Невидимые волны океанов

01 июня 1980 года, 00:00

Невидимые волны океанов

Молодой ученый из Казахстана Сейтабыз Нурумов коллекционирует катастрофы. И это не просто увлечение: анализ стихийных бедствий вошел в его кандидатскую диссертацию.

Листаю гроссбух, принесенный им в номер гостиницы в Алма-Ате. Краешком глаза поглядываю на крепкого спортивного парня, смотрящего в окно. Там, вдали, залитые солнцем, сверкают отроги Заилийского Алатау — вершины их пронзают синеву неба. И в альбоме, который я листаю, рассказывается о горах, о катастрофах в воздушном и водном океанах — авариях, происшедших при самых таинственных обстоятельствах...

Франция. Горная цепь Мон-Пила. В тот ясный день, казалось, ничего не предвещало беды, и двухмоторный спортивный самолет «Апаш» легко скользил над знакомыми пилоту горами. Вот стрелка альтиметра достигла отметки 1800 метров. И здесь с машиной случилось нечто непонятное. Могучая сила бросила самолет на землю. Никому из экипажа спастись не удалось.

Япония. Самолет ДН-114 врезался в гору Хатидзефудзи. Все 19 человек, бывшие в нем, погибли.

США. Лайнер В-52 совершал обычный полет в горах. Вдруг разрушилось вертикальное оперение машины. Падение...

Атлантика. Неведомая сила прижала ко дну американскую подлодку «Трэшер». Вырваться из водных объятий не удалось никому...

— Каждую аварию анализировала специальная комиссия. Выводы аналогичные: во всем повинны командиры кораблей, технические неполадки на водных и воздушных судах. — Сейтабыз замолкает, словно подчеркивая важность того, что он сейчас скажет: — А я доказал иное: люди не виноваты — они стали жертвами гор, наземных и подводных, и невидимых волн, бушующих в недрах двух океанов...

Знаю, что вы подумали, — улыбается Сейтабыз. — Мол, всегда легче все валить на стихию. Но истина дороже. Катастрофы, которые я анализировал, произошли во Франции, Японии, США, Перу, Италии, Индии, Алжире — всюду в горных районах. Горы только в северном полушарии занимают пятую часть суши. И в океане подводные хребты тянутся на десятки тысяч километров. Места эти опасны — здесь набегают водные и воздушные волны, бьется невидимый прибой. Интереснейшая научная проблема родилась, если так можно сказать, на стыке тверди и стихий...

Продолжая листать альбом, я нахожу отзыв видного советского ученого, директора Института физики атмосферы АН СССР академика А. М. Обухова: «Изучение обтекания ветром гор и горных хребтов имеет большое значение для локальных прогнозов погоды в горных местностях и для прогноза условий полета самолетов в горах... Работы Нурумова являются качественно новой ступенью в исследовании уже довольно старой проблемы, интерес к которой имеется во всем мире...»

Как это произошло, что проблема, перед которой в бессилии пасовали ученые корифеи разных стран, сдалась под напором недавнего студента? Что это — случайность, слепая удача? Или же есть в характере Сейтабыза нечто такое, что предопределило успех?

— Родился я в селе Байкегум... У вас карта есть? Вот город Кзыл-Орда. На юго-восток от него, по железной дороге, идущей в Ташкент, расположен районный центр Чиили... Знаете наши места, бывали? Тогда, конечно, помните, какое у нас небо...

В памяти всплывают южные казахские небеса — бирюзовые днем, черные, как бархат, ночью, а на них — большие и желтые, словно яблоки, звезды. Почему и ему и мне так запомнилось именно небо? Может, потому, что летом там нет крыши над головой? Днем человек в степи с ее разнотравьем, табунами лошадей и стадами овец — посреди желто-зеленого ковра, под просторным куполом неба, а ночью он спит прямо под звездами...

