Читать книгу "Что скрывает атмосфера, или Как возник воздух…"

Но постепенно, с появлением новых моделей для предсказания погоды в 1960-х гг., идеи Лоренца начали находить сторонников. Лоренц стал членом экспертного совета проекта «Яростная буря», и его возрастающий скептицизм по поводу возможности предсказаний погоды (в меньшей степени по поводу возможности управления погодой), безусловно, имел отношение к закрытию проекта. Наконец в 1970-х гг. что-то сдвинулось, и идеи Лоренца относительно хаотичного характера погоды стали общепринятыми. Популярности Лоренца в значительной степени способствовала высказанная им удивительная метафора. Впервые она появилась в 1972 г. в заголовке его статьи: «Предсказуемость: Может ли взмах крыльев бабочки в Бразилии вызвать торнадо в Техасе?» Теперь мы понимаем, что едва заметные и, казалось бы, неважные события могут вызвать весьма значительные последствия, и называем это «эффектом бабочки».

В 1980-х гг. другие ученые и математики расширили работу Лоренца, и теперь мы признаем его родоначальником научной дисциплины, которую он называл «теорией хаоса» и которая выходит далеко за пределы предсказаний погоды. Теорию хаоса можно применять для анализа изменений рельефа гор и дельт рек, для описания турбулентных потоков в канализационных трубах, для предсказания скачков цен и даже для предвидения времени появления в парке аттракционов клонированных динозавров. Эти, казалось бы, никак не связанные явления, на самом деле, объединены фундаментальным сходством, в частности, имеют тенденцию буквально за время одного сердцебиения переключаться от «хорошего» поведения на «плохое» (кстати говоря, сердцебиение тоже может быть хаотическим). Из-за невероятной широты теории хаоса некоторые историки причислили ее к трем важнейшим научным достижениям прошлого столетия наряду с теорией относительности и квантовой механикой. Если это верно, наши потомки когда-нибудь будут с одинаковым придыханием говорить о патентном поверенном по фамилии Эйнштейн и о предсказателе погоды по фамилии Лоренц.

Но вне зависимости от того, какое место теория хаоса займет в истории, она уже объяснила безрезультатность попыток предсказать погоду с абсолютной точностью. Нет смысла обвинять метеорологов. Высококлассные новые спутники и сверхмощные компьютеры могут (обычно) предсказать погоду на несколько дней вперед – что важно не только для планирования пикника, но и для принятия необходимых решений в случае надвигающейся бури. Кстати, именно благодаря метеорологам число погибших во время ураганов сегодня в 100 раз меньше, чем в начале XX в. Но прогнозы на недели вперед остаются приблизительными, а месячные прогнозы в стиле «Бедного Ричарда» не многим отличаются от предсказаний оракула. Затмения Солнца и Луны мы можем предсказать на несколько десятилетий вперед, но, когда речь идет о погоде, выясняется, что в атмосфере слишком много очагов воздуха, сталкивающихся со множеством неровностей на земной поверхности, – слишком много бабочек, машущих крыльями и вызывающих торнадо.[41]41
  «Альманах бедного Ричарда» – сборник афоризмов и парадоксов Б. Франклина.


[Закрыть]

Первый раз в нашем повествовании мы оказались в ситуации, когда старые проверенные газовые законы начинают врать. Они сослужили хорошую службу в самых разных областях – от запуска воздушных шаров до замораживания продуктов. И они продолжают делать свое дело, объясняя многие основополагающие закономерности погоды, такие как поведение водяных паров. К сожалению, движение газов вокруг вращающейся планеты настолько хаотично, что красивые и простые связи между давлением, объемом и температурой не выдерживают и отказывают. Совершенно внезапно приятный летний бриз сменяется воющим вихрем, а белые кружевные облачка наливаются свинцом. Хаос всегда побеждает.

Безусловно, Лоренц не был первым человеком, осознавшим прихотливость погоды. Об этом ему мог рассказать тот же Льюис Фрай Ричардсон. Но Лоренц приучил нас к мысли, что нам, возможно, никогда не удастся избавиться от неведения: как ни вглядывайся в глаз урагана, никогда не поймешь, что у него на уме.

