Брандеры в морской войне Часть1 - 10

Эксперименты с целью проверки легенды

Антемий (VI век н.э.)

Антемий из Траллеса (греч. Ἀνθέμιος ὁ Τραλλιανός; латин. Anthemius Trallensis; англ. Anthemius of Tralles; ок. 474 — ок. 558) — был выдающимся византийским архитектором, инженером и математиком. Это он спроектировал и построил в 532—537 гг. в Константинополе знаменитый храм Святой Софии. Автор научных трудов по коническим сечениям и теории зеркал.
Он также написал работу «О чудесных механизмах», в которой рассмотрел зеркала Архимеда, которыми тот сжёг несколько кораблей Марцелла.
Несомненно, Антемий изучал какие-то книги (свитки) по оптике, которые не дошли до наших времён. В частности, известно, что у его помощника Исидора из Милета была копия книги «Катаоптрика» знаменитого александрийского механика Герона, посвящённой зеркалам (такое же название, как у книги Архимеда).
Антемий утверждал:
«Требуемое расстояние казалось большим и представлялось невозможным получить воспламенение, но поскольку никто не мог оспаривать славу Архимеда; который сжёг корабли римлян с помощью отражения солнечных лучей (в этом все сходились единодушно), то резонно было полагать, что проблему можно решить».
Анализируя задачу, он пришёл к выводу, что решение кроется в использовании системы плоских зеркал, размещённых по принципу параболы.
«При помощи многих плоских зеркал можно отразить в одну точку такое количество солнечного света, что его объединенное действие вызовет загорание. Этот опыт можно сделать с помощью большого числа людей, каждый из которых будет держать зеркало в нужном положении.
Но, чтобы избежать суматохи и путаницы, удобней применить раму, в которой следует закрепить 25 отдельных зеркал с помощью пластин или, ещё лучше, на шарнирах. Подставляя этот механизм солнечным лучам, надо правильно установить центральное зеркало, а потом и остальные, быстро и ловко наклоняя их (…) так, чтобы солнечные лучи, отраженные от этих различных зеркал, направлялись в ту же точку.
Таким образом, если повторять это много раз и ставить другие зеркала, составленные по тому же принципу, что и первое, то все отражения сойдутся
/в одной точке/ и произойдет загорание. Это удастся тем лучше, чем больше будет зеркал».

Зажигательное зеркало Архимеда, составленное Антемием из 25 малых зеркал

По сути дела, Антемий вёл речь о параболическом концентраторе солнечных лучей – устройстве, которое широко применяется в современной солнечной энергетике. Но самое интересное то, что он всего лишь восстановил изобретение Архимеда по неизвестным нам описаниям:
«Следует заметить, что все прочие авторы, которые говорили о зеркалах божественного Архимеда, упоминали не об одном зеркале, но о многих».

Эта фраза свидетельствует, что при жизни Антемия (т.е. в VI веке н.э.) существовали источники, впоследствии утерянные, сообщавшие различные детали о зеркалах Архимеда.
Ничего удивительного в этом нет: до нашего времени дошли лишь жалкие крохи великой античной литературы. Всего один пример: куда подевалась Александрийская библиотека, хранившая в период своего расцвета несколько сотен тысяч рукописных книг!?
К сожалению, описание опытов Антемия с реконструкцией боевого зеркала Архимеда не сохранилось.

Кирхер (1645 г.)
Через тысячу лет после Антемия немецкий учёный-энциклопедист, по совместительству монах-иезуит, Афанасий Кирхер (Athanasius Kircher; 1602—1680) предпринял попытку проверки его идеи.
В своей книге «Великое искусство света и тени» (латин. «Ars Magna Lucis et Umbrae», 1645 г.) он сообщил, что совмещал отражения солнца от 5-и плоских зеркал и получил значительный нагрев, хотя и недостаточный для воспламенения дерева. (Ещё бы! Пять зеркал и 25 – это, как говорят в Одессе, «две большие разницы» – А.Т.).
Правда, Кирхер считал, что Архимед использовал для концентрации солнечных лучей зеркало в виде усеченного параболоида вращения или же два таких зеркала. Только при этом условии он мог создать пучок параллельных лучей, зажигающих предметы на любом расстоянии. Оно изображено на гравюре в книге Кирхера.

Эксперимент Кирхера с пятью зеркалами, размещенными по принципу параболы.
Из его книги «Ars magna lucis et umbrae», Rome, 1646, с. 888.

