Синева неба, свободного от туч, не всегда и не везде одинакова; летом оно темнее, зимой – яснее. Выражение: «итальянское небо», т. е. темное небо, вошло даже в пословицу. Соссюр, сознавая необходимость сравнивать между собой разные состояния синевы неба, придумал для определения их особый инструмент, названный им цианометром. Он состоит из 53 полос, наклеенных на круг представляющих постепенные переходы от белого цвета через все возможные ступени синего до черного, названные им градусами цианометра. Синева данного места неба определяется тождественностью его с одним из этих градусов, определенной непосредственным наблюдением.

Синева неба – есть действие воздуха. Если бы не было его, оно казалось бы нам совершенно черным. Чем плотнее слои воздуха, через которые мы смотрим на небо, тем цвет его больше приближается к белому, и потому синева неба в зените насыщеннее, нежели на горизонте. Измерения этих оттенков, произведенные Гумбольдтом на Атлантическое океане (соответствующие довольно близко определениям Соссюра на Женевском озере), показали, что под 1° высоты, следовательно, очень близко к горизонту, цианометр показывает от 2,5° до 3°; под углом 60°-21°– 22°, а в зените – 22,4°-23,5°. При наблюдениях в зените Гумбольдт нашел, что под тропами синева насыщеннее: в то время, как средняя синева в Париже (при 25° теплоты) 16-17°, она доходит под тропами, тоже на равнине, до 23°. Самые великолепные испанские и итальянские ночи, по уверению Гумбольдта, нельзя сравнить со спокойным величием тропических. У экватора все звезды блестят спокойным планетарным светом; мерцание едва заметно на горизонте. Самые слабые телескопы под тропами кажутся гораздо более сильными; так значительна и постоянна прозрачность тамошнего воздуха!

Если тропический воздух кажется темнее нашего, то из этого следует, что там из числа лучей, исходящих из солнца, пропадает на пути их к земле менее, нежели у нас, а если это так, то понятно, что количество достигающих земной поверхности лучей там больше, чем у нас. Явление это, равно как влияние солнечных лучей на физиологические отправления растений, на их дыхание, цвет, отложение азота, не укрылись от наблюдательности Гумбольдта. Этому ничем не ослабленному влиянию лучей он приписывает и ароматичность горных растений. Им же объясняет он странное чувство расслабления, испытываемое жителями Кито и Мексики, когда они, поднявшись на высоту 3 000 – 4 000 метров, испытывают жгучесть лучей не так ослабленных, как достигшие поверхности земли.

Известно, что луч солнечный, проходя через разные слои атмосферы неодинаковой плотности, отклоняется от своего первоначального направления, описывая на пути кривую линию. Исключение из этого закона представляют только такие лучи, которые, исходя из зенита, направляются к поверхности земли в перпендикулярном направлении, нигде не преломляясь. Как только светящееся тело не находится в зените места наблюдения, лучи тотчас уклоняются, искривляясь тем сильнее, чем больше расстояние от зенита. Так как более плотные слои воздуха находятся внизу, то выпуклая сторона образуемой лучом кривой линии обращена кверху, и потому, следя в направлении последнего пути назад, светящаяся точка кажется нам лежащей ближе к зениту, чем она находится в действительности. Глаз наблюдателя ищет виденный предмет на продолжении того направления, которое имел луч прежде, чем он проник в глаз, и если луч на пути своем изменил свое направление, то глаз не видит светящейся точки в том месте, где она действительно находится. Мы видим, например, изображение предмета в зеркале. Свет прошел в этом случае путь от видимого предмета к зеркалу, отразился в нем, изменил свое направление и проникает по этому новому направлению в глаз наблюдателя. Последний видит таким образом предмет или, вернее, изображение его, в продолженном назад от зеркала направлении, которое имел луч перед непосредственным входом в глаз, т. е. глаз видит предмет за зеркалом.

Вследствие уклонения света от своего пути в воздухе мы никогда не видим звезды, не находящейся в зените, на том месте, где она находится в действительности; она всегда кажется приближенной к зениту; словом, мы видим ее всегда выше, чем она находится на самом деле. Едва только восходящая звезда кажется нам находящейся над горизонтом на высоте около полудиаметра луны; если же мы видим ее на самом горизонте – то она в действительности еще и не показалась на нем.

Из сказанного будет ясно, какую важную роль играет в практической астрономии это свойство света. Если мы желаем основать вычисление пути какого-нибудь светила на наблюдении, то необходимо при этом знать настоящую высоту его, а это невозможно, не зная точно величины лучепреломления.

Вопросом этим занимались уже древние, хотя и не решили его вполне удовлетворительно. Тихо Браге и Ротман, обратившие внимание на действие нагретой почвы, утверждали, что рефракция света должна быть неодинакова в различных странах. Кеплер подтвердил это положение. Чем плотнее воздух, тем сильнее должно быть действие ее, а так как теплота уменьшает плотность воздуха, то она и уменьшает рефракцию. Низкий столб ртути в термометре и высокий в барометре усиливают ее. Карл XI, король шведский, Споле и Билемберг делали наблюдения над нею в Торнео. Вычисления, сделанные на основании их, Кассини и Пикаром, показали, что рефракция в Лапландии вдвое сильнее, чем в Париже, между тем как Бугер нашел ее для экватора меньше. Напротив, Лежантиль, на основании наблюдений, сделанных им в Пудучерри, считал рефракцию под тропами выше. Вопрос, таким образом, оставался спорным и его следовало решить. Из многочисленных астрономических наблюдений, сделанных Гумбольдтом во время его путешествия для определения географической долготы и широты различных мест, можно было вычислить рефракцию. Ольтманнс, занявшись этим, пришел к результатам Лежантиля, противоположным Бугеру. Гумбольдт посвятил тоже этому предмету в первом томе своих Observations astronomiques [1810.2] целый отдел. Так как отдельные газы не имеют одной и той же способности рефракции, то он применил к этим исследованиям свои прежние химические исследования насчет состава воздуха, о которых мы упоминали выше. Не менее внимания обратил он на влияние сырости, теплоты. Исследование этого вопроса показывает наглядно, как естественные науки тесно связаны между собой; как одна оказывает пособие другой даже в случаях, когда по общему отношению между ними это не следовало бы вовсе ожидать. Какую, кажется, связь может иметь химия, занятая исключительно исследованием земных тел, с астрономией? А между тем она дала нам еще в последнее время, при посредстве спектрального анализа, ответ насчет составных частей небесных тел, и к ней же обратился Гумбольдт с вопросом: нельзя ли из различия химического состава заключить о различии рефракции лучей. Она дала ему ответ отрицательный, ибо химический состав атмосферы, по крайней мере, что касается содержания ее кислорода и азота, остается почти неизменен; содержание углекислоты слишком незначительно, а водяные пары оказывают такое же влияние, как и сухой воздух. Мы видим здесь, что положительное исключение возможности постороннего влияния на известное явление часто играет такую важную роль в науке, как и метод, научающий нас средствам устранить его.

Таким образом, так как химический состав воздуха не оказывает влияния на рефракцию, то остается только принять в расчет температуру и плотность его. Так как первый из этих двух факторов уменьшается по направлению кверху очень неравномерно, то все определение делается вследствие того очень неопределенным и наблюдения над звездами получают только тогда известную цену, когда наблюдаемый предмет отстоит от горизонта по крайней мере на 15°.