Конденсационные следы – самые изящные и самые неприятные среди членов облачного семейства.

В редких случаях можно наблюдать своего рода «негатив» конденсационного следа. Он образуется, когда выхлопы как будто прорезают коридор ясного неба в слое присутствующих в небе облаков верхнего яруса – перисто‑слоистых или перисто‑кучевых. Вместо облака вслед за самолетом образуется четко очерченная брешь. Так бывает, когда самолет летит через облако или непосредственно над ним. Появление «коридора» может оказаться следствием одного из трех процессов.

Тепло от выхлопов может нагреть облачный слой, в результате чего часть составляющих его водяных капель испаряется. Турбулентность в кильватере самолета приводит к примешиванию более сухого окружающего воздуха в слой облаков, что дает такой же результат. Наконец, вбрасывание выхлопов может привести к «засеву» облачного слоя: твердые частицы провоцируют замерзание капель, из которых состоит облако, они увеличиваются в размерах, начинают падать и в какой‑то момент испаряются, проходя через слой теплого воздуха.

Посредством конденсационных следов мы неумышленно влияем на облачный пейзаж. Однако «засев облаков» осуществляется человеком отнюдь не по недосмотру. В течение последних шестидесяти лет ученые провели множество экспериментов по введению искусственных ядер в облака для того, чтобы повлиять на их поведение. Технологии «засева облаков» были разработаны в попытке увеличить количество осадков в пораженных засухой областях, смягчить разрушительные последствия гроз с градом, рассеять туман в аэропортах и даже укротить ураганы.

***

Любой из этих поводов вполне достаточен для того, чтобы вмешаться в жизнь облаков. Однако засев облаков применялся и в куда более сомнительных целях.

Этот метод был создан в 1940‑е гг. в научно‑исследовательской лаборатории компании «Дженерал Электрик» в городе Скенектади, штат Нью‑Йорк, США. Придумали его двое ученых: Ирвинг Лэнгмюр и Винсент Шефер. Ленгмюр, руководитель лаборатории, был признанной величиной в химии: в 1932 г. он даже получил Нобелевскую премию. Шефер, двадцатью пятью годами моложе, был его научным сотрудником.

В годы Второй мировой войны лаборатория заключила контракт на проведение военных исследований для Правительства США. Ленгмюр и Шефер создали ряд устройств – например, генератор дыма – для маскировки военных операций от врага. Помимо этого, они пытались решить проблему нарастания льда на крыльях самолетов, что представляет для авиации изрядную опасность: лед, намерзающий на крыльях, когда самолет летит через переохлажденные участки облака, где температура ниже нуля, разрушительным образом влияет на аэродинамику летательного аппарата, меняя форму крыльев и приводя тем самым в некоторых случаях к фатальной потере подъемной силы.

Однако вскоре объектом их внимания стала проблема не уменьшения льдообразования, а его стимуляции. Изучая нарастание льда на крыльях самолетов, ученые установили, что образование кристаллов в облаке – один из основных процессов, вследствие которых переохлажденные капли воды достигают размеров, приводящих к их выпадению в виде осадков. Исследователям пришло в голову, что если они смогут способствовать замерзанию капель в облаке, вероятность дождя повысится.

Однако ни у Ленгмюра, ни у Шефера не было специальной метеорологической подготовки. Впервые они столкнулись с переохлажденными каплями воды на вершине горы Вашингтон в Ныо‑Хэмгпиире при температуре ниже нуля. Поскольку оба увлекались горным туризмом, во время войны им часто доводилось бывать в тамошней метеорологической обсерватории. Стоя в облаках на вершине, возвышающейся на 1919 м над уровнем моря, они с удивлением обнаружили, что даже при температуре ниже 0 °C облака состоят из жидких водяных капель. Эти капли замерзали только в случае контакта с твердыми объектами, образуя на камнях, деревьях и стенах зданий изморозь наподобие мгновенно возникающего инея. Капли пребывали в переохлажденном состоянии: они остывали до такой степени, что образование кристаллов льда могло начаться в любой момент, но для этого требовался пусковой стимул.

Озадачившись странным поведением переохлажденных капель в облаке, Ленгмюр и Шефер установили у себя в лаборатории холодильник с открытым верхом и приступили к изучению искусственных облаков. Дыша в холодильник, температура воздуха в котором была ‑20 °C, они наблюдали, как выдыхаемый ими пар конденсируется в облака, капли в которых находятся в переохлажденном состоянии. Ученые пришли к выводу, что, если им удастся найти ядра, которые заставили бы эти взвешенные в воздухе капли превратиться в кристаллы льда, впоследствии можно будет вводить подобные ядра в настоящие облака, чтобы из них выпадали осадки в виде дождя или снега.

***

Хотя двое ученых были далеки от построения теории засева облаков, их весьма заинтересовала практическая задача поиска таких частиц, которые могли бы выступить в качестве ядер замерзания. Чтобы заставить капли замерзать, Ленгмюр и Шефер пытались вводить в холодильную камеру самые разные добавки, среди которых были сажа, вулканический пепел, сера, силикаты и измельченный графит. Все это были вещества, и без того присутствующие в атмосфере, поэтому, как рассудили ученые, хотя бы некоторые из них могли играть роль ядер замерзания для капель, составляющих облака, в естественной среде. Однако ни одна из этих добавок не изменила поведения переохлажденных капель в выдыхаемых ими облачках пара. Ленгмюр и Шефер стали задумываться не только о том, удастся ли им стимулировать льдообразование, но и о том, хватит ли им дыхания.

