Хенрик Свенсмарк - Леденящие звезды. Новая теория глобальных изменений климата

Сюрприз свалился на ученых в два часа дня, когда приборы исследовательского самолета зафиксировали громадное количество сверхмалых «точек». За две минуты их количество подскочило практически с нуля до более тридцати миллионов на литр воздуха. При этом количество свободных молекул серной кислоты, также измерявшееся в этот момент, оставалось низким.

Такого взрывного образования сверхмалых «точек» просто не должно было быть при имевшейся концентрации серной кислоты. Известно, что капельки серной кислоты — главный источник ядер конденсации в процессе облакообразования над доброй половиной земного шара. Здесь же получалось, что концентрации серной кислоты еще не достаточно, а ядер конденсации — уже пруд пруди. Метеорологи не могли объяснить причину этой преждевременной нуклеации. В каком-то смысле они походили на автомеханика, который не понимает, откуда в свече зажигания берется искра. Сделав хорошую мину при плохой игре, НАСА огласило предварительное заключение, где непредусмотренным событиям было придано положительное освещение:

«Ясно одно — это уникальное наблюдение феномена тропической нуклеации обеспечит нас надежной экспериментальной площадкой, на которой можно будет проверять новые теории» [52] Из доклада НАСА: R. J. McNeal et al. «The NASA Global Tropospheric Experiment», IGACtivities Newsletter, No. 13, March 1998. .

Когда Кларк и его команда попытались понять причины произошедшего, они гадали, может ли азот, поступающий с океанской поверхности, подхлестнуть формирование сверхмалых «точек». Было еще одно оторванное от жизни предположение: мол, серной кислоте и молекулам воды помогли сблизиться электрические заряды, так как во время полета исследователи видели вспышки молний.

Вообще говоря, то, что присутствующие в воздухе электрически заряженные молекулы, атомы и электроны, объединяемые общим названием «ионы», могли дать начало ядрообразованию, не было такой уж новой идеей. Эта теория появилась в 1960-е годы, и в ее пользу говорили наблюдения за сверхмалыми «точками», предвосхищавшие эксперименты группы Кларка, а также несколько скромных лабораторных экспериментов, подкрепленных кое-какими предварительными гипотезами. В 1980-е горячим защитником идеи был Франк Рас, бельгийский химик из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, — по его расчетам выходило, что образование микрокапель серной кислоты за счет ионов вполне реализуемо.

Непредубежденные теоретики хранили идею ионного образования ядер конденсации, так сказать, про запас, не исключая ее полностью. Она не будила их воображение до тех пор, пока теоретики не услышали в 1998 году об открытии, сделанном у берегов Панамы, и не почувствовали его подтекст. Затем и другие химики, изучающие атмосферу, начали понимать, что ионное ядрообразование могло бы действительно подстегнуть «поросенка», чтобы он довольно резво перепрыгнул через ограду. Тогда космические лучи могли бы более убедительно вступить в действие, потому что скорее они, а не удары молний, служат важным источником ионов на всех уровнях — и высоко в атмосфере, где образуются облака, и над поверхностью океана, где летал «Орион».

Фанцюнь Юй и Ричард Турко, также работавшие в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе, изучали инверсионные следы, остающиеся позади самолета, когда он проносится по небу. Там, в этом самолетном шраме, ядра облачной конденсации тоже формировались гораздо быстрее, чем ожидала от них традиционная теория, предполагавшая, что они будут группироваться постепенно, молекула к молекуле. Очевидно, в результате сгорания топлива образуются заряженные атомы и молекулы, помогающие «точкам» формироваться и расти.

Отсюда недалеко и до умозаключения, которое Юй и Турко сделали в 2000 году: не что иное как именно космические лучи способствуют ускоренному ядрообразованию и, следовательно, формированию облаков. Присутствие электрических зарядов обеспечивает сближение молекул даже при низкой концентрации паров серной кислоты. А затем ионы стабилизируют образующиеся зародышевые «точки», пока те собираются в более крупные капельки. Так научные расчеты объяснили урожай сверхмалых «точек» над Тихим океаном близ побережья Панамы.

Это своевременное вмешательство атмосферных химиков никого не обрадовало больше, чем физика элементарных частиц Джаспера Киркби, сотрудника ЦЕРНа в Женеве. Когда в декабре 1997 года Колдер читал в ЦЕРНе лекцию об обнаруженной Свенсмарком связи между космическими лучами и облаками, Киркби был среди слушателей. Лекция возбудила его любопытство, и он, отправляясь с семьей на Рождество в Париж, в гости к сводной сестре, взял с собой сборник научных трудов. И пока остальные ходили по магазинам, Киркби изучал публикации. В итоге он убедился, что открытие Свенсмарка действительно было очень интересным.

Поскольку совпадения вариаций космических лучей и колебаний облачного покрова ничего не говорили о существующих здесь причинно-следственных связях, Киркби задумался над тем, как можно было бы установить эти связи и найти механизм, инициирующий образование облаков. И хотя физика высоких энергий не занимается вопросами климата, космические лучи определенно входят в область ее интересов: физики, работающие с элементарными частицами, в изобилии создают искусственные космические лучи с помощью своих ускорителей. Посреди праздников в Париже Киркби нашел время, чтобы набросать план эксперимента. По его замыслу, следовало воссоздать атмосферные условия и, соответственно, условия образования облаков в специально оборудованной камере, воздействовать на нее пучком частиц, разогнанных в церновском ускорителе, и измерить получившийся эффект.

Мало кто знал тогда, но, помимо фундаментальной науки, Джаспер Киркби занимался исследованиями окружающей среды. Если бы он нашел возможную причину изменений климата, для его группы это была бы особая возможность зарекомендовать себя с лучшей стороны и продвинуть исследования на более профессиональный уровень. Подавая в камеру строго отмеренные дозы водяного пара и следовые количества определенных соединений — двуокиси серы, аммиака, азотной кислоты, — ученые намеревались проследить физические и химические эффекты в серии тщательно спланированных опытов и увидеть, сможет ли входящий пучок частиц повлиять на образование ядер облачной конденсации. Из первых букв остроумного названия эксперимента «Cosmics Leaving OUtdoor Droplets» (буквально: «Космические лучи оставляют после себя капельки под открытым небом») Киркби составил акроним — «CLOUD» [53] Cloud (англ.) — облако. .

Он принялся собирать команду. За два года Джаспер Киркби собрал больше пятидесяти метеорологов, экспертов по солнечно-земной физике и физике элементарных частиц из семнадцати институтов Европы и США. Свенсмарк тоже был среди них. Он отчаялся найти в Дании средства для собственного эксперимента и был рад присоединиться к группе специалистов, набираемой Киркби.