robert Boyle a v roce 1675 pak další Angličan S. Morland sestrojil první barograf, tedy samozapisující přístroj. Mnohem známější je pak německý všestranný učenec G. W. Leibnitz, který koncem 17. století přišel na princip aneroidu. Fungující aneroid s Vidieho krabičkou a kruhovou stupnicí, tak jak ho známe z našich bytů, zkonstruoval francouzský mechanik L. Vidie až kolem roku 1845.
Co se týče teoretických objevů, anglický astronom, geofyzik a meteorolog Edmund Halley objevil kromě nejznámější komety v roce 1685 i fakt, že tlak a hustota vzduchu ubývají s výškou řadou geometrickou. A teprve po více než sto letech tuto poučku opravil jeden z největších vědců vůbec – P. S. de Laplace, a to tak, že tlak vzduchu s výškou ubývá logaritmicky. Když to trochu zjednodušíme, tak při výstupu nad zemský povrch (přesněji nad hladinu moře) o každých asi 5 500 metrů klesne tlak nad polovinu. Tedy – je-li na hladině moře tlak 1000 hektopascalů, je v nadmořské výšce 5 500 m tlak 500 hPa, ve výšce 11 000 m 250 hPa atd. A tak ve vrstvě od hladiny moře do výšky asi 36 km je soustředěno 99% hmotnosti celé atmosféry! Ale to už asi plýtvám čísly a čtenáře unavuji…