Дело было в Пэфлите

Ю. Л. Полунов

В 2006 г. на сайте Музея появилась статья “Великий физик и гражданин Америки”, посвященная жизнеописанию и трудам Бенджамина Франклина и, в частности, его работам в области атмосферного электричества и создания молниеотводов. Я хочу познакомить посетителей Музея с малоизвестными событиями в истории молниезащитных устройств, в которой великий ученый играл одну из главенствующих ролей.

Среди разрушений, вызванных ударами молнии, особо опасны те, что «сопутствуют» ее попаданиям в пороховые склады и хранилища боеприпасов. Французский физик, астроном и политический деятель Доменик Франсуа Жан Араго приводит в книге “ Гром и молнии” (1859) следующий пример: “Утром 18 августа 1769 г . гром ударил в башню св. Назария в Брешии. Под основанием этой башни на ходился подземный погреб, в котором хранилось 1 030 000 килограммов пороха, принадлежавшего Венеци анской республике. Эта огромная масса воспламенилась мгновенно. Шестая часть зданий обширного и прекрасного города была разрушена... При этом погибло три тысячи человек”. Через восемь лет после этого несчастья, ставшего широко известным в Европе, Сенат Венеции издал эдикт, в соответствии с которым все высокие здания Республики должны быть оборудованы молниезащитой. Во второй половине XVIII в. британский Королевский Артиллерийский совет также решил принять срочные меры по защите от ударов молнии своих пороховых складов в Пэфлитском арсенале.

Пэфлит — небольшой городок, расположенный в графстве Эссекс, неподалеку от Лондона (в нём, между прочим, ирландский писатель Абрахам (Брэм) Стокер поселил главного персонажа своего романа, небезызвестного вампира Дракулу). Во времена короля Георга III в городок были выведены пороховые склады из Вулвича (района в юго-восточном Лондоне на южном берегу Темзы), являвшиеся потенциальной угрозой безопасности британской столицы.

Пэфлитский арсенал состоял из административного здания, гостиницы и пяти, расположенных на расстоянии 57 футов друг от друга кирпичных складов, имевших в длину 160 футов и в ширину 52 фута . К складам примыкали испытательные мастерские. Порох изготовлялся двумя небольшими фабриками, упаковывался в деревянные 100-фунтовые бочонки, скрепленные четырьмя параллельными медными обручами, и свозился в Пэфлит для проверки качества пороха и последующего хранения. Бочонки устанавливались в складах, один над другим, и удерживались в таком положении длинными железными полосами, спускающимися с потолка. Для защиты окружающих зданий от взрыва склады имели толстые, покрытые медными пластинами двери, в складах отсутствовали окна, а поверх крыш был насыпан песок. Кроме того, на крышах, вдоль всего конька, была проложена свинцовая лента шириной 22 дюйма , соединенная с железными “удерживающими” полосами. Неподалеку от складов располагалось трёхэтажное административное здание с остроконечной шатровой крышей, имевшее в высоту примерно 44 фута . В нём также вдоль конька была проложена свинцовая полоса, соединявшаяся с водосточными желобами, сливными (дождевыми) трубами и водопроводной трубой, опущенной в колодце глубиной 40 футов . Отсюда насос подавал воду в цистерну, находящуюся на крыше (желоб и все трубы были сделаны из свинца). Выше желоба кирпичная кладка была скреплена железными угловыми скобами, соединенными с общей системой заземления.

В июле 1772 г. Артиллерийский совет обратился в Лондонское Королевское общество с просьбой рекомендовать способ защиты пороховых складов от ударов молний. Для подготовки рекомендаций был создан специальный Комитет, в который вошли выдающиеся “электрики”: Генри Кавиндиш (председатель) Бенджамин Франклин, Уильям Уотсон, Бенджамин Уилсон, Эдуард Делаваль (он, впрочем, устранился от участия в работе Комитета) и секретарь Общества математик Джон Робертсон. После тщательного осмотра складов “комитетчики” пришли к выводу, что они совершенно не защищены от ударов молний. “Связка”, состоящая из проложенных вдоль конька свинцовых полос и железных “удерживающих” полос, не была заземлена, и поэтому электрический разряд мог легко “найти” путь к медным обручам пороховых бочек и послужить источником взрыва. В отчёте Комитета, подготовленном Б.Франклином и датированным 21 августа 1772 г., содержались следующие рекомендации:

