Командир «Тамани» приступил к практическому изучению Босфора, не дожидаясь, пока у него появятся все необходимые приборы и книги. Метод исследований, найденный им, был весьма интересным и, как часто бывает в подобных случаях, весьма несложным. На самой обыкновенной шлюпке Макаров с несколькими офицерами и матросами выходил на середину пролива. На глубину опускался обычный бочонок, наполненный водой. Гребцы убирали весла и... И открывалось поразительное явление: шлюпка с опущенным грузом шла против видимого течения! Поверхностный слой воды увлекал ее в сторону Мраморного моря, но бочонок попадал в нижнее течение и служил своеобразным подводным парусом, двигая шлюпку в обратном направлении.
Итак, два течения в Босфоре существовали. Однако пока это была еще гипотеза, предположение, а не научно установленный факт, и Макаров прекрасно понимал, что работа только началась. Для того чтобы сделать научно обоснованный вывод, следовало провести большое число подобных опытов, исключающих всякую случайность. А раз так – вперед, за дело, засучив рукава!
Как обычно, энтузиазм Макарова увлек окружающих. Весь экипаж «Тамани» не за страх, а за совесть помогал своему командиру. 22 января 1882 года он сообщал в Петербург, что им «сделано уже до 500 наблюдений над верхним и нижним течениями». Одновременно изучались плотность и соленость воды, температурный режим и т. д.
Таков был размах исследований!
Позже Макаров рассказывал о своей работе на Босфоре:
«Аппетит приходит во время еды», – говорят совершенно справедливо французы. Когда я убедился, что нижнее течение существует, то захотелось точно определить границу между ним и верхним течением. Когда сделалось очевидным, что граница эта идет по длине Босфора не горизонтально, а с некоторым наклонением к Черному морю, захотелось выяснить этот наклон, наконец захотелось выяснить подмеченные колебания границы между течениями, в зависимости от времени года и дня, от направления ветра и пр. Точно так же было интересно определить относительную скорость течения на разных глубинах и распределение воды по удельному весу.
Одно наблюдение вызывало другое, и в сумме к концу моего командования, т. е. к осени 1882 г., накопился довольно большой, хотя и весьма разбросанный материал...»
Работа осложнялась тем, что Макаров не имел никаких официальных поручений и разрешений для такого рода работы. А турки весьма подозрительно наблюдали за кораблем своего недавнего военного противника и частыми шлюпочными прогулками его командира. В этих условиях проводить дальнейшие опыты на шлюпках было рискованно и, кроме того, крайне неудобно. К несчастью, «Тамань» стояла далеко от фарватера, а менять место стоянки без разрешения турецких властей стационеры не имели права.
И тут Макарову помог случай. Однажды в Константинополь пришел английский корабль и отдал якорь около той бочки, у которой стояла «Тамань». Макаров схитрил. Он не препятствовал англичанам стать рядом (хотя имел на это право). А потом приказал поднять якорь и перевести стационер на другое место – как раз на середину фарватера! Представителям турецких властей, которые не замедлили потребовать у него объяснений, Макаров заявил, что он не может стоять с другим судном около одного мертвого якоря, этим, мол, и вызвана перемена места его стоянки. На всякого рода переговоры по этому поводу ушло около пяти дней. Все это время Макаров потратил на опыты, которые проводились теперь в гораздо более благоприятных условиях, чем раньше на шлюпках. Когда русский стационер должен был наконец покинуть средину фарватера, материал многочисленных исследований позволил сделать твердое заключение: да, в Босфоре на разных уровнях существуют два противоположных течения.
Весну и лето Макаров провел в энергичных трудах. Как всегда, его хватало и на другие дела. Он написал несколько объемистых записок о способах ремонта кораблей, о боевой подготовке экипажей и т. п. А кроме того, он был мужем молодой красивой женщины – положение, обязывающее ко многим хлопотам. Макаров и его элегантная супруга регулярно посещали приемы и рауты, на которые так богат дипломатический быт. Капитолина Николаевна пользовалась неизменным успехом – светская жизнь оказалась истинной ее стихией. Да и Макаров, хоть стихия его была совсем иная, тоже умел себя показать. Он прослыл хорошим рассказчиком, остроумным собеседником, свободно объяснялся на нескольких европейских языках. В семье Макаровых появился уже первый ребенок, дочь Оленька – предмет восторженного обожания отца.
