Toen de leer van de draaiing der aarde opkwam, lag er voor de
menschen een bijzondere moeilijkheid in de voorstelling, dat de
atmosfeer meedraaide. Volgens Aristoteles werd de lucht, die de
aarde van alle kanten omgeeft, op groote hoogten steeds ijler en
ging daar over in het vuur en het hemelsche element, die de hoogere
gebieden vulden. Wanneer nu de lucht vlak aan de oppervlakte
meedraaide, tot hoever namen dan de hoogere, boven elkaar liggende
lagen deel aan deze beweging? Al het "ondermaansche" gold in dien
tijd als vergankelijk en aardsch, en zoover, dus tot in de buurt van
de maan, dacht men, dat ook de dampkring der aarde zich moest
uitstrekken. "Terwijl de kleinste afstand van de maan," schreef
Copernicus, "meer dan 49 maal de halve middellijn der aarde
bedraagt, is het ons toch niet bekend, dat in deze zoo groote ruimte
iets anders voorhanden is dan lucht, en, zoo men wil, dat, wat men
het vurige element noemt." Wij hebben ook reeds gezien, hoe hij deze
zwarigheid trachtte op te lossen, door aan te nemen, dat van die
kolossale luchtmassa, die een ruimte inneemt, vele duizenden malen
grooter dan de aarde, alleen de binnenste lagen door de aswenteling
der aarde meegesleept worden. In de 17de eeuw werd dit vraagstuk
eerst volkomen opgehelderd.
Iedereen weet, hoe een pomp werkt; wordt de zuiger omhoog getrokken,
dan stijgt het water mee, anders zou onder den zuiger een leegte
ontstaan. Men verklaarde zich dat zóó, dat de natuur geen leegte
toelaat, en waar er anders een zou ontstaan, de stof van alle zijden
aandringt om de leegte te vullen. In de 17de eeuw viel echter de
aandacht op het feit, dat men in een pomp het water niet hooger dan
10 meter kon opzuigen; trekt men den zuiger verder in de hoogte, dan
ontstaat een leegte, die niet meer door verder opstijgend water
aangevuld wordt. De Italiaansche natuurkundige _Torricelli_, een
leerling van Galilei, maakte daaruit op, dat de oorzaak van het
stijgen van het water in de pompbuis niet hierin te zoeken is, dat
de natuur een afkeer van leegte heeft, maar eenvoudig in de drukking
van den dampkring. De lucht, die ook alle holten in de aarde
doordringt, drukt op het water der onderaardsche wellen en perst het
in de pompbuis omhoog, wanneer daarin anders een leegte zou
ontstaan. Daar echter deze druk niet onbegrensd is, maar een
bepaalde sterkte heeft, kan hij het water niet verder dan tot een
bepaalde hoogte omhoogpersen; een waterzuil van 10 meter hoogte in
de buis drukt even sterk als de dampkring buiten en is met hem in
evenwicht. Wanneer deze verklaring juist is, moet kwikzilver, dat 13
maal zoo zwaar is als water, door den dampkring slechts tot een
hoogte van 1/13 van 10 meter opgeperst kunnen worden. Toen
Torricelli de proef deed, bleek dat ook inderdaad uit te komen; aan
een kwikzilverbarometer kan iedereen zien, dat het kwikzilver in de
van boven gesloten buis ongeveer 76 cM. hooger staat dan in de open
buis, en de luchtledige ruimte boven zich niet vult. Ook nog op een
andere wijze werd deze verklaring bevestigd. De druk, dien de lucht
door haar zwaarte uitoefent, moet des te geringer zijn, naarmate men
hooger in den dampkring komt. Toen de Fransche natuurkundige
_Pascal_ in 1647 de kwikzilverproef van Torricelli op den top van
den 1000 M. hoogen Puy de Dôme liet herhalen, bleek het, dat daar de
kwikzilverzuil slechts 66 cM. hoog was, dus 10 cM. lager dan beneden
in de vlakte.
Deze ontdekking, _dat de dampkring, die zich boven ons uitstrekt,
door zijn zwaarte op de aarde drukt_ _en een bepaald gewicht heeft_,
maakte het mogelijk de hoogte van den dampkring te vinden, mits men
maar het gewicht van een liter lucht kende.
[Illustratie: NICOLAUS COPERNICUS (1473-1543)]
Dit gewicht was te bepalen, nadat door den burgemeester van
Magdeburg, _Otto von Guericke_. in 1654 de luchtpomp was
uitgevonden, waarmee men een afgesloten ruimte luchtledig kon maken.
Weegt men een gesloten flesch eerst met lucht gevuld, en dan nadat
de lucht er uitgepompt is, dan is het verschil het gewicht van de
lucht in de flesch. Op die manier werd gevonden, dat de lucht in
onze omgeving, aan het oppervlak der aarde, 780 maal lichter dan
water is. Een kolom van deze lucht van 7800 meter hoogte kan een
waterzuil van 10 meter hoogte in evenwicht houden en oefent dus
dezelfde drukking uit als de dampkring. Daaruit volgt, dat de
dampkring boven ons evenveel lucht bevat als een 7,8 KM. hooge laag,
waarin de lucht van boven tot beneden overal dezelfde dichtheid
heeft als aan de oppervlakte der aarde. _De luchtmassa, die de aarde
omgeeft, bedraagt niet meer, dan een 8 KM. dikke, overal uit
oppervlaktelucht bestaande laag bevat_.
