Могила человеческого любопытства

Когда посетитель был выдворен слугой за дверь, и его тяжелая суковатая палка с золотым Буддой вместо набалдашника, которая чуть было не опустилась на седеющую голову хозяина кабинета, дробно застучала по торцам мостовой, сэр Исаак Ньютон, наконец, почувствовал себя в безопасности. Уже не в первый раз приходила к нему мысль, что жажда познания, обуревавшая его чуть не с первых лет жизни, заставила его сделать на одно открытие больше, чем было уготовано природой. Стоило бы ему вычеркнуть из своей известной книги «Начала» всего несколько страниц, и он был бы избавлен от столь неприятных и, к сожалению, нередких визитеров. Но открытие было сделано, а таблицы приливов, составленные на основе теории, созданной сэром Исааком, подводили то у далеких Мальдивских островов, то у родного Плимута. И капитаны, ожидавшие, что под килем будет не меньше десятка футов, вдруг с треском сажали корабль на каменный грунт. Дальше случилось то, что не раз описано в печальных морских сагах. Зловещий скрежет, с палубы срываются бочки, ящики, рвутся снасти, со скрипом выламываются мачты, трещат шпангоуты, ломается обшивка. Несколько часов работы наката – и на волнах колышется лишь бесформенная груда досок. И тогда к президенту Лондонского королевского общества, директору монетного двора и прочая и прочая приходил, громыхая увесистой тростью, разгневанный судовладелец…

Обычно, когда ученый берется за исследование какой‑ нибудь новой проблемы, он первым делом изучает труды своих предшественников. Естественно, что сэр Исаак, принимаясь за изучение приливов, последовал этому мудрому правилу. И на его столе взгромоздилась целая гора фолиантов. Он увидел, что люди рассуждают о происхождении этого странного явления со времен античности. Но Ньютона поразило, сколь неосновательны, плоски и бездоказательны их суждения.

В греческих источниках он обнаружил лишь глухие упоминания о том, что наиболее сильные приливы бывают в полнолуния. Почтенный средневековый философ Фома Аквинат говорил о том, что допускает возможность влияния на морскую воду звезд, ничем не подкрепляя этого заявления. И звучало оно астрологически – так же можно сказать, что звезды влияют на людские судьбы. Великий Галилей, отвергая всякую астрологию, отказывал небесным телам в каком‑ либо участии в делах земных и пытался доказать, что приливы порождены вращением Земли. Однако Ньютон сразу увидел нелогичность в рассуждениях мудрого предшественника. Если б вращение Земли порождало эти странные колебания уровня океана, интервал между двумя приливами был бы равен солнечным суткам (24 часам), а в действительности он, как правило, равен лунным суткам (24 часам 50 минутам) или их половине (12 часам 25 минутам). И, наконец, в одном из теологических трудов сэр Исаак нашел объяснение столь невероятное, что даже он, человек глубоко религиозный, не мог не расхохотаться, читая его. Автор сочинения утверждал, что прилив и отлив зависят от ангела, вернее, даже от его пятки. Когда ангел опускает пятку в океан, наступает прилив, когда вынимает – отлив.

Прямые же предшественники Ньютона, отчаявшись понять, какие силы, словно гигантский насос, то вычерпывают, то наполняют до краев чаши морей, назвали приливы «могилой человеческого любопытства».

Да, сэр Исаак не мог всерьез отнестись ни к одной из точек зрения, зафиксированной в фолиантах. И потому он приступил к задаче с самого начала так, будто до него никто и не пытался решить проблему приливов, будто вместо груды древних трудов перед ним лежал белый лист бумаги. Иначе Ньютон поступить не мог. Ибо верил не приблизительным рассуждениям, а точным доказательствам. Не зря же предания донесли до наших дней его презрительную фразу «гипотез не изобретаю». Его устраивали только законченные теории. И, взявшись за проблему приливов, он и здесь решил возвести стройный замок, сложенный, словно из кирпичей, из бесспорных формул.

