В области исследования магнетизма, самой загадочной из всех сил природы, мы встретим опять имя Гумбольдта. Незаметная нашим чувствам, эта сила долгое время не обращала на себя должного внимания, хотя ее присутствие, как доказано теперь, встречается повсюду. Правда, некоторые магнетические явления были известны уже древним. Так, Платон, Аристотель, Плиний упоминают о свойствах естественного магнита (так называется, как известно, железная руда, встречавшаяся в древности вблизи города Магнесии, от которого и получила настоящее название), а Лукреций говорит об отталкивании его. Из этого можно заключить, что уже древние знали, что магнит имеет два различные полюса, из которых одноименные отталкиваются, а разноименные – притягиваются. Много веков, однако, прошло, прежде чем было открыто другое весьма важное свойство магнитов, именно, что положенные на вертикальную остроконечную подпорку магниты, двигаясь в горизонтальной плоскости, принимают направление от севера к югу. Первое известие, дошедшее до нас об этом свойстве магнита, так важном для мореплавания, относится к XI или XII столетию, но в нем говорится о нем как об инструменте общераспространенном между мореходцами, которые, как кажется, заимствовали его у аравитян. Но гораздо древнее употребление его у китайцев. За одиннадцать столетий до нашего летоисчисления китайский император Чэн-ван подарил тонкинским и кохинхинским посланникам, опасавшимся сбиться на обратном пути, пять магнитных «весов», указывавших на юг посредством подвижной руки небольшой фигуры. Китайцы знали даже, что магнитная стрелка показывает не совсем точно к северу и югу, а уклоняется несколько от этого направления. В конце XV в. уклонение это в Европе было к северо-востоку; Колумб же открыл во время первого своего путешествия в Америку, что уклонение это не всегда постоянно и неодинаково в различных местах. Так, он заметил (под 28° север. широты и 31° запад. долготы от Парижа), что стрелка, показывавшая до того к северо-востоку, уклонилась здесь на северо-запад. из этого Колумб заключил, что он, следуя от востока на запад, перешел где-нибудь линию, где стрелка показывала и прямо на север. Последующие наблюдения показали, что подобные уклонения встречаются не только в той широте, в которой Колумб переплывал Атлантический океан, так как теперь в этом отношении земной шар делится на две половины, из которых в одной уклонение стрелки совершается на запад, а в другой – на восток. Эти обе части разделены кривой, огибающей неправильно Землю, на которой не замечается никакого уклонения. Притом уклонение, как было уже замечено, не всегда одно и то же: оно подвергается вековым изменениям. Так, во время открытия Америки магнитная стрелка показывала на восток; в конце XVI в. уклонение это уменьшилось, а в половине XVII она совпадала с меридианом, перешла затем на запад и теперь опять направляется назад. Кажется, что нулевая линия уклонения перемещается от востока к западу, но она при этом перемещается, как перемещаются, напр., облака в своем течении; впрочем, направление ее более параллельно меридианам, нежели градусам широты. Точно так, как посредством вышеупомянутой кривой мы можем разделить земной шар на две области, область восточного и западного уклонения, мы, соединяя между собой точки одинакового уклонения, восточного и западного, линиями, называемыми изогонами, имеем возможности при первом взгляде на карту проследить распределение уклонений на земном шаре. Первая такая карта изогонов была составлена на основании двукратного путешествия по Атлантическому океану Галлеем (1701 г.). С тех пор появилось много таких карт для различных годов; так, напр., карта уклонений Ханстена для разных годов начиная с 1600 по 1800; Сэбин составил для одного 1840 г. Существуют карты и для отдельных стран, например карта Ламонта для Германии.

Кроме вековых и годовых изменений уклонений известны еще и суточные. Магнитная стрелка находится почти в постоянном движении; она направляется то на восток, то на запад, но среднее положение оконечности ее, направленной к ближайшему полюсу земли, склоняется больше к западу в полдень нежели утром. Кроме того, летом оно значительнее чем зимой. Нередко встречаются чрезвычайные движения, наблюдаемые одновременно на большом пространстве.

