Jagten på hvirvelvindenes Hemmeligheder II.

Som hersker over den lille mellemitalienske stat Toscana fra 1620 til 1670 var storhertug Ferdinando 2. ikke meget bevendt, Ferdinando var Medicier og ætling af en af Italiens rigeste og mest magtfulde familier. Men han var forfængelig, politisk ubeslutsom og ødsel med familieformuen, som i århundreder havde holdt Medicierne ved magten. I deres storhedstid var Medicierne storkøbmænd og bankiers. Ferdinando anså den slags kommercielle aktiviteter for at være under sin hertugelige værdighed. Han lukkede familiens finansielle foretagender og satte i stedet sin lid til ublu og i stigende grad upopulære skatter til finansiering af sine dyre vaner. Et af Ferdinandos mange forødende projekter gik ud på at indføre kameler til at afløse andre firbenede dyr som Toscanas vigtigste last og transportdyr. Men ørkenens skib kunne desværre ikke trives i de nye omgivelser.

Trods al hans uduelighed var der dog noget formildende over Ferdinando. Han var selv amatørvidenskabsmand med et ikke ringe talent. Han støttede de ypperste videnskabsmænd i tiden og landet og bidrog herigennem til at køre den aristoteliske tænkning i sænk. Som den ungdommelige organisator af Conversazioni Filosofeche (konversationer om filosofi) præsiderede Ferdinando ved de videnskabelige møder, der afholdtes i hans palads i Firenze. Han grundlagde siden Accademia del Cimento (eksperimenternes akademi) med det særlige sigte at efterprøve teorier i laboratorier.

Det ubestrideligt største lys i Ferdinandos videnskabelige cirkler var den berømte Galileo Galilei, som af Ferdinandos fader, Cosimo 2., oprindelig var blevet ansat som storhertugelig filosof og matematiker. Men nu i de mellemste år af Ferdinandos regeringstid var Galilei blind og plaget af smerter efter at være blevet forhørt af inkvisitionen på grund af sine kætterske opfattelse af universet. Galilei blev løsladt, tvunget til at tilbagekalde sine teorier og dømt til at tilbringe resten af sine dage i husarrest i nærheden af Firenze, men han fortsatte med at drage fremragende forskere til sig fra hele Italien. 1 slutningen af 1641 tog den unge matematiker Evangelista Torricelli med begejstring imod Galileis invitation om at slutte sig til hertugens klike i Firenze.

Torricelli blev forældreløs som barn og blev opdraget hos en onkel, en lærd munk, der havde antaget navnet Jacopo. Med støtte fra den gode Jacopo studerede Torricelli under jesuitterne i Faenza og flyttede 1627 til Rom, hvor han hurtigt gjorde sig bemærket som en beåndet matematiker og tiltrak sig Galileis opmærksomhed. Kun tre måneder efter Torricellis ankomst til Firenze døde Galilei, og den nyankomne, dengang 33, udnævntes til hans efterfølger som storhertugens filosof og matematiker. Inden der var gået tre år, sad Torricelli som leder af forsøgene, der skulle vække den slumrende meteorologiske forskning efter den lange dvaletilstand.

Ferdinandos florentinere foretrak eksperimenterende videnskab frem for metafysisk spekulation og ivrede efter at gennemhulle den aristoteliske logik ved laboratorieforsøgenes hjælp. I Galileis levetid og antagelig på hans initiativ blev der gennemført mindst ét forsøg med henblik på at modbevise Aristoteles' postulat om, at der ikke kan eksistere noget lufttomt rum i universet. Omkring 1640 frembragte en af Galileis elever et vakuum i et vandfyldt glasrør, som var tilproppet foroven, men åbent i bunden. Efter at røret var blevet anbragt i et vandfad, løb vandet ud af røret, indtil det nåede samme niveau som vandet i fadet, og rummet, der var tømt for vand, var således et vakuum, Som en interessant sidebernærkning havde Aristoteles også påstået, at lysbølger ikke kunne bevæge sig gennem et vakuum, men her var et vakuum, som tilsyneladende ikke udgjorde nogen hindring for lysets passage.