Ньютон смотрел на мир глазами математика. Он вынужден был представить себе воду океана, лишенную вязкости – то есть внутреннего трения. Кроме того, ему необходимо было вообразить, что Мировой океан покрывает земной шар сплошным слоем – словно на нашей планете вовсе нет суши. Иначе известными в то время математическими методами описать явление приливов было бы невозможно. При таких условиях под влиянием притяжения Луны и центробежной силы, возникающей от вращения системы Земля‑ Луна вокруг общего центра тяжести (честь открытия законов этого вращения также принадлежит Ньютону), вода океана должна вытянуться в виде двух гигантских флюсов. Эти флюсы образуют эллипсоид прилива, который большой своей осью всегда нацелен на Луну и следует за ней как на привязи. А Земля вращается вокруг своей оси. И каждая точка земного шара последовательно «вползает» то во флюс, то в узкую часть эллипсоида. Потому в ней точно через каждые 6 часов 12, 5 минуты наступает то прилив, то отлив.

Все казалось настолько просто и логично, что таблицы, созданные на основе идей Ньютона, должны были действовать с четкостью часового механизма. Но приливы не подчинялись логике великого математика. Словно взбалмошный возница дилижанса, они то приходили, намного опередив расписание, то безнадежно запаздывали. Тогда вместо полной воды, которую ждал шкипер, под килем оказывалось каменистое дно. И хотя в документах того времени не отражено, как на это реагировали судовладельцы, но нам представляется именно так – они врывались в кабинет ученого, сжимая в руке суковатую трость.

Век Ньютона Энгельс назвал «царством механики». В то время ученый, чтобы постичь сущность явления, должен был настолько абстрагироваться от реальности, что иногда из его поля зрения выпадали весьма существенные ее черты. Метод познания не позволял охватить все многообразие и всю сложность окружающего мира. И потому гениальные абстракции, на века определявшие пути науки, не могли дать прямого выхода в практику.

Чтобы приблизиться к истине еще на один шаг, нужен был новый взгляд на мир и новый гений, который приложит этот взгляд к теории приливов. Этот шаг оказалось по силам сделать французскому математику Пьеру Симону Лапласу. Он представил себе прилив не в виде флюса неподвижного эллипсоида, а в виде гребня волны, огибающей земной шар под влиянием тех же сил – притяжения и центробежной, которые открыл Ньютон. Этот взгляд позволил хорошо объяснить сложную мозаику приливов Мирового океана. Их неповторимое разнообразие, вызванное причудливо изрезанной линией берега и хаотическим нагромождением неровностей дна, строго подчиняется уже открытым в то время законам волнового движения.

Лаплас доказал, что приливы создаются не только Луной, но и Солнцем. Правда, компаньоны принимают в этом деле далеко не равное участие. Казалось бы, Солнце, масса которого в 30 миллионов раз больше массы Луны – должно быть намного более влиятельным. Но дело не только в массе – ив расстоянии. А как известно, до Луны от нас почти в 400 раз ближе, чем до Солнца. И в результате – лунный прилив оказывается в два с лишним раза мощнее солнечного. И притом оба светила имеют несколько «ниточек», которыми они «дергают» к себе воду океана, при этом каждая «ниточка» как бы создает свою волну. Именно как бы, потому что в реальном мире мы видим приливную волну, которая есть результат сложения всех этих фиктивных волн. На гребень одной из них налагается подошва другой, промежуточная стадия третьей. И всех их сплющивает и деформирует хаотическое нагромождение неровностей дна, причудливо изрезанная линия берега. Словом, хотя построение теории приливов на трудах Лапласа было в основном закончено, но найти легкий и удобный способ, чтобы применить на практике найденные законы, оказалось совсем не просто. Человечество истратило на это еще полтора столетия.

