Пребывание в Босфоре явилось крупным событием в жизни Макарова как ученого. Здесь он стал гидрологом, занявшись научно-исследовательской работой по изучению течений в проливе, и вскоре представил вполне точную и весьма поучительную картину того, что происходит в Босфоре, во всех его слоях.
В глубокой древности существовало поверье, что в Босфорском проливе, соединяющем Черное море с Мраморным, существует двойственное течение: на поверхности вода идет из Черного моря в Мраморное, на глубине же — в противоположном направлении. Что дало повод сделать подобное предположение — неизвестно, но одно несомненно, что поверье это возникло много столетий тому назад. Еще итальянский ученый Луиджи-Фернандо Марсильи (1658-1730) в последней четверти XVII века, будучи в Константинополе, заинтересовался этим странным явлением и стал расспрашивать местных рыбаков. Они подтвердили, что в проливе действительно существуют взаимно противоположные течения, но доказать этого не могли. Удостовериться в существований верхнего течения было, разумеется, нетрудно, но как узнать, что течение существует и на глубине? Вот вопрос, оставшийся неразрешенным как для Марсильи, так и для многих других ученых.
Как-то в разговоре с советником русского посольства в Константинополе Макаров узнал о загадочных течениях и, заинтересовавшись этим явлением, взялся за разрешение нерешенной Марсильи задачи.
Он расспросил местных жителей, а затем и командиров иностранных стационеров, стоявших рядом с «Таманью» на Константинопольском рейде. Местные жители заявили, что ничего не знают, а командиры судов считали рассказы о нижнем течении Босфора легендами и сказками.
Раздобыв сочинение Марсильи, написанное на латинском языке и изданное в 1681 году в Риме, Макаров стал изучать его. Он был поражен основательностью, с которой Марсильи, не будучи в состоянии проверить на опыте существование подводного течения, наметил, однако, правильные пути изучения самого явления. Разбирая положения Марсильи, Макаров пишет: «…какой светлый взгляд на причины течений имел Марсильи, писавший двести лет назад, когда только что был изобретен барометр, когда ни метеорология, ни океанография не были науками, и когда не имели никакого понятия о глубине морей, считавшихся едва ли не бездонными».
Характерная черта Макарова — никогда не умалять заслуг своих предшественников — сказалась и в правильной оценке заслуг Марсильи.
Затем Макаров перечитал книги других авторов, также интересовавшихся босфорским течением. Капитан английского флота Спратт, произведший основательную съемку Босфора и давший ряд его карт, утверждал, что теория нижнего течения ошибочна, что такого течения не существует.
Мнение Спратта утвердилось в науке, и «подводным» течением в Босфоре перестали интересоваться. Но первые же сделанные Макаровым изыскания убедили его, что Спратт неправ. «Очевидность нижнего течения была поразительная, — писал Макаров, — ввиду того, что существование его многими не признается, мне казалось чрезвычайно интересным сделать такие наблюдения, опубликование которых могло бы положить конец сомнениям в действительности нижнего течения в Босфоре».
Макаров решил выяснить этот вопрос во что бы то ни стало. Если, рассуждал он, удастся экспериментально доказать, что нижнее течение действительно существует, останется только разобраться в его причинах. Но как это сделать, как произвести эксперимент под водой? Способ, придуманный Макаровым, был столь же остроумен, сколь и прост. Макаров вышел на четырехвесельной шлюпке на середину фарватера и опустил на глубину пятиведерный бочонок, наполненный водой, с привязанным к нему балластом. Расчеты Макарова оправдались. Опущенный на глубину бочонок стал буксировать шлюпку против довольно сильного поверхностного течения.
Наличие подводного течения в Босфоре было, таким образом, установлено экспериментально.
«Когда я убедился, что нижнее течение существует, — писал Макаров, — захотелось определить точно 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 проч. Было интересно определить относительную скорость течения на разных глубинах и распределение воды по удельному весу».
Не удовлетворившись первым успехом, Макаров подробнейшим образом не только разработал теорию обмена вод между двумя морями, то есть дал исчерпывающее объяснение сложному явлению, но и выяснил, как и в каких приблизительно размерах происходит обмен вод между этими морями, исследовал удельный вес и температуру воды в разных слоях верхнего и нижнего течения и, наконец, определил с большой точностью границу между течениями и наклон этой границы вдоль пролива.
Макаров провел это исследование по собственной инициативе, не имея даже опытных помощников. Необходимых приборов у него также не было, и часть приборов он приобрел на свои деньги, а часть изготовил сам в мастерской на пароходе. Для определения скорости течения на глубине он изобрел простой, но достаточно точный прибор, названный им флюктометром50. Все приборы тщательно исследовались и проверялись.
Самым серьезным препятствием в работе Макарова было то, что, по турецким портовым правилам, стоянка судов на фарватере не разрешалась. Макарову же как раз на фарватере и необходимо было производить наблюдения. Чтобы не вызывать подозрения турок, проявлявших особую бдительность в отношении русских кораблей, Макаров производил промеры и наблюдения на разных глубинах или в сумерки или пользуясь прогулками и поездками русского посланника по рейду. Такая работа урывками представляла много неудобств, и Макаров старался использовать малейшую возможность, чтобы работать на самом фарватере. Однажды английский пароход, придя на рейд и не найдя свободной бочки, около которой становятся корабли, отдал якорь у той самой бочки, у которой стоял русский стационер «Тамань». Как командир военного корабля, Макаров мог, конечно, не допустить этого. Но он решил схитрить. Приказав немедленно развести пары, он отошел от англичанина и стал на самой середине фарватера. Турки всполошились, но Макаров заявил, что нет таких правил, чтобы у одной бочки становились два корабля, и поэтому он вынужден был сойти с места. Пока шли переговоры и для «Тамани» подыскивали другой мертвый якорь, прошло пять дней. За это время Макаров произвел, стоя на фарватере, много серийных наблюдений над течениями, температурой и соленостью воды на разных глубинах.
