Воды мира. Как были разгаданы тайны океанов, атмосферы, ледников и климата нашей планеты

Спустя три десятилетия Ричардсон переключил внимание с природных систем на человеческие. Убежденный пацифист, как и Стоммел, он пытался с помощью математики объяснить, почему происходят войны и разворачиваются гонки вооружений. Ученый считал это более важным, чем понимание того, как ведут себя турбулентные потоки, управляющие погодой на нашей планете. Тем не менее прибывший из-за океана Стоммел сумел убедить его вернуться к исследованию физических систем. Раньше наблюдения Ричардсона ограничивались только движением атмосферы. Теперь же они вместе со Стоммелом решили ответить на вопрос, насколько океан похож на атмосферу.

Для начала исследователи провели водную версию тех экспериментов, с помощью которых Ричардсон два десятилетия назад изучал турбулентную диффузию в воздухе, используя для этого воздушные шары и другие объекты. Даже много лет спустя Стоммел не мог без улыбки вспоминать, как выкопал из сырой тяжелой земли в саду Ричардсона несколько корней пастернака (да-да, пастернака!), после чего на холодной кухне они нарезали их на одинаковые кусочки, тщательно взвешивая каждый, и отправились с ними к озеру. Там они прошли в самый конец причала и стали бросать кусочки пастернака в воду, измеряя увеличивающееся расстояние между ними с помощью импровизированного измерительного прибора, сооруженного Ричардсоном из палочек и отрезков шнура.

Между тем выбор пастернака для эксперимента был далеко не случаен. Свойства пастернака таковы, что, если бросить его в океан, он почти полностью погрузится в воду и будет плавать, лишь слегка выглядывая наружу и, таким образом, не подвергаясь воздействию ветра. Благодаря этому свойству обычный пастернак – плавучий и хорошо заметный на воде – оказался отличным материалом для океанографических измерительных буйков. В этом Ричардсон и Стоммел были схожи: когда им приходилось выбирать между двумя подходами – простым и надежным или сложным и подверженным рискам, – оба всегда выбирали первый. В более позднем возрасте Стоммел признавался, что считал себя не очень хорошим математиком и это влияло на его методы работы. «Когда я вижу потрясающие таланты некоторых моих коллег – математиков, разработчиков приборов, мастеров извлечения информации из массивов данных, людей с энциклопедическими знаниями, научных управленцев с замечательной способностью принимать правильные решения, – я осознаю, насколько ограниченными, почти любительскими являются мои собственные идеи, – впоследствии объяснял он. – Поэтому, когда у меня появляется какая-нибудь хорошая идея, я просто передаю ее тем, у кого есть необходимые таланты, чтобы развить ее. На самом деле это не щедрость, а обычный прагматизм»[258]. Тем не менее, по признанию Стоммела, у нехватки математических знаний была и положительная сторона: это заставляло его прибегать к полезным упрощениям, а также искать сотрудничества с другими.

Ричардсон не испытывал подобных внутренних конфликтов. Полет его мысли не знал ограничений, а сила воображения намного превосходила вычислительные возможности того времени. Так, он рассчитал, что для реализации его мечты о численном прогнозировании погоды требуется огромная вычислительная мощь, которую – в те времена, когда единственным вычислительным устройством был человеческий мозг, – Ричардсон оценил в 64 000 «человеческих компьютеров». Но эта цифра его не смутила. Он был увлечен идеей о том, что будущее состояние атмосферы можно прогнозировать на основе знания ее текущего состояния и конечного набора уравнений, которые описывали бы движение частиц воздуха.

Конечно, Ричардсон признавал, что науке пока не хватает знаний, чтобы свести все характеристики атмосферы к простым уравнениям, и некоторые особенности погоды требуют дальнейшего изучения. Поэтому он ратовал за проведение исследований в водном «фундаменте» великого метеорологического «театра», в частности за изучение так называемых вихрей – мощных, закручивающихся спиралью потоков воды, которые образуются в крупных морских течениях, таких как Гольфстрим. Турбулентность была слишком значимым и интересным явлением, чтобы оставлять его без внимания. В то же время можно – и даже необходимо – было приступать к решению численных задач, не дожидаясь, пока это явление станет полностью понятно. Ричардсон начал исследования турбулентности с наблюдений за воздушными шарами и струями дыма, затем продолжил с помощью мысленных экспериментов и, наконец, оказался вместе со Стоммелом на берегу озера с миской нарезанного пастернака в руках.