Что скрывает атмосфера, или Как возник воздух… - Кин Сэм

Поскольку юристы из General Electric все еще колебались, Ленгмюр решил найти нового спонсора для реализации своих планов. В 1947 г. он организовал с американскими военными проект «Циррус» (от англ. cirrus — перистое облако). Проект преследовал несколько целей, в частности предотвращение засухи. Но в первую очередь спонсоров интересовала нейтрализация ураганов — самых мощных природных разрушителей. В преследовании этой цели Ленгмюр показал себя с самой лучшей и с самой худшей стороны.

План по нейтрализации ураганов предполагал серию наблюдений и последовательных умозаключений. Начинать следовало с наблюдений за структурой урагана, который представляет собой сильное завихрение воздуха вокруг так называемого глаза. Обычно в области глаза наблюдается затишье, но средняя часть между глазом и краями урагана, называемая «стеной глаза», обладает наивысшей разрушительной силой. Скорость ветра в этой зоне может превышать 200 км/ч. Это невероятная величина, и, казалось бы, вихрь должен рассыпаться сам собой. Все вращающиеся тела «ощущают» на себе выталкивающую центробежную силу: это та же сила, что вытолкнет вас с карусели, если вы не пристегнетесь. Ураганы не исключение, и их эта мощная сила тоже готова разорвать на части. Однако существует еще одна сила, основанная на перепаде давлений. В области стены глаза давление воздуха высокое, а в области самого глаза — низкое. А поскольку воздух стремится перейти из области высокого давления в область низкого, эта вторая сила давит внутрь, уравновешивая центробежную силу и не позволяя урагану рассыпаться. Другими словами, хотя внутри урагана бушуют мощные ветра, структура остается цельной из-за равновесия двух сил. Таким образом, задача проекта «Циррус» была проста: нарушить это равновесие. Самый простой путь, как считал Ленгмюр, заключался в изменении температуры урагана — остальное сделает волшебный закон идеального газа*. Он предложил такой план. Пилоты на прочных самолетах должны спикировать в область стены глаза и высыпать там сухой лед или йодид серебра. В соответствии с представленной выше схемой эти вещества сыграют роль затравки и заставят переохлажденную воду превратиться в кристаллы льда. В облаке такое превращение заканчивается дождем, но в случае урагана Ленгмюра больше интересовал побочный эффект образования льда — выделение тепла.

Действительно, превращение воды в лед всегда сопровождается выделением тепла. Это может показаться странным — лед ведь холодный! — но если разобраться, все логично. Представьте, что вы держите в руке кусочек льда. Почему он плавится? Потому что поглощает тепло из окружающей среды. А вы ощущаете холод, поскольку лед вытягивает тепло из ваших пальцев. А теперь представьте обратный процесс: вода превращается в лед. Если плавящийся лед поглощает тепло, по симметричному закону физики замерзающая вода должна — должна! — высвобождать тепло. По-другому быть не может. На самом деле лед образуется по следующей причине: прежде чем превратиться в лед, молекулы воды замедляют движение, но они не могут этого сделать, если не отдадут тепло в окружающую среду. Какая связь с ураганом? Вот какая. Когда в стене глаза образуется лед, окружающий воздух поглощает выделяющееся при этом тепло. Поглощение тепла заставляет этот воздух расширяться в соответствии с газовыми законами. А при расширении этой зоны давление в ней падает, поскольку расстояние между молекулами увеличивается. А это, в свою очередь, уменьшает разность давлений между глазом и стеной глаза. После этого центростремительная сила, удерживающая структуру урагана, ослабеет, выталкивающая центробежная сила начнет преобладать и разрушит ураган. Приблизительно так. Расширение глаза не может уничтожить ураган, он слишком силен, но может его ослабить. Дело в том, что скорость вращения объекта зависит от ширины этого объекта. Если это непонятно, вспомните своего любимого фигуриста. Когда он вращается с прижатыми к телу руками, он вращается быстро, а когда разводит руки в стороны, скорость вращения замедляется. То же самое верно и для урагана: расширение глаза приводит к снижению скорости вращения. Следовательно, расширение глаза имеет критическое значение, поскольку разрушительная сила урагана пропорциональна квадрату скорости ветра. Таким образом, снижение скорости ветра на 10 % уменьшит разрушения почти на 20 %, а снижение скорости ветра на четверть уменьшит разрушения на 40 %.