Возможно, еще труднее осознать наше бессилие в борьбе со штормами. Три столетия назад мы назвали самих себя мудрой обезьяной, Homo sapiens. Мы восхищаемся своей способностью думать и узнавать, и погода, казалось бы, вполне укладывается в перечень подвластных нашему разуму объектов – это ведь всего-навсего очаги теплого и холодного воздуха. Но нам следует вспомнить этимологию слова «газ»: оно происходит от слова «хаос», а в древней мифологии с хаосом не могли справиться даже бессмертные.

Небольшое отступление

СЛУХИ ИЗ РОЗУЭЛЛА

Озон (O₃) у поверхности земли содержится в концентрации 0,1 ppm; при каждом вдохе человек поглощает квадриллион молекул. В стратосфере (где дышать не следует) концентрация озона превышает 1 ppm

В прошлом веке метеорологи смогли воспользоваться преимуществами не только компьютеров, но и новых воздушных шаров, позволяющих исследовать атмосферу, особенно ее верхние слои. И так же, как компьютеры, воздушные шары позволили получить некоторые новые сведения о функционировании воздуха, а в одном памятном случае – привести в смятение ученых, работающих на земле.

Все началось июньским утром 1947 г. после грозы, когда владелец ранчо Мак Брейзел обнаружил на своем участке гору металлического и пластикового мусора. Брейзел не был сторонником теории заговора и не собирался искать виновных, а просто хотел очистить территорию, чтобы овцы не наелись всякой дряни. Он собрал мусор, сбросил его в сарай и постарался забыть об этой истории.

Фрагменты мусора, обнаруженные Мак Брейзелом на своем ранчо (Фотография из коллекции Fort Worth Star-Telegram любезно предоставлена Университетом Техаса в Арлингтоне)

Однако забыть о ней он никак не мог, и чем больше думал, тем больше этот мусор его беспокоил. Ранчо находилось в окружении нескольких военных баз, и ученые частенько запускали в воздух ракеты и метеорологические шары, которые потом падали людям на голову. Брейзел уже дважды находил на своей земле такие шары. Но в этот раз все было иначе. На земле остались глубокие рытвины, которые мягкий шар оставить не мог. Кроме того, остатки металла и пластика не были похожи на материал, из которого делают шары. Но самым странным было то, что среди мусора было несколько коротких деревяшек с красными каракулями, похожими на надписи, только языка такого Брейзел не знал.

Через несколько дней Брейзел показал мусор соседям. Они сообщили ему слухи о том, что неподалеку кто-то видел неопознанный летающий объект. Все это напугало Брейзела, и 7 июля он отправился к местному шерифу в город Розуэлл в 120 км от ранчо. Шериф, в свою очередь, позвал военных с ближайшей авиационной базы.

Прибывшие на ранчо военные рассмотрели мусор и попытались восстановить события, но остались в полном недоумении. Попробовали отрезать кусочек металла ножом Брейзела и поджечь кусок пластика, но ни то, ни другое им сделать не удалось. Наконец, они исследовали красные письмена, которые сразу стали именовать «иероглифами». В результате военные приняли решение конфисковать весь собранный Брейзелом мусор.

Благодаря Брейзелу людям было о чем поговорить. А военные, вместо того чтобы помалкивать, выступили с невероятно глупым заявлением о том, что «слухи о “летающей тарелке” стали реальностью». В газетах писали то же самое. Понятно, что тогда выражения типа «летающая тарелка» и «неопознанный летающий объект» имели скорее нейтральное значение, но человеческое воображение быстро наделило их весьма конкретным смыслом.

Чего опасались военные? Что они скрывали? А когда военные распространили очевидную ложь о том, что мусор был остатками воздушного шара, люди стали еще более подозрительными. Сейчас мы точно знаем, что военные лгали: то, что нашел Брейзел, не было остатками воздушного шара.

Возможно, вскоре слухи улеглись бы сами собой, но вмешалось высшее военное руководство, затребовавшее отменить сделанное ранее заявление для прессы. В частности, кто-то объехал все местные издательства и радиостанции и увез все копии заявления. В результате даже скептики всерьез задумались о теории заговора. Чего опасались военные? Что они скрывали? А когда военные распространили очевидную ложь о том, что мусор был остатками воздушного шара, люди стали еще более подозрительными. Сейчас мы точно знаем, что военные лгали: то, что нашел Брейзел, не было остатками воздушного шара. Но вам ни за что не догадаться, что именно скрывали военные, если только вы не шпион, обладающий специальными знаниями об атмосфере.

