Работа эта над упругостью газов дала большие и ценные науке результаты. Опыты Дмитрия Ивановича доказали неточность закона Бойля-Мариотта для малых давлений. Закон читается так: если температура газа остается постоянной, то объем газа изменяется обратно пропорционально изменению давления, т. е. например, если объем взятого газа был равен одному литру, то при увеличении давления вдвое, этот объем уменьшится вдвое, значит, будет равен половине литра. При увеличении давления в четыре раза он будет равен 1/4 литра и т. д. Понятно, что плотность газа при указанных изменениях будет увеличиваться. Вообще, если объем газа при давлении р0 был v0, t потом с изменением давления до р изменился до v, то v0:v = р0:р или, взяв произведение крайних и средних: v0p0=vp, получим другое выражение того же закона: произведение из объема газа на давление при неизменной температуре для одного и того же количества всякого газа есть величина постоянная. Проверяя этот закон, Дмитрий Иванович выяснил, что неточность его проявляется при давлении воздуха, меньшем 2/5 давления на уровне моря (760 мм), и что, таким образом, произведение объема на давление не есть величина постоянная.
Это важное открытие направило мысли Дмитрия Ивановича к метеорологии, тесно связанной с вопросами атмосферного давления. Отсюда интерес к барометрическому нивелированию и изобретение весьма чувствительного дифференциального барометра названного «высотометром», показывающего изменение давления. Уже в 1875 г. «высотометр» Менделеева стал с успехом применяться для нивелирования на занятиях генерального штаба, т. е. таким образом лабораторные исследования получили практическое применение в полевых условиях. Под редакцией и с предисловием Менделеева стала выходить книга Мона «Метеорология или учение о погоде». А стремление самого Дмитрия Ивановича детально изучить «лабораторию погоды» вылилось в большой труд, «О барометрическом нивелировании». Этот труд впервые столкнул его с воздухоплаванием, в период этой работы он писал в предисловии к «Материалам для суждения о спиритизме», что его тянет за облака в «лабораторию погоды».
Понятно, не мог Дмитрий Иванович пройти мимо ожидавшегося 7 августа 1887 г. полного солнечного затмения. Тем более, что самые благоприятные условия для его наблюдения оказались в центральной части России, в районе Твери, Клина, а, следовательно, и Боблова. За неделю до затмения Дмитрий Иванович получил телеграмму от товарища председателя Русского технического общества, в которой тот предлагал Менделееву подняться для наблюдений над затмением на управляемом воздушном шаре с аэронавтом Кованько. Дмитрий Иванович ответил согласием. Рискованный полет этот он описал сам в статье «Подъем на воздушном шаре в Клину».
Эти записи интересны не только характерностью необычной обстановки, в которой протекал полет, но и поведением самого Дмитрия Ивановича, который вовсе не был подготовлен к полету и тем не менее ничуть не растерялся во время подъема и произвел все нужные наблюдения, руководясь одной лишь мыслью — об интересах науки, стоящих в момент необходимого риска выше личной безопасности. Ниже приводим выдержки из его статьи о полете.
«Кругом аэростата была масса народа, и стояло множество экипажей. Проходя к аэростату, я встретил нескольких своих петербургских знакомых, приехавших наблюдать солнечное затмение и вместо него теперь решившихся, так как нечего было другого делать, наблюдать по крайней мере отлет аэростата. При входе в загородку послышались дружные крики. Из них один лишь, признаюсь, мне памятен. Кто-то кричал «бис» и я подумал: хорошо бы в самом деле повторить и повторять торжество науки, хорошо потому, что есть масса чрезвычайно интересных задач, которые можно разрешить только при поднятии на аэростатах. Задачи эти не чужды наших обычных общежитейских интересов, потому что они касаются разрешения понятия о погоде. Аэростатическое восхождение Захарова, Гей-Люесака, Тиссандье и особенно Глэшера ва его «философском аппарате» (т. е. физическом приборе), как он назвал свой аэростат, внесли уже много данных чрезвычайной важности в область метеорологических сведений. Теперь же, здесь в Клину, это торжество науки должно было совершаться перед этой толпой, и пусть она изъявляет свою радость, как умеет и знает. В лице она чтит науку. Теперь надо действовать, и теперь мне следует помнить, что во мне случайно перед этой толпой и перед множеством тех лиц, которым известно о предполагающемся поднятии, соединились те или другие ожидания большего или меньшего успеха наблюдений.
