 |
Загадки. Проблемы. Открытия. Игорь Дуэль. Стихия движения. По изгибам зеленых зыбей
|
|
|
|
Загадки. Проблемы. Открытия
Игорь Дуэль
Стихия движения
Чем больше всего мог поразить океан древнейших мореплавателей планеты? Вероятно, своей неустойчивостью, постоянным движением.
Землю недаром с самых далеких времен называют твердью. Ее колебания, смещения, сдвиги – многовековый процесс, незаметный человеческому глазу. Вздохи недр – землетрясения, извержения вулканов – никак нельзя назвать буднями суши. Это редкие катастрофы, которые в иных районах происходят однажды в тысячелетия. При древних способах обмена информацией про них могли вовсе не знать десятки поколений наших далеких предков.
О зыбкости моря узнает каждый, кто хотя бы несколько минут проведет на его берегу. Мировой океан подвижен на всем своем протяжении. Полное спокойствие – почти невозможное для него состояние.
Подвижность, коварная изменчивость океана – словом, как говорят ученые, динамика его водных масс – вот первое, с чем столкнулись древние мореплаватели. Это движение постоянно грозило гибелью утлому суденышку. И поэтому мореходы не могли не пытаться понять, каковы его причины, как можно его заранее предугадать. Вопрос был практический, насущный, от него нередко зависела сама жизнь.
Но первые попытки объяснить природу подвижности океана, были, конечно, наивны. Беспомощный человек, как и повсюду, искал причины беспокойства моря в воле богов. К примеру, полинезийцы – опытные и умелые мореплаватели – создали в своем воображении двух повелителей морской стихии – Аре‑ мате‑ попото (короткая волна) и Аре‑ мате‑ ророа (длинная волна). Чтобы умилостивить их, люди бросали в воду длинные лубяные ленты, надеясь, что океан утихнет хоть на мгновение перед их кораблями. Ленты, естественно, не помогали. Но важно, что уже в те далекие времена люди выделили два разных типа движений водных масс. Ведь Аре‑ мато‑ ророа «заведовал» (по современным представлениям) цунами, приливами и отливами, а Аре‑ мате‑ попото – штормовыми волнами. Шло время. Нужно было не только понять различие тех или иных колебаний океана, но найти сложные природные закономерности, которые заставляют двигаться огромные массы воды. Этим и занимается на протяжении многих веков физика моря. Ее достижения, кроме традиционных критериев, можно оценивать еще одним – количеством спасенных человеческих жизней.
|
|
|
По изгибам зеленых зыбей
…Говорят, что именно после этой операции гитлеровцы прозвали советскую морскую пехоту «черной смертью».
28 декабря 1941 года в 3 часа ночи наши корабли – крейсеры «Красный Кавказ», «Красный Крым», эсминец «Незаможник», катера‑ охотники, транспорты, базовые тральщики ворвались в захваченный фашистами порт Феодосию. Десантники прыгали прямо в ледяную воду. Поддержанные корабельной артиллерией части Красной Армии прорвались сквозь шквал огня береговых батарей, пулеметные и автоматные очереди. Смяв и уничтожив противника, бойцы пересекли узкую часть Керченского полуострова и тем самым обрекли на уничтожение большую группу вражеских войск.
Гитлеровцам пришлось остановить начавшийся штурм Севастополя, отказаться от планов высадки своих солдат в районе Тамани. Это была самая первая морская десантная операция Великой Отечественной войны.
Когда ее участники – солдаты и матросы – рассказывали потом о событиях декабрьской ночи, все сходились на том, что нашей армии помогала сама природа. Десантники на всю жизнь запомнили девятибалльный шторм, который свирепствовал на море. В такую погоду штормовой накат должен был смять и разбросать наступающие части. Казалось, он опаснее фашистских пуль. Но, к всеобщему удивлению, волна наката, которая в шторм достигает иной раз десятиметровой высоты, была совсем незначительной. Об этой редкой удаче, благодаря которой были спасены многие сотни жизней, долго ходили потом среди солдат легенды.