Nu is in werkelijkheid de dampkring veel hooger. Want lucht vormt
niet, zooals water, een laag, die van beneden tot boven overal
dezelfde dichtheid heeft en dan met een scherp grensvlak eindigt.
Lucht is veerkrachtig. Zij wordt des te sterker samengeperst,
naarmate een grooter druk op haar uitgeoefend wordt, terwijl zij
zich bij vermindering van den druk steeds meer uitzet en ijler
wordt. Hoe hooger men in den dampkring komt, des te geringer wordt
de druk, omdat een kleinere luchtmassa er van boven op drukt, en des
te ijler en lichter wordt dus de lucht. Op een hoogte van 6 KM. is
de druk tot de helft, op een hoogte van 18 KM. tot op 1/10
afgenomen, en voor elke verdere stijging van 18 KM. worden druk en
dichtheid weer 10 maal kleiner. _De dampkring heeft dus geen vaste
grens_; hij gaat onmerkbaar in de leege wereldruimte over.
Kan men dus voor de hoogte van den dampkring geen bepaald getal
opgeven, zoo kan men toch enkele getallen voor de hoogte vinden,
waarop men van den dampkring nog iets bemerkt. De fijne veerwolken
(cirruswolken), die uit ijsnaaldjes bestaan, zweven op een hoogte
van 10 tot 20 KM. De nog fijnere wolkstrepen, die soms in den
middernachtelijken schemeringsboog des zomers zichtbaar zijn en
"lichtende nachtwolken" genoemd worden, zweven 70 tot 80 KM hoog,
waar de lucht 10.000 maal dunner is dan aan de oppervlakte der
aarde. Hier kan de lucht dus nog de fijnste stofdeeltjes zwevend
houden.
Een andere maatstaf wordt ons door de hoogte gegeven, waarop de
verlichting van de lucht door het zonlicht nog merkbaar is. Overdag
zien wij den hemel schitterend blauw, en deze stralende helderheid
ontstaat door de verlichting van de lucht om en boven ons door de
zon. Is de zon ondergegaan, dan wordt het licht zwakker en trekt
zich steeds meer als schemerlicht naar het Westen terug.
[Illustratie: De schemering.]
Daaruit blijkt, dat de onderste en dichtste lagen van den dampkring
niet meer door de zon beschenen worden, en van de naast hoogere
lagen alleen een naar het Westen gelegen gedeelte -- zooals de
bovenstaande figuur toont, waar de zichtbare dampkring door een
gestippelde laag is voorgesteld. Wanneer eindelijk het laatste
schemerlicht verdwenen is, zijn alle lagen, die dicht genoeg zijn om
ons in het zonlicht zichtbaar te worden, in de schaduw gekomen, en
van de lucht boven onzen horizon worden alleen maar de nog hoogere,
dunnere lagen door de zon verlicht. Uit den tijd, waarop het laatste
schemerlicht in het Westen verdwijnt, laat zich, zooals de figuur op
de volgende bladzijde toont, afleiden, tot op welke hoogte de lucht
nog in het zonlicht zichtbaar is. Op deze wijze heeft reeds in de
middeleeuwen de Arabische geleerde Alhazen daarvoor een bedrag van
ongeveer 80 KM. gevonden.
Dat daarboven nog veel dunnere lucht zich tot nog veel grootere
hoogte uitstrekt, wordt bewezen door het opvlammen van vallende
sterren, wier hoogte naar de vroeger uiteengezette methode der
driehoeksmeting te berekenen is, wanneer zij op twee verschillende
plaatsen gelijktijdig waargenomen zijn; daarbij heeft men hoogten
van een paar honderd KM. gevonden. Maar -- en daarop komt het voor
ons hier aan -- wat beteekent deze hoogte in vergelijking met de
middellijn van de aarde, die bijna 13000 KM. bedraagt?
[Illustratie: Einde van de schemering.]
De in het zonlicht zichtbare lucht verheft zich slechts tot 1/160
van de aardmiddellijn, de uiterst dunne, allerhoogste sporen reiken
nog tot 1/50 van de aardmiddellijn, _terwijl de helft van alle lucht
zich in een laag bevindt, die niet dikker dan 1/2000 van de
aardmiddellijn is_. Het lijkt er dus niets op, dat de dampkring de
geheele ruimte tot aan de maan zou vullen; deze wereldruimte is tot
vlak bij de aardoppervlakte leeg. _Slechts een uiterst dunne, aan
haar oppervlak klevende luchtschil omgeeft de aarde_. De
onderstelling, dat deze luchtschil met de aarde om haar as
meedraait, alsof zij een enkel lichaam met haar vormt, biedt dus
niet de geringste moeilijkheid meer.