В половине XVI в. викарий церкви Св. Зебальда в Нюрнберге Хартман открыл еще другую особенность магнитной стрелки, именно, что весьма точно привешенная в центре тяжести стальная стрелка после намагничения не сохраняет своего прежнего строго горизонтального направления, но наклоняет свою северную оконечность книзу. Это наклонение было (1576) точнее исследовано и проверено Норманом . По наблюдениям Джемса Росса в Северной Америке (под 70° 5’ шир. и 99° 5’ западной долготы от Парижа) магнитная стрелка стоит там совершенно вертикально, склонив свой северный полюс вниз. Чем дальше мы удаляемся от этой точки, тем меньше наклонение стрелки, которая у экватора принимает горизонтальное положение. Переходя за экватор, южный полюс ее начинает наклоняться и у южного Ледовитого океана (по Россу у 75° 5’ шир. и 151° 48’ вост. долг. от Парижа) она опять принимает вертикальное направление. Соединив между собою точки, в которых наклонение равно нулю, мы получим кругом земного шара кривую, получившую название магнитного экватора. Соединяя точки одинакового наклонения получаются т. н. изоклины. Их по аналогии сравнивают с астрономическими градусами широты, а изогоны – с меридианами. Но как те, так и другие существенно отличаются от астрономических линий тем, что они представляют неправильные кривые, между тем как последние математически правильны. И для изоклинов существуют карты: Вильке издал для 1700 г.; Ханстен тоже издал их, равно как и Сэбин для 1840 г. И наклонения представляют вековые и периодические изменения и пертурбации, как и упомянутые выше уклонения.

Приближая магнит к магнитной стрелке, свободно вращающейся, легко заметить влияние первого на последнюю. В ней замечаются беспокойство, колебания, по прекращении которых она принимает определенное положение, находящееся, однако, в зависимости от положения магнита, под влиянием которого колебалась стрелка. При передвижении стрелки по поверхности земли замечено, что положения, принимаемые ею в различных точках земного шара, представляют большое сходство с теми положениями, которые замечены на ней при влиянии на нее магнита. По этой причине с давнего уже времени привыкли смотреть на земной шар как на громадный магнит и потому на него перенесли все свойства обыкновенного магнита. Как в последнем нам известны точки, в которых магнетизм проявляется сильнее всего, так точно нашли их и на земном шаре. Их назвали магнитными полюсами, хотя они и не совпадают с полюсами астрономическими, но находятся всегда на значительной широте.

Кроме явлений уклонения и наклонения, которые можно вызвать в стрелке при посредстве магнита, Кулон заметил еще, что время, необходимое для того, чтобы одна и та же стрелка произвела колебание под влиянием магнита, не всегда постоянно, не всегда одно и тоже. Под влиянием сильного магнита стрелка колеблется гораздо быстрее, чем под влиянием слабого, иными словами – она совершает отдельное колебание в более короткое время, так что квадраты чисел колебаний относятся между собой в одно и то же время как действующие силы. Проводя стрелку вдоль магнита, замечаем кроме того, что влияние последнего на первую по его средине оказывается самым слабым и усиливается по направлению к полюсам. Естественно, что физики интересовались исследовать и земной магнетизм относительно его силы в разных точках земного шара, для чего необходимо было узнать в каждой из них число колебаний, делаемых вертикально-привешенной стрелкой в магнитном меридиане, т. е. в такой вертикальной плоскости, в которой наклоняющаяся стрелка приходит в покой. Наблюдения, сделанные учеными в конце XVIII в. над этими явлениями, были частью неудовлетворительны, частью же пропали во время несчастья, постигшего экспедицию Лаперуза.

Труды Гумбольдта о земном магнетизме, начавшиеся в рассматриваемый нами теперь период его жизни, принесли необыкновенно богатый плод науке, особенно в последнее время его научной деятельности вследствие влияния, которое он, по занятому им положению в ученом мире, оказывал не только на отдельных ученых, но и на правительства, пособия которых были необходимы на этом поле деятельности. Гумбольдт обогатил науку огромным количеством собственных наблюдений по части земного магнетизма, причем он обратил особенно внимание на не совсем точные до него наблюдения над наклонениями и силой их. Наблюдения уклонений гораздо легче и потому они были делаемы и прежде довольно верно и точно. Поэтому усовершенствование метода первых были важной услугой, оказанной Гумбольдтом этой отрасли физики. Рассеянные по мере появления в свет в разных специальных журналах наблюдения по части земного магнетизма, они были собраны Гумбольдтом и приложены к третьему тому его Relation historique в виде особого прибавления. Оно обнимает все наблюдения его по этому вопросу, сделанные им с 1798 по 1829 гг. в Америке, Азии и Европе. Кроме этого Гумбольдт издал две монографии по этому же предмету, одну в сотрудничестве Био, другую – Гей-Люссака.

До американского путешествия Гумбольдта сведения об наклонении магнитной стрелки были еще так недостаточны, что предполагали, что магнитный экватор совпадает с астрономическим. Уже во время своего путешествия по Южной Америке он заметил в Сан-Карлосе-дель-Рио-Грандо под 1° 35’ сев. шир., что магнитное наклонение равно 20° 35’. Из этого уже было тогда (в 1804 г.) ясно, что наклонение у астрономического экватора не могло равняться нулю, как тогда предполагали; в противном случае оно должно бы на небольшом расстоянии 1° 35’ уменьшиться на 20° 53’, что было немыслимо.