Однако как‑то раз, когда Ленгмюра не было в лаборатории, Шефер совершил прорыв. Он решил еще снизить температуру воздуха в холодильной камере и добавил туда сухого льда (твердого углекислого газа, температура которого составляет около ‑78 °C). Стоило ему положить кусок сухого льда в камеру, и выдыхаемые им облачка пара замерцали и заискрились. Они тут же превратились в кристаллы, приняв характерную для обычных снежинок форму дендритов, и стали падать на пол. А когда температура в камере упала значительно ниже ‑20 °C, Шеферу удалось добиться замерзания переохлажденных капель без всяких ядер.

Вскоре двое ученых установили, что критическая температура, при которой переохлажденные капли начинают превращаться в кристаллы льда без ядер замерзания, составляет ‑40 °C. Им пришло в голову, что, вводя гранулы сухого льда в облако, можно будет охладить составляющие его капли до такой степени, что начнут образовываться снежинки, которые станут выпадать на землю в качестве осадков. Поиск ядер замерзания отодвинулся на задний план. Ленгмюру и Шеферу не терпелось увидеть, что получится, если добавить сухой лед в настоящее облако.

***

13 ноября 1946 г. Шефер поднялся в самолете над грядой переохлажденных слоистых облаков в районе Питтсфилда, штат Массачусетс, и распылил три фунта[121] тщательно измолотого сухого льда. Через пять минут в той части облака, над которой были разбросаны частицы сухого льда, стали образовываться снежинки. Пролетев около тысячи метров и достигнув теплых слоев воздуха, они испарялись. В облаке – там, где раньше были замерзшие и упавшие вниз переохлажденные капли, – образовалась дыра. Чтобы доказать, что дыра не могла появиться сама по себе, были проведены новые испытания, во время которых для зрителей из гряды переохлажденных слоистых облаков был вырезан с помощью сухого льда логотип «Дженерал Электрик».

Эти ранние испытания вызвали всплеск общественного интереса. Казалось, что вот‑вот удастся изменить поведение облаков. Ленгмюр открыто выражал свой энтузиазм. Он выступал перед прессой, превознося перспективы сделанного открытия: еще немного, и они научатся вызывать дожди и бороться с засухой. А если удастся интенсифицировать замерзание капель в грозовых облаках, можно будет изменить их динамические свойства и тем самым ослабить град, что позволит сохранить драгоценный урожай. Ленгмюр предложил использовать новый метод даже для того, чтобы уводить смерчи и ураганы от населенных пунктов.

Метеорологической общественности обещания Ленг‑мюра казались довольно безосновательными. Памятуя о том, насколько широкая публика склонна подвергать насмешкам усилия специалистов в решении сложнейшей задачи предсказания погоды, метеорологи боялись, что заявления человека со стороны нанесут урон их и без того сомнительной репутации. Вскоре в научной прессе между Ленгмюром и метеорологами разгорелась ожесточенная полемика. Метеорологи утверждали, что даже если и можно повлиять на поведение облаков с использованием сухого льда, это никоим образом не будет экономически выгодно: засев облаков в промышленных масштабах настолько дорог, что расходы на него всегда будут больше, чем возможные выгоды.

 

СЛЕВА НАПРАВО: Ирвинг Ленгмюр, Бернард Воннегут и Винсент Шефер, «отцы» засева облаков, перед холодильной камерой в научно‑исследовательской лаборатории «Дженерал Электрик».

Однако Ленгмюр и Шефер не теряли оптимизма. Они предприняли в своих исследованиях новый шаг, для чего привлекли к работе еще одного ученого – Бернарда Воннегута, который незадолго до этого пришел в лабораторию «Дженерал Электрик».

Воннегут был убежден, что можно найти такое химическое вещество, которое сможет выступить в качестве ядра замерзания и привести к образованию кристаллов льда при температуре выше критических ‑40 °C, Он выделил вещества, кристаллическая структура которых сходна со структурой льда, полагая, что вода с большей вероятностью будет замерзать именно на таких соединениях.

Воспользовавшись данными рентгеноструктурной кристаллографии, он установил, что необходимыми свойствами обладает йодистое серебро. И в самом деле, когда он вдунул суспензию кристаллов йодида серебра в переохлажденное облако в холодильной камере, результат превзошел все ожидания. Замерзание наступило мгновенно. Облако превратилось в кристаллы льда и выпало в виде снега на дно камеры. Ядра замерзания для переохлажденных капель получались из кристаллов йодистого серебра даже при ‑4 °C. С этого момента засевом облаков стали интересоваться не только в «Дженерал Электрик», а в 1947 г. финансирование исследований засева облаков взяло на себя Правительство США. Еще некоторое время эксперименты в рамках этого проекта, который получил название «Циррус», проводились в «Дженерал Электрик», а в 1950‑х гг. были продолжены в Научно‑исследовательском центре воорулсения ВМС, расположенном в Чайна‑Лейк в штате Калифорния.

Постойте‑ка: в Центре вооружения ВМС?

***

История вновь и вновь говорит нам о том, что погода значительно больше влияет на исход сражений, нежели численность войск. Возьмем, к примеру, персидские войны

V в. до н. э. Когда царь Дарий решил укрепить Персидскую империю за счет Греции, его войско было несравненно сильнее греческого. Тем не менее, погода неизменно ему препятствовала. Так, однажды внезапное нападение персов на греков было сорвано из‑за сильнейшей грозы, которая уничтожила чуть ли не целую эскадру персидских кораблей.

Накануне битвы при Ватерлоо в 1815 г. французы и союзные войска попали под сильный ливень. Хотя численность французских войск была больше, чем численность войск Веллингтона, утром в день сражения Наполеон не мог начать наступление до тех пор, пока земля не высохла: иначе ему не удалось бы вывести на поле боя артиллерию. Благодаря этой задержке к месту сражения успели подойти прусские части, в результате чего союзные войска вовремя получили подкрепление, а французы потерпели поражение.