|
|
|
На самом деле удача была ни при чем. Высота наката, сила шторма, температура воды и воздуха, осадки и балльность облаков были точно предсказаны военными метеорологами. Заслуженные почести возданы героизму матросов, железной стойкости офицеров, мужеству и сметке солдат, опрокинувших немцев под Феодосией. Но мало кто знает, что скромные метеорологи нанесли фашистам, пожалуй, не меньший ущерб, чем целые артиллерийские батареи. Недаром несколько позднее начальник гидрометеослужбы Черноморского флота капитан 3‑ го ранга Яков Эммануилович Коган был награжден орденом Нахимова. В статусе этого ордена сказано, что им награждаются морские офицеры «за выдающиеся успехи в разработке, проведении и обеспечении морских операций…»
Это его прогнозы помогли выбрать ночь, в которой все в природе благоприятствовало нашему десанту. Да разве только эту ночь! Ни один оперативный план Черноморского флота не разрабатывался без учета сводок, которые давали метеорологи. А ведь им приходилось работать в невероятно трудных условиях. Это не мирное время, когда на стол синоптика ложатся горы телеграмм о наблюдениях за погодой с сотен отечественных и зарубежных метеостанций. Коган, как говорят специалисты, работал по обрезной карте. Во всех районах западного и северного Причерноморья закрепился враг. А именно с запада, как правило, движется погода на Новороссийск, Туапсе, Сухуми – тогдашние базы нашего флота. Чтобы вовремя разгадать причудливые пути циклонов, специальные боевые группы метеорологов, как в разведку, прорывались к самому переднему краю морских сражений. Им часто приходилось сменять анемометр на автомат.
Какими же точными методами исследования должна была обеспечить синоптика наука, чтобы, «зацепившись» за обрывочные данные обрезной карты, он мог предсказать мельчайшие особенности жизни штормовых волн!
|
|
|
От лубяных лент полинезийцев до прогнозов военных метеорологов физика моря шла отнюдь не прямым путем. И скорость ее движения была вовсе не одинаковой в разные столетия.
Еще в XVII веке физик Фурнье писал: «По божьему велению ветры и бури, обитающие в море, своим могучим дыханием заставляют волны подниматься к небу». На первый взгляд может показаться, что это утверждение не имеет никакого отношения к науке. Но такая оценка несправедлива. Ведь, если отбросить богов, без которых в то время никто не мыслил устройства мироздания, перед нами в чистом виде предстанет важнейшая физическая закономерность – волны рождаются ветром.
На ее основе моряки изобрели и весьма своеобразный прибор для определения направления ветра – собственный палец, смоченный слюной. Устройство, конечно, простое, но зато очень надежное. Оно служило (верой и правдой! ) не одно столетие.
Несколько позднее люди придумали всевозможные флюгарки. Флажки, петушки, человеческие фигурки, венчавшие башни средневековых городов, были не просто украшением, они точно показывали направление ветра.
Следующим этапом стало изобретение анемометра, с помощью которого определяется скорость воздушных потоков.
Но флюгарки и анемометр могли сказать лишь о том ветре, который уже дует и разводит волну. С их помощью можно узнать про шторм всего за несколько минут до его наступления. И если корабль в открытом море, далеко от берега, то такая информация ничем не поможет его экипажу. Перед наукой встала задача – научиться предсказывать волнение задолго до его начала, то есть установить все детали взаимодействия ветра с поверхностью воды. Уже в XX столетии помощь в решении этой проблемы оказали достижения теоретической физики, раскрывающие законы движения жидкости или газов разной плотности на границе двух сред.
Все эти выводы и были взяты на вооружение океанологами в первые десятилетия нашего века. К сороковым годам трудами многих ученых, в том числе большой группы советских исследователей, изучение штормовых волн значительно продвинулось вперед. Профессор Ю. П. Крылов справедливо отмечал, что в предвоенные годы отечественные морские физики‑ волновики стали лидерами мировой науки. Это и позволило во время войны давать точные прогнозы для десантников.
|
|
|
Однако уже тогда было ясно, в чем недостаток всех этих исследований. Они основывались преимущественно на общетеоретических построениях. Но такой подход к изучению океана таит немалую опасность. Ведь математические уравнения описывают не действительные морские волны, а некую абстрактную модель, которая заведомо упрощает их весьма сложную реальную динамику, и результаты не всегда получались точными. Казалось, единственный путь к тому, чтобы постичь во всех деталях, как передается энергия ветра поверхности моря – проводить измерения в реальной обстановке.