— Отец, когда я родился, был уже на фронте, мать весь день работала в совхозе. Мы, мальчишки, проводили время как хотели. Многое уже позабылось. А вот небо помню. Оно казалось мне большим и пустым. Потом я понял: в нем не было самолетов — все они улетели на фронт. И птиц было немного — может, их прогнал голод?.. И те и другие появились сразу после войны, когда вернулся отец. Тогда я увидел небо, полное птиц и самолетов.

Я задаю один вопрос за другим, но Нурумову нелегко отвечать на них — слишком расплывчаты первые впечатления детства. И все-таки истоки биографии следует искать именно там: недаром Лев Толстой говорил, что первые пять лет дали ему те самые впечатления, которые во многом предопределили всю его дальнейшую жизнь.

— Вам, наверное, хотелось быть пилотом?

— Что-то не вспомню. В детстве было решено, что я стану врачом. Отец, вернувшись домой, страдал от ран...

Понимаю: солдат, которого врачи подняли на ноги, хотел, чтобы и его дети стали врачами. А в казахских семьях свято чтут волю отца.

— Обе мои сестренки — медработники. Жена — кандидат медицинских наук. А я... — Сейтабыз виновато разводит руками и широко улыбается: — Меня приворожило небо.

Как сказал поэт: «Поле любимо, но небо возлюбленно: небом единым жив человек». Словно про Нурумова сказал. Приехав после школы в Алма-Ату, Сейтабыз подал документы в Рижский институт инженеров гражданской авиации, благо, вступительные экзамены принимали тут же, в столице Казахстана. Позже стало ясно: поступил он не в тот вуз, ошибся. Но такова уж особенность сильных и целеустремленных натур — даже ошибки свои они обращают в средство для достижения цели.

В Риге Сейтабыз увлекся аэродинамикой, динамикой жидкостей и гидравликой. Это предопределило его инженерный подход к проблемам метеорологии, где моделирование в те времена не применялось. Многим кощунственной казалась сама мысль — смоделировать нечто капризное, неопределенное — стихию. Нурумов доказал: можно. Но произошло это много позже, когда он уже ушел из института.

Он переехал в Ленинград и окунулся в беспокойную творческую атмосферу Ленинградского гидрометеорологического института. Здесь обучали не только по книгам — дожди, шквалы, наводнения были прямо за окном. Студенты спорили с профессорами на равных, а Сейтабыз был горяч и неуступчив в спорах. В вузе умели ценить способных студентов и, увидев, что парень из Казахстана успевает и учиться, и заниматься общественной работой, разрешили ему свободное посещение лекций, и Сейтабыз сам готовил для себя будущий плацдарм исследований.

В 1968 году он возвратился в Казахстан, в Алма-Ату, и поступил работать в Казахский научно-исследовательский гидрометеорологический институт. Голова его полна идей, руки требуют дела. Об одном герое сказано: если в небо и в землю были бы забиты кольца, он взялся бы за них и притянул небо и землю друг к другу... Где найти эти кольца Сейтабызу?

У Нурумова все было «как у людей». Отличный институт. Внимательные, опытные руководители. И темы, одна другой важнее и актуальней: исследование селей, охрана атмосферы Алма-Аты. И Сейтабыз трудился засучив рукава. Только мысли его витали далеко — в небе. Он считал: для того чтобы сделать стоящее в науке, нужно прежде всего найти в ней себя.

С чего начинается открытие? Мне кажется, со способности удивляться самым обычным явлениям. Ну кто из нас не смотрел на море в бурную погоду? А многие ли задумывались, отчего на его поверхности появляются волны? Сейтабыз думал об этом с той поры, когда, потрясенный, впервые увидел морской простор с берега Рижского залива и, словно мальчик из чеховского рассказа, мог только сказать: «Море было большое».

Шло время, и у него созревала мысль, что волны возникают на грани двух сред с разными плотностями — например, водной и воздушной. Однажды он наблюдал прибой на скалистом мелководье, видел, как набегающий на рифы водный поток покрывается гребешками волн. И здесь в его голове возник «крамольный» вопрос: а бывают ли волны не на поверхности, а в глубинах моря?