• убрать из складов все железные “удерживающие” полосы;
• установить на каждом конце крыш складских зданий высокие железные прутки длиной до 10 футов с медными заостренными наконечниками длиной в два фута, соединить их с “коньковыми” свинцовыми полосами и надёжно заземлить с помощью цельных железных проводников толщиной в полтора дюйма;
• проводники должны быть прикреплены к стенам зданий свинцовыми скобами, опущены в специально вырытые скважины со стоячей водой, глубина которых составляет, по крайней мере, четыре фута, и надёжно соединены с установленными в скважине свинцовыми трубами;
• на крыше административного здания также установить железный прут, соединить его со свинцовой “коньковой” полосой и выполнить аналогичное заземление.

Однако авторитетный член Комитета Б. Уилсон отказался поставить подпись под Отчетом и выразил особое мнение в письме Королевскому обществу. Он признавал, что установленные на крыше зданий заостренные прутки хорошо служит научным целям, давая возможность исследователям извлекать атмосферное электричество, но не годятся для использования в качестве молниеотвода: “Я всегда считал, что заостренные проводники небезопасными из-за их большой способности притягивать (to collect) молнии”. По мнению Уилсона эти прутки получают дополнительное электричество и искусственно созда ют условия для возникновения грозовых разрядов , способствуя разрушениям и другим несчастным случаям, которые сами же и призваны предотвратить. Если же использовать пруток с закругленным концом, то туча пройдет мимо и не нанесет ущерба зданию и людям, поскольку молния не притянется к прутку, а если и притянется, то закругление будет препятствовать стеканию заряда.

В пространной статье, опубликованной вслед за упомянутым письмом, Уилсон резко критиковал Франклина и его коллег и предлагал для защиты зданий в Пэфлитском арсенале поместить на фут или два ниже их крыш тонкие железные прутки, которые заканчивались бы медными шарами. При этом Уилсон ссылался на прецедент — установку молниеотвода на маяке Эддистоун, построенного в 1756—1759 гг. гражданским инженером” (civil engineer) Д. Смитоном. Маяк был расположен на скалистом рифе близ г. Плимут, примерно в 14 милях от берега, имел 18 м в высоту диаметр в основании 25,8 фута и 16,8 в верхней части и был первым сооружением в Англии, в конструкции которого изначально был предусмотрен молниеотвод. Световая камера маяка имела железную оболочку, в верхней части которой находился медный шар, заземленный через последовательно соединенные металлические полоски, сточную и водопроводные трубы и железную цепь, прикрученную к штырю в скале ниже уровня прибоя. Уилсон утверждал, что при сооружении маяка предпочтение было отдано тупоконечному проводнику и “с тех пор не было случаев повреждений из-за молний”. Он, однако, при этом слегка передёргивал, так как не приводил данных о том, были ли вообще зафиксированы случаи удара молнии в медный шар.

17 декабря 1772 г. три члена Комитета, подписавших Отчёт, направили следующее письмо Президенту Общества известному медику Джону Принглу:

“Сэр, узнав о возражениях против нашего Отчёта, касающиеся установки остроконечных проводников на крышах складов в Пэфлите и содержащиеся в письме м-ра Уилсона сэру Чарльзу Фредерику (Генеральному инспектору Артиллерийского управления. — Ю.П.), которое было зачитано в Королевском обществе, мы уведомляем Вас, что не видим причины для изменения нашей точки зрения и отступления от своих рекомендаций.

Остаемся, сэр, Вашими скромными и покорными слугами,
Г. Кавендиш, У. Уотсон, Б. Франклин”.

Мнение “комитетчиков” возобладало: на зданиях в Пэфлитском арсенале, а также на одном из королевских дворцов были установлены остроконечные прутки.