Но для подобных исследований нужна какая‑ то неподвижная платформа в открытом море. А корабль – наша измерительная площадка – сам кланяется каждой волне. Словом, проблема питания волн энергией ветра оказалась трудным орешком. Ткнувшись о нее, словно о скалу, заплясали на местё многие чрезвычайно важные для мореходов и строителей портов исследования.
Выход из тупика предложил еще в предвоенные годы известный советский ученый В. В. Шулейкин. Он рассудил так. Если в реальном море трудно провести необходимые измерения, нужно перенести исследования на лабораторную модель, которая сможет обеспечить наблюдателю возможность получать все необходимые характеристики волны, находясь в неподвижном состоянии. Но модель должна позволить волне пробегать сколь угодно большое расстояние. Этого можно добиться только в том случае, если гнать волну по замкнутому кругу. Так родилась идея создания кольцевого бассейна.
В 1941 году проект этого сооружения был разработан и выбрано место для его строительства – поселок Кацевели, неподалеку от Симеиза, на Южном побережье Крыма. Осуществлению планов помешала война. В 1944 году, когда с крымской земли был изгнан последний гитлеровец, началось строительство бассейна и морской гидрофизической станции.
Недавно я побывал в Кацевели. Василий Владимирович Шулейкин показывал мне свое детище. Ученому уже за семьдесят. Но по горкам, где расположена станция, он ходит так быстро, что за ним нелегко угнаться. Мы поднялись к круглому, похожему на цирк сооружению, увенчанному небольшим куполом. Это и был знаменитый штормовой бассейн. За его стеклянными стенами пенилась вода. Компрессоры, укрепленные на крыше кольца, создают искусственный ветер. Он поднимает волну, и волна бежит по кругу сто, двести, триста километров. Все стадии ее жизни от зарождения мелкой ряби до образования гребня и его обрушивания проходят перед вашими глазами. Силу искусственного урагана задает сам экспериментатор. А датчики, укрепленные по стенам бассейна на разной высоте, чутко улавливают скорость движения частиц воды, форму волны, ее кинетическую энергию. Можно точно установить, когда непомерно выросший гребень заваливается, образуя пенистый бурун.
|
|
|
Эксперименты в бассейне привели ученых к некоторым весьма парадоксальным выводам.
Например, вторичные и третичные волны, маленькие горбики, которые возникают при ураганном ветре на главной волне. Об их существовании было давно известно. Но когда вычисляли силу удара волны о мол или корабль, эти горбики часто вовсе не брали в расчет. Казалось, и не стоит обращать внимания на малышей, когда имеешь дело с целой водяной горой. Однако безобидные на вид вторичные и третичные волны обладают большой крутизной и поэтому на встреченную в пути преграду мгновенно обрушивают весь свой (отнюдь немалый! ) запас энергии. Именно они и наносят нередко тот последний удар, который переворачивает корабль, сокрушает портовые сооружения. И если расчеты не учитывают деятельности внешне безобидных горбиков, результаты могут оказаться весьма плачевными.
Василию Владимировичу Шулейкину и его сотрудникам удалось на основе данных, полученных с помощью экспериментов в штормовом бассейне, которые были подкреплены сложными математическими расчетами, выразить динамику морских ветровых волн в виде четких и довольно простых графиков. С их помощью каждый штурман, зная направление и скорость ветра, может определить, насколько опасны будут поднятые этим ветром волны.
Впрочем, в последнее время наука освободила моряка и от этих вычислений. В штурманских рубках больших судов рядом с кнопочным штурвалом и радиопеленгатором занял свое место факсимильный аппарат «Ладога». Четыре раза в сутки он принимает весьма необычную передачу. Как только штурман сообщает в родной порт свои координаты, на экране «Ладоги» появляется карта той части океана, где находится судно. Тонкой цепочкой бежит среди параллелей и меридианов наиболее безопасный в данный момент курс корабля. Это так называемые рекомендованные курсы – воплощение всего нового, что дает сегодня капитанам наука о морских ветровых волнах.
|
|
|
