Джеймс Генри Коффин: Картограф ветра

Сирота с фермы в Массачусетсе, который самостоятельно научился читать небо, в конечном итоге создал то, что основатель Смитсоновского института назвал, возможно, самым важным вкладом в знания, который когда-либо спонсировало его учреждение. Джеймс Генри Коффин никогда не покидал классную комнату ради собственной лаборатории; он построил открытие всей своей жизни на основе тысяч дождемеров и флюгеров других людей, терпеливо собранных по почте.

От сиротского детства до Амхерста

Коффин родился 6 сентября 1806 года в Уильямсбурге, штат Массачусетс, и был потомком Тристама Коффина, первого английского владельца Нантакета. Рано осиротев, он воспитывался своим дядей, преподобным Мозесом Хэллоком, сельским священником, известным тем, что готовил перспективных мальчиков к поступлению в колледж. Это сработало: Коффин поступил в Амхерстский колледж и окончил его в 1828 году, а затем провел следующее десятилетие, занимаясь тем, чем занимался математически одаренный молодой человек без частного дохода в Новой Англии начала XIX века — он преподавал, переходя из школы в школу и из колледжа в колледж в поисках постоянной должности и реальной проблемы для работы.

Измерение ветра на горе

Он нашел и то, и другое одновременно. В 1838 году Коффин начал систематические метеорологические наблюдения, а во время работы в Уильямс-колледже (1840–1843) он установил самопишущие приборы для измерения ветра на вершине горы Грейлок, самой высокой точки Массачусетса — это было практическое решение фундаментальной проблемы ранней метеорологии: приборы на уровне земли, защищенные деревьями и зданиями, фиксировали местные вихри, а не реальную циркуляцию атмосферы. Коффину нужен был чистый воздух и открытое пространство, и вершина горы дала ему и то, и другое. В 1846 году он окончательно обосновался в качестве профессора математики и натурфилософии в Лафайет-колледже в Истоне, штат Пенсильвания, — кафедру, которую он занимал до самой смерти, позже также работая казначеем попечительского совета колледжа.

Неоплачиваемое партнерство со Смитсоновским институтом

В тот же год, когда он прибыл в Лафайет, Коффин начал то, что стало десятилетним, по сути неоплачиваемым сотрудничеством с недавно основанным Смитсоновским институтом, который тогда собирал первую в Америке национальную сеть добровольных наблюдателей за погодой. Коффин взял на себя неблагодарную, но необходимую работу по сбору, проверке и обработке необработанных наблюдений — вычислительную задачу, в смысле XIX века слова «компьютер», выполняемую с помощью студентов и, в частности, женщин, нанятых специально для выполнения арифметических расчетов. Коллеги позже хвалили его «добросовестное отношение к точности и преданность истине», отмечая его готовность признавать ограничения того, что могли показать его данные, вместо того чтобы преувеличивать выводы, — привычка, не являвшаяся универсальной для популярной науки того времени.

Ветры Северного полушария

Это терпеливое накопление привело к созданию знакового исследования Коффина, заказанного Американской ассоциацией содействия развитию науки: Ветры Северного полушария (1854), построенного на основе записей почти 600 наземных станций, а также разрозненных наблюдений с кораблей в море. Из этой массы данных Коффин выделил три различных пояса ветров, опоясывающих Северное полушарие — пассаты, преобладающие западные ветры средних широт и полярные восточные ветры, — дав первую эмпирически обоснованную картину крупномасштабной атмосферной циркуляции планеты. Далее он объяснил муссонные инверсии как следствие дифференциального нагрева суши и океана и, работая вместе с американским метеорологом Уильямом Феррелом, помог установить то, что сейчас известно как закон Бейс-Балло, эмпирическое правило, связывающее направление ветра с положением низкого давления. Национальное управление океанических и атмосферных исследований США позже назовет это исследование Северного полушария одной из самых значимых работ в истории метеорологии; оно также сформировало карты ветров, впоследствии выпущенные Британским торговым советом для руководства морским судоходством.

Гонка с незаконченной картой

Коффин провел свои последние годы, пытаясь распространить тот же метод на весь земной шар, увеличив количество своих станций примерно в пять раз, до 3223 точек наблюдения на каждом обитаемом континенте, для книги, которая должна была называться Ветры земного шара. Он не дожил до ее завершения. Он умер в Лафайет-колледже 6 февраля 1873 года в возрасте шестидесяти шести лет, все еще будучи казначеем совета и все еще работая со своими инструментами. Рукопись была закончена на основе его записей и опубликована посмертно в 1875 году Смитсоновским институтом с дополнительным анализом, предоставленным российским климатологом Александром Воейковым — подходящим соавтором, поскольку глобальные данные Коффина в дальнейшем заложили основу для большей части зарождающейся науки сравнительной климатологии как в Европе, так и в Америке.

Почему Джеймса называют гением

Претензия Коффина на это слово основывается не на вспышке теоретического озарения, а на чем-то более редком и трудном для поддержания: десятилетиях точного, неблагодарного синтеза, выполненного без институциональной зарплаты, который превратил разрозненные дневники погоды в первую настоящую карту того, как атмосфера движется вокруг Земли. Конкретным когнитивным навыком, продемонстрированным здесь, был поиск закономерностей в масштабе — способность удерживать в уме тысячи шумных, противоречивых показаний станций одновременно и извлекать из них небольшое количество устойчивых физических закономерностей (три пояса ветров, муссонный механизм, закон давления-ветра), которые более поздняя, лучше оснащенная наука подтвердила, а не опровергла. Джозеф Генри, сам основатель Смитсоновского института и отнюдь не случайный льстец, назвал полученную работу, возможно, самым важным вкладом в знания, который когда-либо производил Институт, что является столь же сильным одобрением, какое американский ученый XIX века мог получить от своих собственных спонсоров. Честный контраргумент столь же ясен: Коффин не был теоретиком. Он не выводил физику атмосферной циркуляции из первых принципов, как это сделали Феррел и более поздние динамики; он был предельно дисциплинированным эмпириком и менеджером данных, и его гений, если это слово подходит, ближе к гению великого картографа, чем великого физика — способность видеть истинную форму в тумане индивидуально ненадежных измерений и терпение продолжать собирать данные до тех пор, пока форма не станет неоспоримой.

Наследие

Трехпоясная картина циркуляции ветров в полушарии Коффина стала стандартной точкой отсчета для последующей метеорологии и океанографии, а его настойчивость в использовании больших, тщательно проверенных сетей наблюдений — вместо изолированных показаний приборов — предвосхитила методы, основанные на данных, которые сегодня определяют науку о климате. Профессор математики из небольшого колледжа в Пенсильвании, работая в основном по почте с добровольными наблюдателями, разбросанными по всему континенту, нанес ветер на карту.