Знакомясь с трудами по океанологии, Нурумов все больше убеждался: да, волны должны быть и в глубинах. На дне есть горы, и весьма значительные, там действуют мощные придонные потоки. Вода морей и океанов неоднородна по своей плотности, нередко она напоминает слоеный пирог. Значит, решил Сейтабыз, если на подводный хребет накатывается поток, то на грани между более и менее плотными слоями должны возникать волны.

Но как узнать, верно ли это? Данных подводных наблюдений у молодого ученого не было. Вот разве если проанализировать аварии некоторых подводных лодок — рельеф дна, где они затонули, подводные течения... Так Нурумов пришел к мысли, что американская субмарина «Трэшер» погибла в волнах течения, набегающего на подводную скалу.

Океан умеет хранить тайны. Трагедии на его дне происходят без свидетелей, в кромешной тьме. И Нурумов обратил свои взоры к другому океану — воздушному: он прозрачен, и, казалось бы, здесь все должно быть ясно как на ладони. Стоит гора, на нее набегает воздушный поток, на границе между его слоями должны возникать волны... Должны. Но ведь они невидимы!

Здесь было от чего опустить руки. Однако, если нет прямых улик, должны быть косвенные. И Нурумов стал собирать все случаи, когда метеорологи фиксировали обтекание гор воздушными потоками, их накопилось в его гроссбухе более пятисот; стал коллекционировать аварии самолетов в горах, которые произошли при невыясненных обстоятельствах.

Отчего, спрашивал он себя, Колумбийские Анды — настоящее кладбище самолетов? Там высокие горы? Однако почему гибнут лайнеры, пролетая даже над сравнительно невысокими горами? Неужели так высоко распространяются волны от набегающих на них потоков?

Эти мысли не давали покоя. И вдруг — идея, снова «крамольная», но простая. А что, если невидимые волны отбрасывают... тени? Ну, к примеру, возмущают облака. Что, если на некоторые виды облаков воздействуют воздушные волны, как на волны морские — те процессы, что происходят в глубинах моря?

В поисках ответов Нурумов снова обратился к книгам. Оказалось, за ветровыми воздушными волнами следят, но не метеорологи, а планеристы. Один из них отмечал, что, пролетая над холмом в триста метров, он чувствовал качку от набежавшей на холм волны на высоте во много километров! Но до какого предела может распространяться влияние гор? Американский планерист Пауль Байкал, пролетая над километровой горой, ощущал сильную качку, находясь в двенадцати километрах над землей. На высоте от 18 до 24 километров над горами Аляски были зафиксированы перламутровые облака — устойчивые во времени и пространстве; они, как считают специалисты, отражали форму породившей их горы.

Нурумов решил обратиться за разъяснениями к известному польскому планеристу и метеорологу Владиславу Парчевскому. Встретились они на симпозиуме по климатологии в Ленинграде. Умный и живой собеседник, Парчевский сразу понял, что ветер в горах интересует Сейтабыза неспроста. Он рассказал, как его коллега, французский планерист Атжер, продержался на набегающей волне более 56 часов. Вспомнил, как сам по многу часов парил над горами, как спасался от гибели, выбираясь из-под воздушных потоков. Да, волны над горами могут вознести планериста под облака, но могут и угрожать гибелью кораблю...

После этой беседы Нурумов понял, что, анализируя ветровые волны и аварии в горах, он как бы составлял мозаичную картину из отдельных деталей. Но до цельной картины было еще далеко.

К созданию своей модели Нурумов шел мучительно долго. Он знал, что многие обожгли себе руки на попытках смоделировать атмосферные процессы. Но первый, пусть и не оконченный, вуз сделал его инженером. Ему было труднее, чем «чистым» метеорологам, заниматься одной лишь качественной оценкой атмосферных процессов. Сейтабыза тянуло все поверить числом и экспериментом. К тому же в Ленинграде он работал механиком на кафедре своего института. Здесь он научился столь нужному для экспериментатора умению самому воплощать в стекле и металле все, что необходимо.

