Холодные чары. Лед в истории человечества - Макс Леонард

* * *

Начнем с истории двух братьев – Курта и Бернарда Воннегутов. В 1963 году, в том самом году, когда в Лагере века был демонтирован ядерный реактор, Курт опубликовал «Колыбель для кошки» – небольшой роман, в центре которого был лед. Хотя впоследствии он стал литературной звездой, в то время из двух братьев Воннегутов более известным был вовсе не Курт. Эта честь принадлежала Бернарду, который был на восемь лет старше и сыграл важную роль в создании «Колыбели для кошки». Вместе и порознь братья исследовали холод и границы науки: вклад Курта – зловещая история о страхе перед ядерной катастрофой, а Бернарда – фантастическая попытка подчинить себе природу.

Если начать с истории Бернарда, то она начинается с двух ученых – Ирвинга Ленгмюра и Винсента Шефера. Ленгмюр, лауреат Нобелевской премии, был, как все говорят, настоящим стереотипным рассеянным ученым, а его молодой ассистент – его верным спутником. Они находились в облаке на вершине горы Вашингтон в Нью-Гэмпшире. Вершина высотой 1917 метров служила для этих двоих увлеченных лыжников открытой лабораторией для исследования атмосферных электрических явлений в интересах правительства США во время Второй мировой войны (попросту говоря, они пытались выяснить, почему самолеты, пролетая через снежные бури, становятся электрически заряженными и теряют сигнал радиосвязи). Однако их внимание вскоре переключилось на лед. На вершине постоянно дули сильные ветры, а средняя зимняя температура составляла −4 °F (−20 °C), и она почти всегда была окутана облаками, которые при этих низких температурах представляли собой «переохлажденную» жидкую воду – воду, находящуюся в воздухе, температура которой значительно ниже точки замерзания, но которая каким-то образом отказывалась либо замерзать, либо выпадать в виде осадков.

Но происходили случаи, когда вода неожиданно превращалась в лед. Например, любые инструменты, которые они использовали, быстро покрывались инеем (льдом, который образуется непосредственно на твердых поверхностях из капель воды в воздухе)[226]. Оказалось, что, когда переохлажденная вода была неподвижной и не подвергалась каким-либо воздействиям, она не замерзала, но, если в нее вводили другое вещество, это провоцировало изменения. Ученые наблюдали, что этот «засев»[227] как бы учил молекулы воды правильно располагаться, а ядра льда получали точку опоры, которая помогала им расти[228].

Переохлажденная вода, вызывающая выпадение осадков и замерзание, таким образом, существовала задолго до времен Ленгмюра и Шефера, но процессы, лежавшие в его основе, оставались недостаточно изученными. Это непонимание представляло серьезную опасность для военной авиации. Самолетам необходимо было пересекать Северную Атлантику в любую погоду, но при столкновении с облаками иней мог привести к катастрофическим последствиям. В истории исследований обледенения, подготовленной NASA, говорилось: «Образование льда на крыльях приводило к потере подъемной силы; на рулевых поверхностях – к утрате управления; на датчиках давления воздуха – к искажению показателей скорости; на антеннах – к потере связи; на лобовых стеклах – к ухудшению видимости; а в воздухозаборниках двигателей и на пропеллерах – к снижению мощности» [3].

Ни одно из этих последствий нельзя было назвать приемлемым.

Пока Курт Воннегут воевал в Европе, его брат Бернард, обладатель степени PhD[229] Массачусетского технологического института, был направлен на базу по исследованию льда ВВС США в Миннеаполисе. Там он проводил дни, работая над люком в модифицированном бомбардировщике B-24, измеряя размер водяных капель и процессы образования льда прямо в полете. После демобилизации в 1945 году Бернард присоединился к ведущему исследовательскому центру компании General Electric – исследовательской лаборатории GE, где Ленгмюр и Шефер уже отошли от изучения обледенения самолетов. Теперь их интересовали сами облака.

Главные вопросы, которые волновали Ленгмюра и Шефера, заключались в следующем: какие механизмы превращают переохлажденную воду в лед? И можно ли научиться управлять этим процессом?

В 1946 году Шефер модифицировал морозильную камеру, выстелив ее черным бархатом и установив внутрь подсветку. Дыша в нее, он создавал крошечные облака водяного пара. Больше не нужно было взбираться на вершину горы. Однажды жарким летним днем морозильник с трудом достиг привычной температуры −23 °C. Чтобы ускорить процесс охлаждения, Шефер взял сухой лед из лаборатории и бросил его внутрь. В тот же миг из переохлажденного водяного пара возникли миллионы сверкающих кристаллов льда, которые плавно опустились на дно камеры. Этот случай показал, что экстремально низкие температуры могут играть роль в процессе «засева». Казалось, это была чистая магия.

Когда Шефер продемонстрировал результат своему руководителю, Ленгмюр записал в рабочем журнале General Electric: «Управление погодой» [4]. Вскоре к их команде присоединился Бернард Воннегут. Вместе они пытались взять под контроль процесс засева облаков, стремясь искусственно изменить погоду и тем самым подчинить себе саму природу.

13 ноября 1946 года вместе с пилотом Кёртисом Тэлботом они провели свое первое полевое испытание на ничего не подозревающем облаке над горой Грейлок в Беркшире, штат Массачусетс. «Кёртис вошел в облако, и я запустил распылитель, – написал Шефер в лабораторных записях о первом испытании в воздухе. – Я сбросил около трех фунтов [сухого льда], затем развернулся и направился на юг. В тот момент, когда я посмотрел назад, меня охватил восторг: из облака, через которое мы только что пролетели, падали длинные струи снега» [5].

Там, где еще недавно висело облако, теперь зияла дыра, по краям которой клубились беспорядочные вихри.

Шефер продолжал в своих записях: «Затем мы развернулись к западу от облака и увидели струи снега, которые, казалось, свисали на 600–900 метров ниже нас, а само облако стремительно рассеивалось – почти так же, как то, за которым мы наблюдали в охлажденной камере в лаборатории… Пока мы еще находились в облаке, вокруг нас сверкали ледяные кристаллы… Я воскликнул: “Мы сделали это!” [5]».

«Ученый создал настоящие снежинки», – на следующее утро провозгласила The New York Times [6]. Но эта новость уже устарела в тот самый момент, когда газета поступила в продажу. Тем же днем, 14 ноября, Бернард Воннегут ввел в морозильную камеру дым из йодистого серебра и вызвал впечатляющий поток ледяных кристаллов. Используя вещество, по структуре очень близкое ко льду, он добился более длительного и масштабного эффекта – а главное, лед начинал формироваться уже при температурах до −4 °C. Вне лаборатории требовалось еще многое доработать, но сам принцип был теперь ясен.

После объявления о первом успешном полете с засевом облаков General Electric буквально завалили запросами. Среди обратившихся были поисково-спасательная группа, надеявшаяся рассеять туман для обнаружения разбившегося самолета, владелец горнолыжного курорта,