…Не помню, кто при моем приходе остановил меня и сказал мне на ухо: «Дмитрий Иванович, у аэростата нет подъемной силы. Я вижу, знаю дело, лететь нельзя, уверяю вас, нельзя». Приближаюсь; среди толпы вижу, Кованько распоряжается делом, и что аэростат держат уже за те веревочные концы, которые идут от его экватора и опускаются до земли. Корзинка, однако, была нагружена мешками с песком. Их вынимают, на место их ставят ранее приготовленную табуретку, и ставят доску. На табурете я предпочитал сидеть во время наблюдений. Потому что в сидячем положения мне казалось более удобно производить наблюдения, так как обе руки могли быть тогда свободными… Если бы она помешала, ее можно было бы привязать за бортом или просто выбросить. На доске, которую предполагалось положить на края корзинки, я думал расположить все приборы для того, чтобы они были под руками в короткое время полного солнечного затмения. В корзину аэростата поместили и мою небольшую корзинку с приборами; по отношению к ней Кованько спросил меня, что там находится, и удовлетворился ответом, что там помещены все мои приборы. Все другие приборы были уже укреплены по местам. Анероид и барограф были привязаны на высоте роста человека так, чтобы быть прямо перед глазами наблюдателя. Немного ниже была привязана батарея с электрической лампочкой. За бортом я увидел привязанными, уложенные в бухты, канаты. Один канат был с якорем.
Ко мне подошел между другими лицами А. И Сосунов, приехавший из Петербурга как представитель аэростатического отдела Технического общества. Он мне сказал почти то же, что и кто-то другой сказал раньше, т. е. что подъемная сила аэростата оказывается малой и двоим лететь нельзя. Внутренне я уже раньше решил, что, если двоим лететь нельзя, я полечу один.
Мешки были выгружены. Что нужно взять с собой, находилось в корзинке. А. М. Кованько с чрезвычайной легкостью вошел в нее, и когда я его спросил, в исправности ли клапан, он дернул раза за три клапанную веревку и приказал одному из солдат взлезть для того, чтобы развязать нижнее отверстие аэростата, в котором, вероятно была привязана та гибкая трубка, через которую водород вводился в аэростат. Отверстие аэростата и после развязки осталось закрытым конечно, потому, что аэростат не был раздут, и упругость содержавшегося в нем газа в нижних частях была не более атмосферной. Легкость же оболочки удерживала ее края… Так как А. М. Кованько распоряжался освободить корзинку от мешков с песком, вложить в нее, что следовало, сам вошел в корзину и ничего не говорил о невозможности лететь вдвоем, то я думал, что подъемная сила мала, но все же для отлета достаточна, а там шар обсохнет, и мы поднимемся куда можно, выбрасывая сперва что придется, если песку будет мало. Эти мысли мелькнули и, несмотря на подтверждение, мне все еще казалось невероятным отсутствие надлежащей силы в аэростате, наполненном водородом. Разговаривать было не время. Простился с близкими, стоявшими здесь, сказал сыну то, что мне казалось необходимым сказать в последнюю минуту, и, судя по времени, инстинктивно смеренному после входа в изгородь, почувствовал, что отправляться пора.
Теперь мы оба были на месте, и А. М. Кованько, распорядился, чтобы, ослабив удерживающие веревки, попробовали, поднимет ли аэростат нас обоих. Веревки приспустили, но не выпустили, и тотчас стало очевидным, что нас двух аэростат не поднимет. Правда, что нас приподняло чуть-чуть от земли, но тотчас же дно корзины коснулось опять земли, и было очевидно, что ветер своим давлением нас влечет, а не газ своей легкостью уносит нас вверх. Ветер повлек нас на несколько шагов по направлению к пруду, т. е. к северу, и А. М. Кованько распорядился, чтобы аэростат воротили на прежнее место. Тогда я ему сказал, что лечу один, и он оставил корзинку. Видя, что аэростат имеет малую подъемную силу, я выкинул доску и табуретку, вложил сперва три мешка, потом два мешка балласта. Попробовали — аэростат поднимает. Мне хотелось распорядиться о том, чтобы приняли все лишнее, что возможно принять, кто-то из окружающих стал говорить о том, что так лететь не следует, а кто-то другой напомнил, о времени, и я сам в этот момент почувствовал, что уже пропущен условленный момент отлета, что следует как можно более спешить. Попросил только дать мне ножик для того, чтобы своевременно отрезать веревки, удерживающие якорь и гидрон, да обратился к В. И. Срезневскому с просьбой еще раз прочесть телеграмму о погоде. Пишут в газетах, что я прощался. Признаться сказать, этого не помню. Помню только, что во мне было чувство некоторой спешливости — не опоздать к моменту солнечного затмения.