Почему Кирхер не использовал такое зеркало? Скорее всего потому, что далеко не каждый мастер был способен изготовить его. А тот, кто мог, однозначно запросил бы солидное вознаграждение. У монаха денег нет и никто ему в XIII веке не дал бы их на какие-то непонятные опыты!

Ж. де Бюффон (1747 – 1750 гг.)
Великий французский учёный Рене Декарт (1596—1650) в книге «Диоптрика» (1647 г.) отверг возможность существования архимедовых зеркал, не утруждая себя экспериментами. Он исходил из того факта, что поскольку солнце не есть световая точка, а имеет видимый угловой поперечник, равный 32х, то и размер отражения, отброшенного зеркалом любой формы, не может быть меньше хорды дуги 32', и чем дальше солнечный «зайчик» удалён от зеркала, тем он крупнее, и тем меньше (при той же площади зеркала) его освещённость. Вот слова Декарта:
«Зажигательное зеркало, диаметр которого меньше, чем сотая часть расстояния между ним и местом, где сосредоточиваются солнечные лучи (...) даже если бы оно было отшлифовано ангелом, не может нагреть то место больше, чем лучи, излучаемые непосредственно солнцем. Только люди, не слишком сведущие в оптике, убеждены в реальности многих небылиц; эти зеркала, с помощью которых Архимед якобы сжёг издали корабли, либо были чрезвычайно велики, либо, что вероятнее, вовсе не существовали».
На первый взгляд, Декарт прав: зеркало для поджога деревянных предметов на удалении 50—60 метров должно быть величиной с дом, а во времена Архимеда (и Декарта) создание гигантского рефлектора исключалось.
Но в 1747 г., ровно через 100 лет после выхода «Диоптрики», знаменитый французский естествоиспытатель (т.е. учёный «широкого профиля») Жорж Луи Леклерк, граф де Бюффон (Georges Louis Leclerc, comte de Buffon; 1707—1788) опубликовал свой «шестой мемуар» – «Изобретение сжигающих зеркал для воспламенения на большом расстоянии» (франц. «Invention De Miroirs Ardens, Pour Brusler a Une Grande Distance»). В нём Бюффон заявил:
«Декарт, который родился, чтобы судить Архимеда и даже превзойти его, высказался против этого случая тоном мэтра: он отрицал возможность подобного изобретения и его мнение одержало верх над свидетельствами и верой всей античной эпохи.
Чтобы «обжаловать» приговор Декарта, нужно было располагать более сильным средством, чем просто различные доводы, поэтому противникам Декарта оставалось лишь одно – воспроизвести зеркала Архимеда. Я задумал эту идею уже давно и охотно признаю, что очень трудно было представить её осуществлённой, поскольку в процессе исполнения я сделал гораздо больше, чем ожидал».

Для определения нужных размеров зеркала Бюффон провел серию опытов над большим вогнутым зеркалом Академии Наук, имевшим диаметр около метра. Диафрагмируя его с помощью бумажных кругов, он установил, что для воспламенения деревянного предмета в фокусе зеркала достаточно иметь открытый участок зеркала диаметром всего 13 см.
Поставив задачу достижения дальности 80 метров (полёт стрелы!), Бюффон вычислил, что зеркало, способное создать на этом расстоянии такую же силу света, должно иметь около 10 метров в поперечнике.
Однако, учитывая условия нагрева, он спроектировал составное зеркало с площадью в 13 раз меньше расчётной, и заказал его «инженеру короля» Клоду Пассману*. Оно состояло из 168 плоских стеклянных зеркал размером 13,6 х 12,5 см каждое, со скромной общей площадью 5,82 кв. м.
Зеркала были закреплены таким образом, чтобы можно было сводить все отражения в заданной точке.
/* Бюффон в своих «мемуарах» неоднократно упоминает Клода Симона Пассмана (Claude Siméon Passemant; 1702—1769), механика, часовщика и оптика, «который помогал мне во всей моей работе, и чьему интеллекту я во многом обязан». Пассман участвовал в измерении пропорций площади зеркал относительно диаметра фокусного пятна, но главный его вклад в опыты Бюффона – проектирование и изготовление деревянной рамы для установки регулируемых зеркал. /

Зеркало Ж. де Бюффона. Из книги: Buffon, «Histoire naturelle, générale et particulière.
Supplément», Tome 1. Paris, 1774, planche VII et IX, p. 452.