Вся история вокруг Розуэлла началась с одного землянина по имени Морис Эвинг – геофизика из Колумбийского университета, работавшего на военных по контракту. Как любой здоровый американец тех лет, Эвинг был в ужасе от того, что русские первыми произведут Бомбу. В те дни, когда не было спутников и детекторов радиоактивных осадков, мы не знали, что на самом деле делают русские. И Эвинг начал придумывать способы за ними шпионить. Он изобрел метод слежения за ядерными взрывами на большом расстоянии с помощью микрофонов, размещенных в так называемых звуковых каналах в атмосфере – на высоте около 15 км от поверхности земли.

Чтобы понять суть идеи, нужно знать о звуке три вещи. Во-первых, звук быстрее передается в теплом воздухе, чем в холодном. Это связано с тем, что передача звука осуществляется за счет соударений молекул: когда кто-то говорит, вылетающие изо рта с током воздуха молекулы ударяются о соседние молекулы, те ударяются о следующие и т. д., пока волна не достигает уха слушателя*. Важно то, что чем выше температура, тем быстрее движутся молекулы. А поскольку звук – это, по сути, эстафетная гонка молекул воздуха, более быстрые молекулы теплого воздуха быстрее переносят звук: при –18 °C звук распространяется со скоростью 1155 км/ч, а при +22 °C – со скоростью 1242 км/ч.

Второе, что нужно знать, это что звук не всегда распространяется по прямой, а может отклоняться. В частности, если на пути звука есть слои холодного и теплого воздуха, звуковые волны всегда стремятся выбрать более медленный путь через холодный воздух. Это явление называют рефракцией (преломлением).

Чтобы понять, что такое рефракция, представьте трубача, стоящего в конце крытого футбольного стадиона. Представьте также, что работающие у потолка кондиционеры поддерживают низкую температуру: вверху есть слой холодного воздуха, а ниже воздух теплый. В результате рефракции звук трубы будет проходить под потолком в зоне холодного воздуха. Это означает, что в этой ситуации человек, стоящий в другом конце стадиона, почти ничего не услышит, поскольку звук проходит над его головой. Напротив, в конце сезона включены обогреватели, нагревающие слой воздуха под потолком. В этом случае звуки начинают подниматься, но вскоре вновь отклоняются к земле, так что их легко услышать на другом краю площадки. Происходит то же самое: звук ищет путь через холодный воздух.

Третья вещь, которую нужно знать, это температурный профиль нашей атмосферы. Все знают, что с увеличением высоты воздух становится холоднее, вот почему вершины гор на экваторе даже летом покрыты снегом. На высоте около 13 км температура воздуха падает до –50 °C, что замедляет скорость звука до 1080 км/ч. Как можно ожидать, все звуки с земли пытаются достичь этой зоны холодного воздуха. Вот почему воздухоплаватели так отчетливо слышали доносящийся снизу лай собак и крик петухов. Атмосфера сама проводила к ним звук.

Однако охлаждение воздуха происходит только до определенного предела – примерно до высоты 18 км, где начинается озоновый слой. Озоновый слой поглощает ультрафиолетовые лучи, которые благодаря этому не достигают земли и не разрушают нашу ДНК. Если бы не озоновый слой, жизнь никогда не смогла бы выйти из океана на сушу. Поглощая ультрафиолетовое излучение, озоновый слой нагревается. Если спрессовать все молекулы атмосферного озона, получится слой толщиной меньше половины сантиметра. Но озон так хорошо поглощает ультрафиолетовые лучи, что даже это небольшое количество газа может прогреть воздух на высоте 45 км до 0 °C. Таким образом, наша атмосфера представляет собой температурный сэндвич: два слоя теплого воздуха (один у поверхности земли, другой на высоте около 45 км), между которыми находится прослойка холодного воздуха.

Знаменитая статья о «летающей тарелке», напечатанная в газете Roswell Daily Record 6 июля 1946 г.

И теперь мы подошли к главному: именно этот температурный профиль определяет распространение звука. Представьте охотника, стреляющего из ружья. Как мы только что выяснили, звук выстрела поднимется вверх, достигая холодного коридора. Но он не может остановиться и по инерции продолжает движение. Пройдя холодный коридор, звук неизбежно войдет в расположенный над ним озоновый слой. Но поскольку звук всегда ищет путь к холодному воздуху, он отклонится обратно, мягко проделав U-образный поворот, и начнет движение вниз. Другими словами, отразившись от озонового слоя, звук движется в обратном направлении, как мячик, отскочивший от стены.