Выходя из открытия, что астрономический и магнитный экватор не совпадают, необходимо было заняться разрешением вопроса – где находится последний. Гумбольдт и Био располагали (в 1805 г.) только двумя наблюдениями, которые показывали стрелку в горизонтальном направлении: Лаперуз нашел ее в этом положении у берегов Бразилии в 10° 57’ южн. шир. и 25° 5’ зап. долг. от Парижа; затем Гумбольдт нашел тоже под 7° 1’ южн. шир. и 80° 41’ зап. долг. тоже от Парижа. Из этого они заключили, что магнитный экватор представляет собой самый большой круг (т. е. такой, которого плоскость проходит через центр шара), наклоненный к астрономическому под углом 10° 58’ 56” и пересекающий его под 120° 2’ 5” зап. долг. и 59° 57’ 55” вост. долг. от Парижа. Сопоставление других наблюдений показало им, что наклонение стрелки на разных точках земного шара можно объяснить допущением влияния небольшого, но очень сильного магнита, находящегося в центре земли. Они предполагали, что магнит этот стоит перпендикулярно к плоскости магнитного экватора, а его продолжение пересекает поверхность земли в двух диаметрально-противоположных точках, магнитных полюсах, положение которых хотя и было ими определено, но оказалось впоследствии неверным. По этой теории, распределение на земном шаре линий одинакового наклонения выходит очень правильным: они состоят в таком же отношении к магнитным полюсам, как градусы широты к полюсам астрономическим. Впрочем, оба исследователя прибавляли, что некоторые местные причины, напр. присутствие железных руд, в особенности содержащих магнит, влияет на наклонения. Результат трудов Гумбольдта и Гей-Люссака привел их к положению, что по мере удаления от полюсов наклонение стрелки постоянно уменьшается.

С учением о магнетизме повторилось то же, что мы видели выше, говоря о теплоте. Пока количество наблюдений было ограничено, казалось, что распределение ее на поверхности земли совершается довольно правильно; только с умножившимися наблюдениями убедились в противном. В учении о магнетизме дошли до этого гораздо скорее, так как наблюдения, толчек которым дан был Гумбольдтом, следовали одно за другим, необыкновенно быстро. Уже в 1819 г. Ханстен доказал, что магнитный экватор вовсе не самый большой круг, а разнообразно извивающаяся вблизи астрономического экватора кривая линия и что неправильности эти повторяются и в остальных изоклинах. Ханстен, знавший уже и вековые изменения наклонения, предположил существование в земле с целью объяснения наклонения двух магнитов, след. допустил 4 полюса, что сделано было уже до него Галлеем для объяснения явлений уклонений. Один из южных полюсов он приурочил южнее Новой Голландии, другой – несколько южнее Америки; один из северных полюсов он поместил в Северной Америке, другой – в Сибири. При этом он предположил, что оба северные полюса двигаются по направлению от запада к востоку; оба южные – наоборот, от востока к западу, но все четыре – с неравномерной скоростью.

В начале текущего столетия определения напряженности земного магнетизма были еще неудовлетворительнее, чем наблюдения над наклонениями, так как тогда не имели никаких доказательств, постоянна ли эта напряженность под разными широтами или нет; наблюдения Ламанона, спутника Лаперуза, в которых можно было бы найти материалы для ответа по этому вопросу, были потеряны, так что и тут труды Гумбольдта открывают новую эру в этой отрасли физики. Он впервые доказал фактически, что напряженность земного магнетизма подвержена изменениям под различными магнетическими широтами; что она по мере приближения к экватору уменьшается, так как время, необходимое для совершения одного колебания одной и той стрелкой, увеличивается по мере уменьшения расстояния от этой кривой. Почти во всех последующих наблюдениях об этом вопросе исследователи приняли силу, с которой действует магнетизм у экватора в Перу, определенную там Гумбольдтом, за единицу, с которой сравнивались (и сравниваются большей частью еще теперь) все напряженности магнетизма на земном шаре, и она легла в основание при составлении всех карт напряженности земного магнетизма.

Кроме суточного колебания магнитной стрелки в горизонтальном направлении, Гумбольдт во время своего путешествия в Италию (в 1805 г) открыл еще новое, совершающееся в более узких пределах и продолжающееся не так долго, как первое. Известно, что северный полюс стрелки в наших местностях направляется с 6 часов утра до часу или двух пополудни на запад, а позднее движется до полуночи на восток; затем опять возвращается и в 6 ч. утра показывает опять более к востоку, чем в полночь. Это последнее движение составляет исключительное открытие Гумбольдта; прежде полагали, что стрелка с полудня до следующего утра постоянно движется к востоку.

Оставим теперь область физики и перейдем к землеописанию, успехам которого так много послужил Гумбольдт.