Судьба улыбалась молодому подполковнику. Впрочем, и в чинопроизводстве он тоже шагал вверх довольно бодро: уже в тридцать три года ему довелось стать полковником.
В январе 1882 года по флоту был отдан приказ. Под номером 48 значились три короткие строчки:
«Производится:
По линии: из капитанов 2-го ранга в капитаны 1-го ранга
Флигель-адъютант Макаров 2-й».
(В ту пору в русской армии и на флоте было принято однофамильцев именовать с порядковыми номерами, причем первый номер давался старшему по службе.)
6 сентября 1882 года «Тамань» бросила якорь в Николаеве: служба Макарова в Константинополе завершилась, его отзывали в Петербург. Он сдал командование, с этой целью был произведен смотр вверенному ему кораблю. Результаты смотра отражены были в приказе по Черноморскому флоту: «Главный командир Черноморского флота и портов, произведя вчерашнего числа смотр возвратившегося со станции в Константинополе пароходу „Тамань“, нашел его по внутренней чистоте и порядку в отличном состоянии, команда отличалась бодрым и здоровым видом, претензий не оказалось... Работы производились вполне отчетливо, с полным усердием, знанием дела и без малейшего шума и замешательства. Оставшись вполне доволен этими результатами, его превосходительство изъявляет свою признательность командиру парохода флигель-адъютанту Макарову, благодарит всех офицеров и поручает командиру объявить свое спасибо команде за молодецкую службу и хорошее поведение».
Как видно, усиленные ученые занятия ничуть не отвлекли Макарова от исполнения основного своего долга. Служба есть служба...
Сразу же по прибытии в Петербург Макаров засел за работу. Он привез с собой множество записей, таблиц, графиков. Однако этот огромный материал еще предстояло обработать. До сих пор Макаров никогда не занимался географией и тем более узким разделом этой науки – гидрологией. Теперь он вновь садится за книги и карты. Он обращается за советом к различным специалистам. Так, он познакомился с преподавателем Морской академии, известным ученым-гидрологом капитаном Ф. Ф. Врангелем. Позднее Врангель, ставший самым близким другом Макарова, вспоминал об их первом знакомстве: «Меня крайне заинтересовали важные результаты его наблюдений; и еще более поразила меня его личность, которую можно было вполне оценить, лишь видя его в работе. Даровитых русских людей я встречал часто, но редко природная быстрота соображения и проницательность ума соединяются с таким неутомимым трудолюбием, как у Степана Осиповича Макарова, с такой настойчивостью в преследовании намеченной цели».
Тем временем морская служба Макарова продолжалась своим чередом и также требовала немалых сил и хлопот.
21 февраля 1883 года он был назначен флаг-капитаном (помощником) командира Практической эскадры Балтийского моря адмирала Н. М. Чихачева. Летом Макаров много времени проводил в море. Нередко ему приходилось замещать Чихачева и самостоятельно командовать эскадрой.
Наконец исследование о течениях в Босфоре было завершено. И тогда пришел заслуженный триумф. Случилось это 21 мая 1885 года. В этот день Макаров прочитал на заседании физико-математического отделения Российской Академии наук доклад «Об обмене вод Черного и Средиземного морей». В том же году эта капитальная работа была опубликована в академических «Записках». Макаров не только подробно описал движение вод в Босфоре, но и дал объяснение этому явлению. Верхнее течение порождается тем, что уровень Черного моря несколько выше, чем Мраморного. Вода Мраморного моря более соленая, поэтому имеет больший удельный вес. Следовательно, нижнее течение объясняется этим фактором: вода стремится из области высокого давления в область давления малого.