Одними из первых, кто пытался решить проблему моделирования атмосферы, были математики. Но математический аппарат пасовал перед реальными горами и бурными процессами в атмосфере. Все приходилось упрощать: гору принимали, к примеру, за прямоугольник, а небо считали, как в древности, твердью и ограниченным куполом, атмосферу же — бесконечной.

Для решения некоторых сугубо теоретических задач такие методы, может быть, и подходили, но реальной картины воздушных волн в набегающем на гору потоке они дать не могли.

Тогда проблему решили взять, так сказать, в лоб, с «позиции силы». В небо над горами поднимались самолеты. Запускались шары-зонды, качающиеся на невидимых волнах, как поплавки. В тяжелых, подчас небезопасных условиях были получены интересные результаты. Однако все горные цепи при всех погодных ситуациях так не прозондируешь: у каждой горы свой норов.

Оставался третий, более безопасный путь: учесть данные, полученные в натурных опытах, и воспроизвести картину атмосферных процессов в лаборатории. Когда эта идея пришла в голову Сейтабызу, он не стал спешить с ее воплощением: а что, если по этому пути уже шли другие?

И вот снова библиотека, горы литературы на разных языках. Сейтабыз нашел предшественника. Им оказался ученый из университета Гопкинса в Балтиморе профессор Роберт Лонг: в лабораторной установке он заменил воздух соленой водой, а по дну лотка тянул макет горы, наблюдая, какие при этом возникают волны. Ему удалось воспроизвести некоторые атмосферные процессы, но происходящие невысоко над горами.

Что чувствовал Сейтабыз, впервые познакомившись с работами Лонга? Страх, что большой ученый уже шел по этому пути, но достиг немногого? Быть может. Молодость, однако, не признает авторитетов... И все-таки недостатки опытов Лонга призывали к осторожности. Вот почему свои первые эксперименты Нурумов делал тайно, в основном, когда рабочий день в институте уже заканчивался, кое-кто посматривал на молодого исследователя искоса: стоит ли заниматься тем, что заведомо не ведет к реальной цели?

Но Нурумов продолжал свой «спор» с профессором Лонгом. Вот им собрана более совершенная, чем у американского коллеги, установка. Вот получены лучшие, чем у того, результаты. Но как сообщить об этом Лонгу, обменяться опытом? Просто написать в Балтимор? Однако как там отнесутся к никому еще не известному научному сотруднику из Алма-Аты?

Однажды в столицу Казахстана приехала делегация американских метеорологов. Сейтабыз сопровождал гостей, показывал им город. И спросил их, знают ли они профессора Лонга, рассказал о своих первых результатах по моделированию.

Гости, казалось, не очень заинтересовались сообщением Сейтабыза. Однако год спустя, когда делегация советских метеорологов была в Вашингтоне, им сообщили, что работами Нурумова из Алма-Аты интересуется профессор Лонг из Балтимора.

Наши специалисты переглянулись: это имя мало что им говорило. Но они записали его для памяти в блокноты. А вскоре из Москвы, из Института физики атмосферы АН СССР, в Алма-Ату приехал профессор, ныне член-корреспондент АН СССР Г. С. Голицын. Ознакомившись с работой Нурумова, он сделал все возможное, чтобы помочь ему. Ученые из Алма-Аты, Киева, Ташкента, Еревана также поддержали молодого исследователя. И это тем более знаменательно, что речь шла об открытии, от которого вряд ли можно было ждать сиюминутного результата...

Сейтабыз немало прошел по крутой тропе, ведущей к вершине, прежде чем к нему пришла помощь. «Классических» метеорологов не очень интересовали локальные прогнозы погоды где-то на удаленных вершинах — они предсказывали погоду на огромных площадях. Поначалу довольно прохладно отнеслись к его работам и авиаторы: им, верующим в силу крыльев и моторов, казалось, что нет такой вершины, которую нельзя облететь.