Ведь, объяснив причины существования приливной мозаики, ученые тем самым признали ее, а значит отказались от представления, что высота прилива, промежутки времени между приливом и отливом во всех точках планеты одинаковы. И обрекли себя на необходимость сначала в течение нескольких месяцев ежечасно отсчитывать по рейкам (а позднее с помощью особого прибора – мареографа) высоту прилива во многих точках побережья океанов и морей, а затем вычислять по этим данным таблицы приливов – опять же для каждого пункта отдельно. И только на год вперед. Миллионы вычислений, титанический труд! Выдающийся английский физик XIX века Уильям Томсон (лорд Кельвин) создал в помощь мореплавателям специальную приливную машину – дальнего предка нынешней вычислительной техники. Она верой и правдой служила человечеству не одно десятилетие. Но даже Томсону не удалось упростить многие расчеты.

До конца 50‑ х годов нашего столетия в городах морских держав мира сидели многочисленные группы математиков, которые в поте лица высчитывали таблицы на год вперед. А с нового года все приходилось начинать сначала.

Составлялись ежегодные таблицы приливов и в Москве в отделе приливов Государственного океанографического института. В послевоенные годы отделом руководил молодой математик Александр Иванович Дуванин. В то время советские ученые осуществляли широкую программу исследований динамики вод Тихого океана, и в том числе района Курильской гряды. Этот район поставил перед океанографами‑ приливниками немало проблем. Особенно опасны здесь для моряков приливные течения. Их‑ то и надо было изучить и научиться прогнозировать.

Это привело А. И. Дуванина в 1950 году на борт научно‑ исследовательского судна «Витязь», который отправился в свой четвертый рейс к туманным берегам Курил.

Курильское ожерелье – длинная, вытянутая на 1200 километров цепочка островов – отделяет от Тихого океана Охотское море. В прилив огромные массы воды устремляются сквозь узкие коридоры проливов в Охотское море. Отлив «вытягивает» ее обратно в океан. Рельеф дна с огромными – в тысячи километров – перепадами глубин вносит в эти движения дополнительную сложность. Один поток, встретив подводную скалу, задерживается и закручивается в водоворотах, другой – с бешеной скоростью проносится по глубочайшему подводному каньону. Из‑ за этого в Курильских проливах никогда не бывает спокойно. Морякам приходится вести судно по узкому фарватеру среди сплошной толчеи волн, которые то и дело пытаются выбросить судно на мель или ударить об отвесную стену, серую и ноздреватую, со следами застывших потоков лавы.

Дуванину предстояло «схватить» приливное течение – по показаниям приборов определить его скорость и направление в разное время суток. Впрочем, прибора, надежно показывающего направление течения, на «Витязе» в то время не было. Его Дуванин вместе со своим помощником А. Т. Солодковым сконструировал и построил прямо в море.

О природе приливных течений в то время науке было известно немало. Каждая частица воды под влиянием Луны движется не просто вверх‑ вниз, а перемещается по эллипсу. Ее путь по вертикали вызывает подъем уровня, а по горизонтали – приливное течение. Приливы приводят в движение всю массу океанской воды. Но в открытом океане, где глубины огромны, порожденные ими течения не достигают большой скорости. Зато в узком месте – в проливе, в устье реки, через которые за короткое время должна проскочить огромная масса воды, течения становятся стремительными. В Скиерстад‑ фиорде на побережье Норвегии, скорость приливного течения достигает 16 узлов (27 километров в час).

…Дуванину и его сотрудникам досталось от приливных течений гораздо сильнее, чем обычным морякам. Ведь те стараются проскочить опасное место как можно быстрее, а «Витязю» приходилось по целым суткам стоять на якоре среди потока, сжатого громадами. Волны как струну натягивали якорный трос, а лапам якоря не за что было зацепиться на каменном дне. И море нередко срывало «Витязь» с места, сводя на нет многочасовой труд Дуванина и его сотрудников.

