В разных местах воздух может в значительной степени различаться по влажности и температуре, поэтому иногда, когда самолет переходит из одной области в другую, конденсационные следы выглядят как рваные линии. В этом случае, наблюдая за ними, можно делать выводы о температуре и влажности в верхней части тропосферы и, соответственно, строить прогнозы погоды.
Если за высоко летящим самолетом не образуется конденсационный след или же если он образуется ненадолго, в умеренных широтах это свидетельствует о том, что воздух в верхней части тропосферы сух и/или опускается вниз, а значит, погода ухудшаться не будет. Если лее конденсационные следы образуются и распространяются по небу, отсюда следует, что воздух наверху влажен и поднимается вверх, что обычно бывает при приближении теплого фронта. В таком случае устойчивые конденсационные следы еще до появления и распространения перистых облаков предостерегают, что теплый фронт уже недалеко, и через день-другой следует ожидать осадков
***
В выхлопах самолета содержится не только водяной пар. Помимо него, там есть и углекислый газ, и оксиды серы и азота, и углеводород, и угарный газ, и несгоревшее топливо, и мельчайшие частицы угля и металла. Эти частицы играют важную роль в образовании конденсационных следов, выступая в качестве ядер, вокруг которых водяной пар превращается в капли и кристаллы.
Воздух на высоте крейсерского полета обычно насыщен влагой настолько, что в любой момент там могут начать образовываться капли и кристаллы льда. Дело за малым: не хватает ядер, нужных для того, чтобы этот процесс начался. В этом случае добавление небольшого количества влаги и твердых частиц может привести к цепной реакции. Самолеты со своими выхлопами выполняют функцию «засева облаков», добавляя к наличествующему в воздухе водяному пару ингредиенты, необходимые для того, чтобы стали появляться видимые глазу облака.
Конденсационные следы — самые изящные и самые неприятные среди членов облачного семейства.
В редких случаях можно наблюдать своего рода «негатив» конденсационного следа. Он образуется, когда выхлопы как будто прорезают коридор ясного неба в слое присутствующих в небе облаков верхнего яруса — перисто-слоистых или перисто-кучевых. Вместо облака вслед за самолетом образуется четко очерченная брешь. Так бывает, когда самолет летит через облако или непосредственно над ним. Появление «коридора» может оказаться следствием одного из трех процессов.
Тепло от выхлопов может нагреть облачный слой, в результате чего часть составляющих его водяных капель испаряется. Турбулентность в кильватере самолета приводит к примешиванию более сухого окружающего воздуха в слой облаков, что дает такой же результат. Наконец, вбрасывание выхлопов может привести к «засеву» облачного слоя: твердые частицы провоцируют замерзание капель, из которых состоит облако, они увеличиваются в размерах, начинают падать и в какой-то момент испаряются, проходя через слой теплого воздуха.
Посредством конденсационных следов мы неумышленно влияем на облачный пейзаж. Однако «засев облаков» осуществляется человеком отнюдь не по недосмотру. В течение последних шестидесяти лет ученые провели множество экспериментов по введению искусственных ядер в облака для того, чтобы повлиять на их поведение. Технологии «засева облаков» были разработаны в попытке увеличить количество осадков в пораженных засухой областях, смягчить разрушительные последствия гроз с градом, рассеять туман в аэропортах и даже укротить ураганы.
***
Любой из этих поводов вполне достаточен для того, чтобы вмешаться в жизнь облаков. Однако засев облаков применялся и в куда более сомнительных целях.
Этот метод был создан в 1940-е гг. в научно-исследовательской лаборатории компании «Дженерал Электрик» в городе Скенектади, штат Нью-Йорк, США. Придумали его двое ученых: Ирвинг Лэнгмюр и Винсент Шефер. Ленгмюр, руководитель лаборатории, был признанной величиной в химии: в 1932 г. он даже получил Нобелевскую премию. Шефер, двадцатью пятью годами моложе, был его научным сотрудником.
В годы Второй мировой войны лаборатория заключила контракт на проведение военных исследований для Правительства США. Ленгмюр и Шефер создали ряд устройств — например, генератор дыма — для маскировки военных операций от врага. Помимо этого, они пытались решить проблему нарастания льда на крыльях самолетов, что представляет для авиации изрядную опасность: лед, намерзающий на крыльях, когда самолет летит через переохлажденные участки облака, где температура ниже нуля, разрушительным образом влияет на аэродинамику летательного аппарата, меняя форму крыльев и приводя тем самым в некоторых случаях к фатальной потере подъемной силы.
Однако вскоре объектом их внимания стала проблема не уменьшения льдообразования, а его стимуляции. Изучая нарастание льда на крыльях самолетов, ученые установили, что образование кристаллов в облаке — один из основных процессов, вследствие которых переохлажденные капли воды достигают размеров, приводящих к их выпадению в виде осадков. Исследователям пришло в голову, что если они смогут способствовать замерзанию капель в облаке, вероятность дождя повысится.
Однако ни у Ленгмюра, ни у Шефера не было специальной метеорологической подготовки. Впервые они столкнулись с переохлажденными каплями воды на вершине горы Вашингтон в Ныо-Хэмгпиире при температуре ниже нуля. Поскольку оба увлекались горным туризмом, во время войны им часто доводилось бывать в тамошней метеорологической обсерватории. Стоя в облаках на вершине, возвышающейся на 1919 м над уровнем моря, они с удивлением обнаружили, что даже при температуре ниже 0 °C облака состоят из жидких водяных капель. Эти капли замерзали только в случае контакта с твердыми объектами, образуя на камнях, деревьях и стенах зданий изморозь наподобие мгновенно возникающего инея. Капли пребывали в переохлажденном состоянии: они остывали до такой степени, что образование кристаллов льда могло начаться в любой момент, но для этого требовался пусковой стимул.
Озадачившись странным поведением переохлажденных капель в облаке, Ленгмюр и Шефер установили у себя в лаборатории холодильник с открытым верхом и приступили к изучению искусственных облаков. Дыша в холодильник, температура воздуха в котором была -20 °C, они наблюдали, как выдыхаемый ими пар конденсируется в облака, капли в которых находятся в переохлажденном состоянии. Ученые пришли к выводу, что, если им удастся найти ядра, которые заставили бы эти взвешенные в воздухе капли превратиться в кристаллы льда, впоследствии можно будет вводить подобные ядра в настоящие облака, чтобы из них выпадали осадки в виде дождя или снега.