Вот несколько отрывков из «мемуара» (статьи) Бюффона, в которых он описал испытания зеркала:
«Первый опыт я провел 23 марта 1747 г. при помощи всего лишь 40 зеркал. Я воспламенил буковую просмоленную доску на расстоянии 66 футов (20,1 м), т. е. я использовал только четвертую часть всего составного зеркала. Но здесь следует сказать, что зеркало ещё не было установлено, поэтому его положение было очень неудобным, оно образовывало с Солнцем угол наклона около 20°»…
«3 апреля в 4 часа дня зеркало было поднято и установлено на свою опору; при помощи 112 зеркал было произведено воспламенение доски, покрытой рубленой шерстью, на расстоянии 138 футов (44,85 м), хотя солнце было очень слабым*…
Нужно быть осторожным, приближаясь к месту, где находятся воспламеняемые предметы и не смотреть на зеркало; если глаза окажутся в фокусе, человек будет ослеплён»…
«10 апреля после полудня при достаточно ярком солнце воспламенил еловую просмоленную доску на расстоянии 150 футов (48,75 м) при помощи всего лишь 128 зеркал. Воспламенение произошло совершенно внезапно, причём на всей площади очага…
Для установки зеркала и совмещения всех отражений в одной точке нужно около получаса, но, когда зеркало уже собрано, установлено и настроено, то им можно пользоваться в любой момент, стоит лишь отодвинуть занавеску…
Описанные мною опыты были произведены публично в Саду короля на горизонтальной площадке»**.
/* Во французской системе мер XVIII века, которая использовалась до принятия метрической системы (1799 г.), фут (pied de roi, «королевский шаг») составлял 32,48—32,5 см. Он был длиннее английского фута (30,48 см) и делился на 12 дюймов. /
/** «Сад короля» это ботанический сад в Париже, директором которого был Ж. де Бюффон. /
Бюффон также рассчитал, что для поджога горючих мелких предметов достаточно 12 зеркал; для расплавления куска олова – 15; на лист серебра требуются 117 зеркал.
Далее Бюффон заказал парижскому мастеру Шопителю (Chopitel) новое зеркало, на металлической, а не деревянной основе. Вот что он сообщил о нём Мартину Фолксу (Martin Folkes; 1690—1754), президенту Королевского общества Великобритании, в письме от 6 апреля 1750 года:
«Я считаю, что довёл теорию и практику зажигательных зеркал до совершенства. Недавно я заказал изготовление зеркала Архимеда из железа и меди, модель которого я показывал почти три года назад.
Это квадрат со стороной всего 6 футов /1,95 х 1,95 м/, состоящий из 360 маленьких стеклянных пластин. Оно зажигает /предметы/ на расстоянии от
10 до 200 футов /от 3,25 до 65 м/, а на расстоянии 30 футов /9,75 м/ выделяет более чем в 3 раза больше тепла, чем необходимо для плавления железа.
Деревянная рама и винты старой модели, деформация которых под воздействием сухости и влажности могла привести к расширению или смещению фокусного расстояния во время эксперимента, были заменены железной рамой и медными винтами. Пружина заменяет винты, необходимые для регулировки досок, удерживающих стеклянные панели (см. рис. 3, таблица IX).
Это новое зеркало гораздо точнее и намного превосходит по своим эффектам» зеркало 1747 года, но, к сожалению, оно слишком тяжёлое для удобного использования».
Бюффон продолжал изучать поведение металлов при очень высокой температуре, подвергая воздействию нового зеркала, состоявшего из множества маленьких зеркал (примерно 3,25 х 3,25 см) не только серебряные пластины и тарелки. По его собственным словам, он плавил
«все металлы и металлические минералы на удалении 25, 30 и 40 футов (8,12 м – 9,75 м – 13 м)», обжигал гипс, алебастр, мягкий и твёрдый известняк, даже мрамор.
Граф-экспериментатор жил в эпоху огнестрельного оружия, поэтому хотел использовать своё устройство в качестве «солнечной печи», а не для войны. Но его опыты убедительно доказали, что зеркало Архимеда действительно могло поджигать деревянные просмоленные корабли.
Воспроизводя эксперименты, которые проводили с такими же материалами предыдущие учёные, Бюффон сравнивал действие своего зеркала с действием зеркала французского «естествоиспытателя» Франсуа Виллетта (François Villette; 1621—1698) из Лиона и немецкого математика Эренфрида Вальтера фон Чирнхауса (Ehrenfried Walther von Tschirnhaus; 1651—1708), работавшего с зеркалами в Дрездене, столице великого княжества Саксония. Чирнхаус изготовил его в 1686 г.

Зажигательное зеркало Ф. Виллета

Зажигательное зеркало Чирнхауса в Дрезденском военном музее

В этом опыте Ж. де Бюффон использовал 8 зеркал Чирнхауза

• Назад