Torricelli var på jagt efter en anden teknik til frembringelse af et lufttomt rum, da han engang i 1644 opfandt det instrument, som endnu i vore dage er grundlæggende for stormvarsler. Eksperimentet bestod i at fylde et langt glasrør, som var tillukket i den ene og åbent i den anden ende, med kviksølv. Den åbne ende blev lukket med en finger, røret vendt på hovedet og anbragt i et fad med kviksølv, hvorefter han fjernede fingeren fra den åbne ende. Man kunne forvente, at kviksølvet på grund af vægten ville udtømmes i fadet, men i stedet blev noget af stoffet tilbage i røret. Dertil kom, at dets overflade hævede og sænkede sig nu og da.

»Vi diskuterede den kraft, der holdt kviksølvet oppe til trods for dets naturlige tendens til at synke ned,« skrev Torricelli. »Jeg går ud fra, at kraften er udefra kommende. På væskeoverfladen i fadet udøves et tryk fra 80 km luft. Men hvilket vidunder er det ikke, at kviksølvet stiger op til et punkt, hvor det er i balance med vægten af luften udenfor, som indvirker på det.«

Hvorfra kom den kraft, på hvis tryk kviksølvet reagerer ved at stige eller falde inden for sit glasindelukke? Torricelli skrev: »Vi lever neddykkede på bunden af et hav med almindelig luft, som ubestridelige forsøg har vist har vægt.« »Da dette var tilfældet,« fortsatte Torricelli, »kan den måde, kviksølvet reagerer på, forklares ud fra de skiftende grader af tryk, som skyldes forandringer i luften, som snart er tungere, snart lettere.«

Torricellis opfindelse kunne selvfølgelig anvendes til måling af forandringerne, og andre forskere observerede snart, at det havde med vejrskifte at gøre, at kviksølvet sank meget, når større storme var i anmarch. Selv om det faldt i kommende generationers lod at forske videre i årsagerne hertil, fandt Torricellis opfindelse blivende og uvurderlig plads blandt de meteorologiske instrumenter og blev kendt som barometret.

Som en ekstra gevinst bidrog opfindelsen af barometret til at gøre en anden mærkværdighed fra laboratorierne til et redskab, som fik afgørende betydning for meteorologien. Omkring år 1600 havde Galilei, tilsyneladende nærinest som en slags selskabsleg, demonstreret, at luft udvider sig ved opvarmning og trækker sig sammen, når den afkøles. Dengang, næsten 40 år efter, huskede en af de tilstedeværende tydeligt dette eksperiment: »Han tog en lille glasflaske omtrent på størrelse med et lille hønseæg med en hals så lang og fin som et hvedestrå og opvarmede flasken godt i sine hænder, hvorpå han vendte mundingen nedad i et kar anbragt nedenunder, hvori der var lidt vand.« Da Galilei fjernede varmen fra sine fingre fra kolben, afkøledes den hurtigt, og luften trak sig sammen. »Vandet begyndte på ny at stige op i halsen og steg og steg mere end 2 cm over vandoverfladen i fadet.«

Senere udstyrede Galilei eller en af hans efterfølgere røret med en skala, så man kunne aflæse graden af forandringer som følge af temperatursvingninger. Desværre viste denne model af et termometer sig at være håbløst unøjagtig. Det var først efter opfindelsen af barometret, at videnskabsmændene i Firenze blev klar over, at et termometer med åben ende var påvirkeligt ikke blot over for temperaturen, men også over for forandringer i lufttrykket. Løsningen af problemet skyldtes ingen andre end selve storhertug Ferdinando.

Ferdinando brugte alkohol som reagerende middel i stedet for vand. Han fyldte termometret med denne væske og tillukkede dernæst den åbne ende hermetisk. Selv om væsken i røret fortsat reagerede på temperaturforandringer, forblev den upåvirket af lufttrykket udenfor.

Interessant nok eksperimenterede Ferdinando og hans kolleger i Firenze også med kviksølv i deres termometre, men opgav det, da de så, at det ikke steg så højt op i glasset som alkohol, når begge dele blev udsat for samme varmepåvirkning. Først i begyndelsen af 1700tallet opdagede den i Danzig fødte Gabriel Daniel Fahrenheit, at kviksølvets mindre reaktion faktisk var en fordel og justerede derfor sine termometre efter den skala, som fortsat anvendes i engelsktalende lande, og hvor vands frysepunkt er +32 gr. F (0 gr. C) og kogepunktet 212 gr. F (100 gr. C).