А дальше происходят еще более странные вещи. Начавший возвратное движение звук все еще обладает значительным импульсом. Поэтому он проскакивает через слой холодного воздуха и движется к земле. Но что происходит при приближении к земле? Звук входит в зону теплого воздуха. А поскольку звук (давайте хором) всегда ищет путь к холодному воздуху, бо́льшая часть звукового импульса вновь начнет подниматься вверх. Вверху звук опять натолкнется на теплый озоновый слой, опять отклонится вниз к земле, а потом опять поднимется вверх. Иными словами, звук петляет: поднимается и опускается, поднимается и опускается, колеблясь вокруг слоя холодного воздуха. Вот почему этот слой холодного воздуха называют звуковым каналом: звук распространяется вдоль него и не может его покинуть.

Сделаем несколько уточнений. Во-первых, только звук с высокой интенсивностью обладает достаточной энергией, чтобы достичь высоты звукового канала и остаться в нем. Слава богу, ваш вчерашний ночной шепот не беспокоит стратосферу. И только самый интенсивный звук*, совершив первый поворот в небе, способен прорвать слой теплого воздуха и достичь ушей слушателей на поверхности земли. Мы уже сталкивались с подобной ситуацией, когда говорили о горе Сент-Хеленс. Вспомните, что вблизи эпицентра ничего не было слышно, а люди, находившиеся на расстоянии нескольких десятков километров, затыкали уши от грохота. Дело в том, что звук сначала поднялся вверх к слою холодного воздуха, пройдя над головами находившихся поблизости людей, оказавшихся в «звуковой тени» шириной более 100 км. Но при столкновении со слоем теплого воздуха звук пошел вниз, и люди его услышали. Что-то похожее произошло и при взрыве атомной бомбы в Хиросиме. Люди, находившиеся в эпицентре, увидели pika, то есть вспышку, а те, кто был в отдалении, упоминали pika-don, – вспышку с грохотом.

Впервые Морис Эвинг занялся изучением звуковых каналов в 1944 г.* И выяснил кое-что интересное. Он понимал, что происходит со звуком, зарождающимся ниже или выше канала, – он попадает в канал. Но что происходит со звуком, зарождающимся внутри канала? Какова его судьба?

Давайте опять представим звук выстрела, но теперь уже произведенного на высоте 13 км над землей, в самом холодном месте. Как любой звук, вне зависимости от источника, звук выстрела поначалу начинает распространяться во все стороны и, естественно, рассеивается, ослабевает. Но на этой высоте происходит что-то необычное. Звук, направляющийся вверх или вниз, сталкивается со слоем теплого воздуха и возвращается к центру. В результате звуки, зародившиеся внутри звукового канала, рассеиваются слабо и, следовательно, почти не ослабевают. В результате их можно услышать на гораздо большем расстоянии – они сильнее других звуков.

В 1947 г. Эвинг понял, что это эффективное усиление звука предлагает хитрый путь слежения за русскими. Конечно же, русские не взрывали ядерные бомбы на высоте 13 км – это слишком высоко. Но Эвинг знал, что ядерный гриб часто поднимается на такую высоту. Ядерный гриб – это очаг горячего воздуха, возбуждающий соседние молекулы воздуха. А это, по сути, и есть звуковая волна, и Эвинг надеялся, что советские ядерные облака поднимаются достаточно высоко, чтобы он мог их услышать на другом краю света. Нужно было только поднять микрофоны на воздушных шарах в звуковой канал. Военные назвали эту операцию «Могул» (Mogul).

Поначалу Эвинг был полон оптимизма, но, начав испытания на полигоне Аламогордо в Нью-Мексико в начале 1947 г., столкнулся с несколькими трудностями. Одна из них заключалась в том, что нагреваемый солнечным светом шар не удерживался на постоянной высоте: газ внутри шара нагревался и заставлял шар подниматься выше звукового канала. Эту проблему удалось преодолеть путем создания прозрачных шаров, через которые солнечный свет проходил насквозь. Эвинг заказал эти шары у той же фирмы, которая сделала первые фигурные шары для парада в День благодарения, организованного универмагом Мэйсис. Когда прозрачные шары прибыли, члены команды тут же весело подметили, что они похожи на гигантские презервативы.