Нурумов трудился там, где делается большинство открытий, на «ничейной земле», на стыке наук. Однако он никогда не чувствовал себя одиноким в своих поисках. С самого начала ему повезло: заведующий лабораторией, в которой он работал, стал не только его учителем, но и другом на всю жизнь. Его имя Николай Федорович Гельмгольц.

Нет, учитель не сразу признал правоту своего ученика. Они были и остаются выходцами из разных эпох: первый применял в экспериментах воздушные змеи, второй опирается в некоторых работах на исследования, сделанные с помощью спутников. И в модель Нурумова он поначалу не верил. Но когда Сейтабыз показал учителю свою установку, Гельмгольц понял, что у парня не только золотая голова, но и хорошие руки. И он повез его к специалистам, которые могли по достоинству оценить талант молодого экспериментатора.

Установка Нурумова выглядела так: прозрачный, похожий на аквариум сосуд, а в нем модель горы. Жидкость вокруг «горы» — имитация атмосферы. Пока она не движется, «погода» безветренная. Но вот заработали насосы. Подкрашенные струйки жидкости разной плотности, не смешиваясь, обтекают модель. На «подветренной» стороне струйки закручиваются, значит, там образовались вихри; на «надветренной», за горой, отстают от модели, вызывают подсос воды. Видно, как на экране: попади сейчас самолет в эти потоки, его завертит, словно ветку, а то и швырнет наземь.

Можно менять плотность горизонтальных слоев, соотношение плотностей — изменится картина набегающего ветра, его скорость, плотность потока. Можно поместить в установку горы любой, самой сложной конфигурации — такие, какие бывают в жизни, — и налицо реальная картина стихий, которая в естественных условиях остается невидимой и нередко приводит к катастрофам.

В Новосибирске, куда приехали Гельмгольц и Нурумов, модель Сейтабыза произвела впечатление. Здесь, в Институте теплофизики Сибирского отделения АН СССР, понимали, как сложно создать модель реального горного ветра с его перепадом плотностей. Увидев, как слои в установке Нурумова движутся один по другому, не смешиваясь, профессор С. С. Кутателадзе не стал ждать, пока Сейтабыз соорудит макет горы, бросил в движущийся поток гайку и стал наблюдать, как тот ее обтекает...

С тех пор в установке Нурумова «побывали» макеты гор с разных частей света — Сьерра-Невада и Анды, Урал и Кавказ. И всюду рождались волны, отлично совпадающие с теми, что возникали при запуске шаров-зондов. Оказалось, модель обладает самым нужным для науки качеством — силой прогноза: с ее помощью можно определить картину атмосферных процессов даже в тех горах, где натурные исследования никогда не производились. «Наблюдения за состоянием атмосферных процессов в таких областях достаточно трудны, численные расчеты картины обтекания громоздки, и здесь много еще теоретических трудностей, — пишет академик А. М. Обухов. — В работах С. Ж. Нурумова разработан простой и эффективный способ моделирования этих интересных явлений, который дает результаты, совпадающие с результатами наблюдений и расчетов там, где их удалось провести. Его установка для моделирования изучаемых явлений является уникальной и во многом превосходит аналогичные установки, имеющиеся в США и в Австралии. Ее создание открывает новые перспективы в этом направлении метеорологии и имеет большое научное и практическое значение».

Менделеев говорил: «Сказать, оно конечно, все можно, а ты пойди демонстрируй!» Убедительность открытия Нурумова в его наглядности. В особенности это проявилось в 1974 году при выступлении Нурумова на Первой среднеазиатской (а по своему составу — Всесоюзной) конференции молодых специалистов гидрометслужбы. Ташкент — один из крупнейших в стране центров гидрометеорологии, и здесь трудно кого-нибудь удивить. Но когда выступал Сейтабыз, остальные секции прервали работу — все собрались на его доклад.