Ferdinando 2. var i al fald fornøjet med sin opfindelse. For at sikre, at den og Torricellis barometer fandt anvendelse, oprettede han verdens første meteorologiske observationsnetværk med stationer i Firenze, Pisa, Vallombroza, Curtigliano, Bologna, Parma og Milano. I Parma meddelte Ferdinandos repræsentant således, at han havde modtaget to termometre og »havde fastgjort dem uden for to vinduer, det ene mod syd og det andet mod nord, og aflæste dem tre gange om dagen«. Ferdinando selv har nok ikke været mindre pligtopfyldende. En samtidig historiker har skrevet »Om vinteren ser Hans Durchlauchtighed Storhertugen på de bemeldte instrumenter, når han står op om morgenen, og ud fra de observationer, han har gjort, bliver han orienteret, om kulden aftager eller tager til«.

Denne usædvanlige Ferdinando var også ansvarlig for fremskridt med hensyn til måling af fugtigheden  mængden af vanddampe i atmosfæren. I virkeligheden havde både oldtidens jøder og grækere en nogenlunde klar idé om det såkaldte hydrologiske kredsløb i form af den konstante proces, hvor vand stiger op i atmosfæren gennem fordampning og derefter fortættes og vender tilbage til jorden. Men i oldtiden forvirredes man ved det forhold, at vandet på et bestemt punkt i kredsløbet antager en usynlig dampform.

Så tidligt som i 1400tallet havde observationer henledt opmærksomheden på, at, selv om de ikke ses, forandrer vanddampniolekylerne sig ikke til luft, men forbliver adskilte fra atmosfærens luftpartikler. 1 1450 fortalte biskoppen af Bressanone i Italien, kardinal Nicolaus Cusa, f.eks. om, hvordan et uldnøgle tog fugt til sig og derfor øgede sin vægt, når vejret var fugtigt, mens ulden tabte vægt i tørre perioder.

Uldvejning var imidlertid ikke en præcis målemetode, og i overensstemmelse med sine principper fremkom Ferdinando af Toscana med en mere anvendelig opfindelse. Lejligheden bød sig, da Ferdinando funderede over meningen med de dråber af fortættet fugt, som dannedes uden på hans vinglas. Ifølge en kollega fik dette Ferdinando »til at konstruere el instrument bestående af et hult glas, der smalnede til i den ene ende, Han fyldte det med knust is og anbragte det med den spidse ende nedefter på en trefodsholder med et bægerglas nedenunder. Luften, som omgav det fuldstændigt, begyndte at forandre vandet, som dryppede ned i bægerglasset fra den tilspidsede ende«. Selv om der gik nogle år, før princippet blev forstået, afkølede isen den omgivende atmosfære med det resultat, at vanddampniolekylernes konstante bevægelse i luften aftog. Dette fik dem til lettere at knytte sig til hinanden og danne dråber, som samlede sig på andre ting som f.eks. glasvasens sider.

For Ferdinando var det indlysende, at luftens vandmængde måtte kunne beregnes ud fra den hastighed, hvormed vanddråberne drypper fra den tilspidsede beholder. Notaterne fra forsøgene den 27. august 1655 beretter følgende: »To glas fyldt med is i den 18. time. Det ene, anbragt i kælderen under Hans Hertugelige Højheds opholdsværelser, udleder 910 dråber pr. minut. Det andet i den store hall drypper med il, 12 eller 13 dråber i minuttet.« Som vist ved denne prototype af et hygrometer indeholdt luften i storhertugens hall mere vanddamp end kælderen.

Ikke mindst på grund af Ferdinandos mange fejltrin som regent gik det så hastigt tilbage for Medicierne, at inden for to generationer efter hans død i 1670 blev familien for evigt fjernet fra magten. Men i kraft af barometret, termometret og hygrometret efterlod storhertug Ferdinando 2. af Toscana en arv af uvurderlig betydning til den meteorologiske videnskab.

Hertil føjedes i 1667 det af den engelske fysiker Robert Hooke opfundne anemometer. Under sine bestræbelser på at finde frem til en metode til måling af vindstyrke udtænkte Hooke et simpelt, men effektivt instrument bestående af en til en aksel fastgjort flad plade, som svingede opad, når vinden indvirkede på den. En skala ved siden af pladen målte udsvinget og herigennem vindstyrken.

Som følge af de senere forbedringer af disse instrumenter fra 1600tallet lærte de fremtidige meteorologer omsider at forstå stormenes natur. De var forskere med avanceret observationskapacitet og med tålmodighed til at indsamle og analysere enorme datamængder og med evne til intuitivt at foretage logiske spring fremad.