Подведем итог. Ленгмюр предположил, что введение в зону урагана твердых частиц вызовет образование льда и выделение тепла, что в свою очередь приведет к расширению глаза и снизит разрушительную силу урагана. Эта красивая идея требовала подтверждения, и здесь-то и начались проблемы.

Тринадцатого октября 1947 г. ураган средней силы по имени Кинг вылетел из Майами и начал перемещаться к северо-востоку, в Атлантический океан. Поскольку казалось, что Кинг все равно затихает, руководители проекта «Циррус» приняли решение погасить его на следующий день. Самолет B-17 отправился на место и рассыпал над стеной глаза 80 кг гранул сухого льда. И все стали ждать, когда глаз расширится и ураган затихнет. Но вместо этого ураган начал усиливаться. К всеобщему ужасу, он повернул на 135⁰ и стал возвращаться к берегу. Через несколько часов вышедший из под контроля ураган обрушился на город Саванна в Джорджии, нанеся материальный ущерб в размере 3 млн долларов (32 млн в современном эквиваленте) и убив одного человека.

Ученые молились, чтобы никто ничего не заметил, но один метеоролог из Майами что-то заподозрил и поднял скандал. Вскоре газеты раззвонили о «подлой американской хитрости» и требовали призвать Ленгмюра к ответу. Ленгмюр попал в тяжелое положение. С одной стороны, он хотел доказать, что может управлять ураганами, с другой — данная история возлагала на него огромную ответственность. И ему, кроме всего прочего, пришлось бы признать, что он не совсем понимал, что делает, поскольку ураган от него сбежал. Игры с Богом давались тяжело.

Теперь за работой с ураганами велось строгое наблюдение, и Ленгмюр перенес проект в пустыню Нью-Мексико, где разрушать было нечего и где он собирался сконцентрироваться исключительно на работе с дождевыми облаками. Может показаться, что Ленгмюр пытался просто сбежать, но у этого человека не было ни жалости к себе, ни неуверенности в своих силах. Однако приходившие из Нью-Мексико новости были еще более фантастическими, чем заверения в способности управлять ураганами.

Один раз Ленгмюр заявил, что с помощью всего лишь 50 г йодида серебра (стоимостью не больше доллара) ему удалось извлечь из нескольких облаков несколько триллионов литров дождя. На вопрос о том, как это возможно — как небольшое количество исходного материала смогло вызвать такой невероятный ответ, — Ленгмюр сказал, что произвел цепную реакцию и сравнил свою работу с еще одним научным чудом — Манхэттенским проектом. Более того, «его» цепная реакция, возможно, была даже мощнее. Америка получила нового «Короля гроз», который постепенно стал брать на себя ответственность за грозы не только в Нью-Мексико, но и в других частях страны, и даже в Европе. В дневнике Ленгмюр называл эту работу важнейшей частью своей научной карьеры. И это лауреат Нобелевской премии! Ленгмюр даже уволился из компании General Electric, чтобы иметь возможность полностью посвятить себя «экспериментальной метеорологии».

Тем временем настоящие метеорологи внимательно приглядывались к его экспериментам, и то, что они обнаружили, вызывало некоторые сомнения. В частности, невероятный дождь, который Ленгмюр приписывал своему вмешательству, мог объясняться совсем иной причиной. Триллионы литров дождя, вылившиеся на Нью-Мексико, могли быть вызваны перемещением воздушных фронтов из Мексиканского залива. Хуже того, в экспериментах Ленгмюра отсутствовал контроль, и он, по-видимому, выбирал облака, которые в любом случае готовы были пролиться дождем. Когда метеорологи провели независимые испытания с контролем и случайной выборкой облаков, они не обнаружили никакого «дополнительного» дождя.