Другая проблема заключалась в слежении за шарами, которые перемещались по воле ветра. Эвин предложил использовать радары, но оборудование в Аламогордо не позволяло отслеживать такие маленькие объекты на такой большой высоте. Поэтому ученые решили отправлять вверх не по одному, а сразу по 30 шаров. Их связали в колонну высотой с 65-этажный дом – в два с лишним раза выше статуи Свободы. К цепочке присоединили отражатели – металлические листы, помогавшие перенаправить волны от радара обратно на землю. Отражатели напоминали прямоугольных бесхвостых воздушных змеев – и действительно были изготовлены на заводе игрушек. Ученых эстетическая сторона заботила мало, поэтому производители игрушек скрепили отражатели между собой с помощью липкой ленты и клея. Но поскольку липкой ленты после войны не хватало, они взяли ту, что была в наличии, – покрытую извитыми красными иероглифами.

Воспроизведение эксперимента с шарами, выполненного в рамках проекта «Могул» (Фотография любезно предоставлена Джо Никеллом из Skeptical Inquirer)

Как вы можете догадаться, эти неуклюжие связки металла, пластика и резины как раз и были теми самыми «неопознанными летающими объектами», которые заполонили небо над Розуэллом в 1947 г. В небе эти таинственные объекты двигались то туда, то сюда, подчиняясь воле ветра. Отражатели неестественно сверкали в лунном свете, а при падении на землю эти конструкции оставляли глубокие следы и гораздо больше мусора, чем любой воздушный шар.

Проблема мусора стала для Эвинга головной болью. Как это ни странно звучит, проект «Могул» имел такой же сверхвысокий уровень секретности, как Манхэттенский проект. О нем не знали даже военные с воздушной базы Розуэлла, находившейся всего в 130 км от полигона, и это означало, что команде Эвинга нужно было собирать упавшие фрагменты после всех 110 испытаний. Обычно это было несложно, а если шары терялись, можно было воспользоваться радионовостями об обнаружении НЛО. Но некоторые обломки все же не удалось найти, включая те, что упали на ранчо Брейзела.

В общем, поднялась невероятная шумиха, и Брейзел позднее сожалел о том, что не спрятал найденный хлам и не сохранил эту историю в тайне. Но по тем или иным причинам люди во всем мире ухватились за идею НЛО, и вытащенные из грязи обломки приобрели какую-то сверхъестественную силу. Реакция военных лишь подпитывала человеческое любопытство, и вскоре слово «Розуэлл» стало синонимом всем нам хорошо известного явления.

Тем временем секретный проект «Могул» продолжал действовать еще несколько лет, и, по некоторым данным, ученым даже удалось зарегистрировать испытания первой советской ядерной бомбы «Джо-1» в августе 1949 г. Но то же самое можно было сделать с помощью гораздо более простых и надежных методов, таких как сбор радиоактивной пыли в атмосфере. После многолетних малорезультативных испытаний в 1950 г. проект «Могул» наконец закрыли.

Советская угроза разрослась в их воображении так широко, что они предпочитали способствовать распространению слухов о нашествии инопланетян, но не позволить русским узнать о попытках слежки (пусть даже неудачных). К тому моменту, когда в 1990-х гг. ВВС наконец рассекретили информацию о «Могуле», было слишком поздно: идея НЛО жила собственной жизнью.

Казалось бы, теперь военным больше нечего было скрывать. Но власти тупо придерживались версии метеорологических шаров.

Таким непростым путем история все же подтвердила правоту сторонников теории заговора: военные действительно лгали все эти годы, и в 1947 г. они действительно прочесывали небо на Розуэллом – но не в поисках инопланетян, а для прослушивания воздуха. Подумать только! Ведь вся эта запутанная история началась с акустических особенностей нашей атмосферы, которые, в свою очередь, определяются способностью озона поглощать энергию. Защищая ДНК крупных существ, озон внес не меньший вклад в эволюцию жизни на Земле, чем другие газы. А обеспечив возможность реализации проекта «Могул», озон убедил множество людей в существовании жизни на других планетах, о чем мы и поговорим в следующей главе.