Однажды из‑ за дуванинских измерений «Витязь» чуть не закончил свой славный и короткий в то время путь на дне пролива Буссоль. В тот день над морем лежал обычный курильский туман. Люди, которые не бывали на знаменитом курильском ожерелье, не могут представить, что это такое. Назвать здешний туман дымкой или пеленой все равно, что назвать Эверест горкой или холмиком. Туман на Курилах – это когда воздух обретает цвет и тяжесть, становится серым и весомым. Когда стены воздуха окружают вас со всех сторон. Когда, вытянув руку, вы уже не сможете рассмотреть, какое время показывают ваши часы. В такой туман «Витязь» стоял на якоре посреди пролива Буссоль и, как положено по навигационным правилам, давал частые гудки. На встречном сухогрузе эти сигналы, конечно, слышали. И опытный капитан, прикинув, что в том месте, откуда несколько минут назад гудели, судна наверняка нет – ведь оно торопится проскочить пролив, чтобы избежать столкновения, – отдал приказ сделать левый галс и пошел прямо на заякоренный «Витязь». Когда темная громада, зыбкая в тумане, словно призрак, проплыла всего в нескольких метрах от корабля науки, каким‑ то чудом не врезавшись в его борт, невидимый капитан сухогруза на крепком морском жаргоне высказал свое мнение о «дураках», которым вдруг вздумалось «загорать посреди пролива».

…Близкое знакомство с условиями плавания у Курильских берегов окончательно убедило Дуванина, что кроме таблиц приливов в разных точках берега его отдел должен будет выпускать и таблицы приливных течений. Справиться с этим делом почти невозможно. Поэтому Александр Иванович задумался над тем, как бы упростить работу своих сотрудников. И тут ему пришло в голову, что ежегодные таблицы, над которыми он вместе со своими коллегами из всех морских держав мира работал столько лет, не нужны, что методы, практически не изменившиеся со времен Лапласа, можно и нужно изменить. Ведь влияние Луны на приливы от года к году изменяется незначительно. И разница в высоте прилива и времени его наступления в один и тот же день прошлого года и нынешнего может быть учтена и вычислена в виде поправочных коэффициентов. И тогда можно создать «вечные таблицы», к которым прилагается лишь небольшой листок с поправками на каждый год. В 1958 году в Государственном океанографическом институте впервые были созданы приливные таблицы постоянного действия. Они сегодня хорошо известны штурманам, плавающим во всех районах Мирового океана. А всего два года спустя, в 1960 году, вышли таблицы постоянного действия для приливных течений в прибрежных районах Тихого океана.

Однако прилив весьма активно проявляет себя не только у берегов. Он оказывает существенное влияние и на динамику воды в открытом океане. Распространение фронта приливной волны вызывает значительный снос судов во время дрейфа. А в дрейф во время лова ложатся все рыбацкие суда. И неучет сноса может привести к печальным последствиям. В этом автору однажды пришлось убедиться на собственном опыте.

Десять лет назад я отправился на Дальний Восток сезонным рабочим – на время сайровой путины. Нашу группу определили в поселок Южно‑ Курильск на Кунашире – одном из самых больших островов Курильской гряды. И здесь я был назначен матросом на малый рыболовный сейнер, МРС, а моряки его зовут попросту «Маруськой». Это небольшое суденышко имело из навигационных приборов только компас. Да и капитаны их – обычно выпускники годичных курсов – были не слишком большими специалистами в мореходном искусстве.