Казалось, проблема решена раз и навсегда, однако на этом контроверза между “тупоконечниками” и “остроконечниками” не разрешилась. 15 мая 1777 г . молния ударила в административное здание арсенала, слегка повредив его. Для выяснения причины разрушения Королевское общество незамедлительно создало новый Комитет, в который на этот раз вошли Уильям Хенли, ранее выполнивший многочисленные эксперименты по использованию различных типов проводников для защиты от ударов молнии, а также “электрики”-практики: Эдуард Найрн, Томас Лейн и новый секретарь Общества Джон Планта. Б. Франклин в состав Комитета не вошёл: он был одним из тех, кто 4 июля 1776 г. подписал “Декларацию о независимости Соединенных штатов Америки”, и поэтому консервативные круги Англии считали его врагом Короны. Осмотр здания показал, что кирпичная кладка в одном из его углов была незначительно разрушена, а крепящая железная скоба – изогнута. Члены Комитета установили, что молния ударила именно в эту скобу, поскольку она не была цельной – промежуток в ней, равный примерно семи дюймов, нарушил систему заземления (к аналогичному выводу пришел Э. Никсон – смотритель зданий в Пэфлите). Кроме того, Э. Найрн впоследствии писал, что разрушения были незначительны потому, что остроконечный пруток почти полностью отвёл заряд из тучи, перед тем, как она попала в здание. У.Хенли и его коллеги рекомендовали заполнить злосчастный промежуток металлическими пластинками и таким образом восстановить систему.

И вновь Б. Уилсон разразился уничижительным письмом и статьей, публикациям которых предшествовала ожесточенная борьба ученых мужей. Игнорируя истинную причину разрушений, Уилсон опять-таки всю вину возложил на остроконечный пруток, заявляя, что до того, как он был установлен, молния ни разу не попадала в здание. Сумев привлечь на свою сторону нескольких членов Королевского общества и будоража доступными ему способами общественное мнение, он утверждал, что использование такого способа защиты угрожает целостности зданий, жизни подданных Его Величества и семье короля. Надо отдать должное наступательному порыву Уилсона. Он решил пойти ва-банк и провести широкомасштабный эксперимент, чтобы смоделировать произошедший в Пэфлите случай и опытным путем доказать свою правоту. В поисках необходимых средств он обратился к Георгу III, льстиво заявляя, что король “всегда расположен поддержать любое начинание, которое бы способствовало прогрессу науки и было бы благом для Его народа”. Обращение возымело действие, и по приказу монарха Артиллерийское управление выделило ученому определённую сумму.

Построенная Уилсоном установка состояла из трёх частей. Электрический заряд генерировался громадной электрической машиной цилиндрического типа, приводимой в действие вращением колеса, и передавался кондуктору, который собственно и моделировал тучу. Он состоял из четырех частей и имел 155 футов в длину и около фута в диаметре. Три части кондуктора были изготовлены из более, чем ста цилиндрических обручей, соединенных деревянными планками и покрытых материей, поверх которой было положено 87 фунтов оловянной фольги. Четвертая часть, имевшая примерно десять футов в длину, при некоторых опытах легко снималась и была составлена из медных цилиндров. Кондуктор был подвешен на прочном шелковом шнуре на уровне пяти футов над поверхностью земли. Чтобы усилить электрическую атмосферу кондуктора, к нему была присоединена спираль из стальной проволоки. Подвергшееся разрушению здание моделировалось деревянным макетом (длиной и шириной в два фута), к которому крепились остроконечные или тупоконечные прутки. Макет был установлен на колесах, позволявших перемещать его по направляющим, находившимся на поворотной площадке: это давало возможность изменять расположение макета относительно “тучи”, приподнимая, опуская или поворачивая его.

Размещение такого аппарата представляла нелёгкую задачу. К счастью для Уилсона владельцы Пантеона – здания, которое использовалось в Лондоне для театрализованных представлений, балов и выставок, предложили большую комнату для проведения экспериментов.

В июле 1777 г . Б. Уилсон и его ассистент провели многочисленные эксперименты, варьируя скорость движения макета, размер кондуктора, вид прутков и т.д. На этих экспериментах присутствовали как сторонники Уилсона, так и его противники, а однажды побывал и сам король. Он остался в восторге от увиденного зрелища и заявил: “Опыты так просты, что их может понять даже уличная торговка яблоками”.

Результаты, полученные Уилсоном, не разрешили спора, поскольку лишь подтвердили позицию сторонников Б. Франклина: остроконечный пруток “притягивал электрическую материю” с большего расстояния, чем расположенный под “крышей” шар; в первом случае “туча” почти беззвучно лишалась своего электричества, если же она “проходила” достаточно близко от шара, то происходил разряд, сопровождаемым громким треском.

Тем не менее, Уилсон продолжал настаивать на своём и 12 ноября 1777 г. направил Георгу III и Артиллерийскому управлению отчёт с подробным описанием пятидесяти проведенных им опытов и соответствующих выводов, подтверждающих его точку зрения. Предварительно отчёт зачитывался и в течение нескольких дней обсуждался Королевским обществом.