В Ташкенте Нурумов был награжден грамотой «За высокий уровень научной работы», а позднее он стал лауреатом премии комсомола Казахстана.

Говорят, нет ничего практичней хорошей теории.

Однажды к Нурумову пришли специалисты по вентиляции карьеров. Им нужно было узнать, как с наибольшим эффектом установить двигатели — продуть карьер после взрыва, чтобы там опять могли работать люди. Вначале Сейтабыз удивился: не слишком ли это далеко от его исследований? А потом понял: продувание карьера, как и обтекание горы, можно смоделировать на его установке.

— А ведь наша Алма-Ата — это тоже «большой карьер». И его проветривать, в особенности зимой, тоже нужно. Только проблема нелегко поддается решению, — говорит он.

Листаю отчет Нурумова на эту тему: «В Алма-Ате летняя жара смягчается ночным ветром с гор. Этот ветер умеренной силы несет с собой чистейший воздух, прохладный и влажный, озонированный в результате стекания «тихих разрядов» с игл еловой хвои...

Днем горы теплее атмосферы, возникают течения вверх по склону, ночью — холоднее, течения направлены вниз. К концу ночи в предгорьях накапливается мощная масса холодного воздуха. Холодная масса сползает по предгорному плато и распластывается, образуя «озеро» холодного воздуха. В зимнее время оно не успевает исчезнуть под влиянием дневного прогрева».

Нурумов поясняет:

— По-научному это называется инверсия: воздух внизу тяжелее, чем вверху, и потому не перемешивается. А проще говоря, город как бы превращается в кастрюлю с крышкой. Солнца не видно. В дома вползает сизая мгла. Дышать становится трудно. Но и в такие дни движение транспорта прекратить нельзя, а автомашины извергают девять десятых всех загрязнений...

— А выход есть?

— Над этим и работает наш институт...

Снова листаю отчет. Смог — проблема глобальная. Различают два вида смогов: влажный — лондонский и сухой — лос-анджелесский. За рубежом в пору смогов гибнут от удушья сотни людей.

В нашей стране загрязненность воздуха ограничена законом. Но в Алма-Ате причиной смогов является само ее географическое положение — котловина, укрытая от ветров.

— Проблема аэрации целого города нигде в мире не разрешена, — продолжает Сейтабыз. — Но кое-что делается. В Японии, например, над улицами вывешиваются белые аэростаты, в которые подается охлаждающая жидкость: на людей стекает поток освежающего воздуха. В США в линзу холодного воздуха опускают черный аэростат. Он нагревается солнцем, нагревает и воздух вокруг себя, и тот поднимается вверх... У нас в институте родилась идея использовать черные и белые аэростаты вместе, чтобы создать циркуляцию, перемешивать, что ли, воздух Алма-Аты и навсегда освободить город от смогов...

Однако ничего нельзя предпринимать, семь раз не отмерив, — продолжает Нурумов. — В натуре это невозможно, но любые ситуации взаимодействия ветров, котловины и гор можно «проиграть» на моей модели. Только не думайте, что это, мол, местная, локальная проблема. Циркуляция в атмосфере Алма-Аты изучается как часть международной программы ПИГАП, в рамках которого исследуется взаимодействие суши, атмосферы и океана.

Нурумов протягивает мне письмо из Москвы, из Академии наук СССР. В нем сообщается, что проблема «Обтекание гор воздушным потоком» рассматривалась на форумах ученых в Токио и Белграде «Крайне желательно дальнейшее развитие и расширение этих исследований».

— Небо над Алма-Атой, — заключает Сейтабыз, — в какой-то мере модель атмосферы будущей Земли, когда загрязнения воздуха уже нельзя будет транспортировать из одних районов и стран в другие. Удастся подчинить стихию сегодня, сумеем сделать это и завтра...

А. Харьковский, наш спец. корр.
Алма-Ата — Москва

Просмотров: 5549