Однажды с наступлением темноты мы, как обычно, вышли на лов. В ту ночь повезло – после нескольких часов поиска наткнулись на огромный косяк. Сайра шла валом, и мы, не останавливаясь, не отдыхая ни минуты, брали замет за заметом. Было еще далеко до рассвета, когда мы, как говорят моряки, уже «залились рыбой под жвак» – то есть набрались ее столько, что сейнер осел в воде много ниже ватерлинии. Ловить дальше стало опасно. «Маруськи» и так не отличались высокими мореходными качествами, а в ту ночь мы перегрузили свою посудину выше всяких норм. Решили возвращаться на рыбозавод. К берегу двинулись вслепую – вокруг полная тьма и густой туман. Курс капитан проложил на глазок, руководствуясь больше опытом и интуицией, чем мореходными правилами. Часа полтора мы медленно продвигались вперед. Вдруг, когда, казалось, должны были открыться огоньки рыбозавода, что‑ то зловеще скребнуло под килем. Капитан торопливо дал сигнал в машинное отделение «полный назад», но было уже поздно. Как только механик переключил рычаг, винт стукнулся о камни, и лопасти его с треском обломались. Мы прочно сидели в узкой щели между двумя скалами. Могучий океанский накат то и дело валил сейнер с борта на борт, и с его кормовой площадки, словно торпеды, срывались ящики с нашим уловом.

Сняли нас только утром, когда разошелся туман и моряки с проходящего мимо судна заметили наши сигналы бедствия.

Когда потом это происшествие разбиралось у заводского начальства, выяснилось, что наш капитан, прокладывая курс, не учел одного важного обстоятельства – за то время, пока мы брали рыбу и лежали в дрейфе, отлив сменился приливом, и фронт приливной волны отогнал судно на несколько миль к северу. Потому‑ то мы и оказались не у Южно‑ Курильской бухты, а намного севернее, где в море отвесно спускаются каменные скалы.

Естественно, морские физики давно понимали, как важно научиться составлять прогнозы распространения фронта приливной волны в открытом океане. Но справиться с этой задачей совсем не просто. Ведь в открытом море измерить высоту прилива нельзя ни рейкой, ни мареографом. Здесь прилив не так заметен, как у берегов, а глубины огромны. Поэтому это второе направление науки о приливах поначалу развивалось робко. Первые его успехи связаны с тем временем, когда на помощь океанографии пришла математика. В 1915 году австрийские ученые Дефант и Штернер предложили теоретический метод расчета, который был весьма далек от совершенства. В конце 40‑ х – начале 50‑ х годов теоретический метод исследования распространения приливного фронта разработали независимо друг от друга два математика В. Хансен из ФРГ и наш соотечественник Г. В. Полукаров.

Ученые, как это часто делается, когда природные явления чрезвычайно сложны, применили метод приближенного решения дифференциальных уравнений. Карты водных просторов были покрыты тонкой сетью перпендикулярных линий. Привязывая квадрат за квадратом акваторию к тем точкам берегов, где проводились регулярные наблюдения, ученые смогли представить, как перемещается гребень приливной волны. В 1956 году Полукаров составил схему ее перемещения для Охотского моря. В 1958–1962 годах были сделаны такие же схемы для Желтого, Японского, Норвежского морей. В 1964 году, когда на помощь океанографам пришла электронно‑ вычислительная техника, К. Т. Богданов дал расчеты распространения приливной волны по всему Тихому океану. В последние годы ленинградский ученый Б. А. Каган создал математическую модель приливов. С помощью полученных им уравнений можно приближенно вычислить подъем воды и силу приливного течения для любой точки Мирового океана.

Работы ученых позволили в значительной мере довести до практики, поставить на службу каждого штурмана замечательные достижения научной мысли – от абстракций Ньютона до волновой теории Лапласа. Приливы и отливы, которые много веков были настоящим бедствием для мореплавателей, «загнаны» в строгие клеточки схем и таблиц.

Сегодня приливы уже вышли наполовину из‑ под опеки океанологов – ими весьма серьезно интересуются энергетики. Они строят планы использования гигантских запасов энергии, которые несет поднятая притяжением Луны вода. В мире работают первые приливные электростанции. В нашей стране ток их турбин пришел уже в поселки Кольского полуострова. Новые приливные станции скоро будут построены на берегах Чукотки и Белого моря.