Следуя никогда не нарушаемой традиции, Королевское общество образовало очередной Комитет для выработки своей официальной позиции, в который вошли Д. Прингл, У. Уотсон, Г. Кавендиш, У. Хенли, С. Хорсли, Т. Лейн, Ч. Маон, Э. Нэрн и Дж. Пристли. Значимость Комитета подчеркивалось включением в его состав Президента и секретаря Общества (Д. Прингла и С. Хорсли соответственно) и наиболее авторитетных английских исследователей электричества, в числе которых оказались Чарльз Маон (будущий граф Стенхоуп, автор книги “Принципы электричества”) и Томас Лейн, изобретатель искрового электрометра. “Комитетчики” не стали вдаваться в обсуждение полученных Уилсоном результатов (что можно было истолковать, как их абсолютное неприятие), а уделили внимание обсуждению преимуществ и недостаткам различных способов молниезащиты, рекомендовав установить на крышах зданий в Пэфлите дополнительные остроконечные прутки.

Уилсон расценил позицию Комитета как личное оскорбление и предпринял “подковерный шаг” – попытался убедить Артиллерийское управление, что мнение этого и предшествующих Комитетов не разделяют далеко все члены Общества, и добился своего: 19 мая 1778 г. секретарь Управления Д. Боддингтон (John Boddington) обратился в Общество со следующим посланием :

“После того, как я передал руководителям (principal o fficers) Артиллерийского управления письмо сэра Джона Прингла от 19 марта 1778 г., я получил распоряжение обратиться к Вам с просьбой сообщить Королевскому обществу, что они (руководители Артиллерийского управления. – авт.) безоговорочно следовали указаниям первого и второго Комитетов Общества, касающихся установки проводников в Пэфлите, поскольку полагали, что Отчеты этих Комитетов одобрены Обществом. Однако им сообщили, что когда Отчет последнего Комитета был представлен Обществу, оказалось, что большинство его членов не считают, что в нем даны рекомендации, отражающие мнение Общества в целом; отсюда следует, что большая часть Общества не одобряет Отчёт. Артиллерийское управление получило эти сведения о тех, кому оно не может не доверять, и, кроме того, вышеупомянутое письмо Президента Общества, содержащее последний Отчёт Комитета, не содержит ничего, что бы противоречило сказанному. Учитывая столь значительное общественное значение проблемы защиты Его Королевского Величества пороховых складов от случайных попаданий молний, мои руководители хотели бы знать мнение всего ученого Общества”.

Это письмо вызвало возмущение большинства членов Королевского общества, было проведено внеочередное собрание его членов, и в результате Артиллерийское управление получило ответ, подписанный С. Хорсли: “ Сэр, в ответ на Ваше письмо от 19 мая, я уполномочен информировать Вас, что Общество с первых дней своего существования не полагалось в своих рекомендациях на мнение абсолютно всех его членов, но только на мнение создаваемых им Комитетов. В данном частном случае… Общество не видит причины, по которой оно бы выразило несогласие с Отчётом Комитета”.

Итак, Уилсон не добился поддержки своих коллег и его поведение вызвало осуждение многих членов Общества. Позднее историк Королевского общества Т. Томпсон писал: “Его (Уилсона. – авт.) упрямство и недостойное поведение привели к печальным разногласиям, которые оказали столь нежелательное воздействие на Общество и были весьма постыдными для науки и философии” .

Но на этом история не закончилась – в дело вмешалась политика: поскольку Б. Франклин был активным борцом за свободу колоний, то всякий гражданин Англии, который был сторонником молниезащиты с помощь заострённых прутков, считался политически неблагонадёжным. Историк Королевского общества Ч. Уэлд сообщает:

“Верх взяло не мнение ученых, призванных решить вопрос, а мнение политических интриганов, в глазах которых сторонники заострённых проводников выглядели как повстанцы-колонисты, а те, кто был противником тупоконечных проводников, считались нелояльными гражданами. И, как обычно бывает в делах такого рода, простой народ (populace) и даже высшие классы общества судили о споре, не вникая в его суть… Так Уилсон обрёл защиту и поддержку, и это равносильно было тому, как если бы он выступал против теоремы Пифагора во время диспута по проблемам геометрии. Но наиболее поразительный результат этого учёного спора заключался в том, что Георг III взял сторону Уилсона, сделав это не из-за научных соображений, а по политическим мотивам. Он велел установить тупоконечные проводники на своем дворце и фактически попытался заставить Королевское общество отменить принятое им решение (а оно было в пользу заострённых проводников). Его Величество, как говорили, имел беседу с сэром Джоном Принглом во время которой настоятельно просил его использовать всё своё влияние для поддержки м-ра Уилсона. Ответ президента Общества делает высокую честь и ему, и Обществу: “ По своему долгу и по своим склонностям, – сказал он — я по мере сил всегда буду исполнять желания Вашего Величества, но я не в состоянии ни изменить законов природы, ни изменить действия их сил ”.

Страна разделилась на два лагеря. С одной стороны находился, король, “велевший установить пушечное ядро в качестве молниеотвода на Королевском дворце в Кью”, королевский двор и те консервативные политические деятели , которые считали молниеотвод Франклина чуть ли не источником вольнодумных республиканских идей, с другой – большинство ученых и просто здравомыслящих людей. По рукам тогда ходила анонимная эпиграмма:

Ты, великий Георг, охотясь за безопасностью
И меняя остроконечные проводники на тупоконечные,
Лишил империю единства взглядов.
Франклин же избрал мудрее путь,
И чтобы побороть Твои страхи перед громом,
Отдал предпочтение игле (курсив автора эпиграммы).

Реакция Б.Франклина на эти события была весьма характерна для великого ученого и гражданина. Его друг Я. Ингенхауз написал большую статью о борьбе “остроконечников” и “тупоконечников”, содержащую уничижительную критику поведения Уилсона и его сторонников. Он переслал рукопись своему знакомому в Париже с просьбой показать её Франклину и опубликовать во Франции (в случае согласия последнего). Франклин ответил неизвестному нам адресату следующим письмом:

“Я очень признателен Вам за то, что Вы передали мне письмо из Англии. Я согласен с Вами, что здесь публиковать его было бы неуместно. Выражения нашего друга (Ингенгоуза. – авт.) касательно м-ра Уилсона представляются мне слишком резкими (angry), и не должны использоваться, когда один философ говорит о другом или высказывается по философским проблемам… Что касается моих сочинений, связанных с этим предметом, которые, как мне показалось, вы хотели бы получить, я думаю, в этом нет необходимости. В частности, я не могу ничего нового добавить к тому, что было уже сказано в Докладе, прочитанном мною в Комитете, который был создан для определения типа проводников, предназначенных для установки в Пэфлите; этот Доклад опубликован в последнем французском издании моих трудов1… Я никогда не вступаю в спор, целью которого является защита философских воззрений, и предоставляю им возможность самостоятельно занять свое место в мире. Если они верны , истина и опыт будут служить им поддержкой; если они ошибочны , они должны быть опровергнуты и отвергнуты (курсив Франклина – Ю.П.).У меня нет личного интереса в признании миром моих изобретений, по крайней мере, я не желаю извлекать выгоду из любого из них. Таким образом, замена Королем заостренных прутков на тупоконечные имеет для меня малое значение (a matter of small importance to me). Но если бы поинтересовались моим мнением, я бы ответил, что тупоконечные прутки вообще следует убрать, ибо они бесполезны. Король намеревается спасти себя и свою семью от грома небесного, но осмеливается использовать свой собственный гнев для уничтожения ни в чём не повинных поданных”.

И еще одна цитата: “Теперь мы знаем, что весь этот спор не имел никакого основания, так как для обычного громоотвода не имеет значения, чем он завершается, острием или тупым концом. На небольшом расстоянии от земли геометрическая форма конца громоотвода не может заметно влиять на распределение электрического поля над землей. …Процесс нейтрализации заряда облака путем тихого разряда, предсказанный Франклином, возможно осуществить, но только тогда, когда острие громоотвода находится на таком большом расстоянии от земли, что оно сравнимо с высотой тучи. Это имеет место для громоотводов, помещенных на самых высоких американских небоскребах, тогда действительно удается наблюдать с острия стержня тихий разряд, не переходящий в молнию” (П.Л. Капица).

Примечание

1. Имеется в виду французское переиздание «Опытов и наблюдений» в 1773 году.

Статья помещена в музей 16.07.2007