Wywiad z Jocelyn Bell Burnell /Interview with Jocelyn Bell Burnell

 

Nieco więcej o Irvingu, czyli o chmurach, jodku srebra i kociej kołysce

Jeśli przeczytaliście poprzedni wpis, zapoznaliście się z amerykańskim fizykochemikiem Irvingiem Langmuirem. Był to naukowiec nietuzinkowy, o wszechstronnych zainteresowaniach, zarówno tych związanych z nauką, jak i tych pozanaukowych. Jego pionierskie badania w dziedzinie chemii powierzchni doprowadziły go do Nagrody Nobla w 1932 roku.  Nad monowarstwami i ich zastosowaniami Langmuir przez wiele lat pracował z inną fascynującą postacią świata nauki, Katharine Burr Blodgett, którą także z pewnością pamiętacie z mojego poprzedniego blogowego artykułu. Jednakże o ile Katharine przy monowarstwach pozostała do emerytury, Irving w latach 40. XX wieku skierował swoją uwagę na eksperymenty z pogodą, które tak bardzo go wciągnęły, że zrezygnował z pracy w laboratorium w General Electric.  Przekonanie, że tzw. zasiewanie chmur to metoda skuteczna w walce z suszą towarzyszyło mu chyba do ostatnich dni życia. Jego liczne dokonania naukowe i autorytet sprawiły, że jeszcze dość długo po jego śmierci, do lat 70. ubiegłego wieku, wierzono w powodzenie tej metody. I zdaje się wciąż gdzieniegdzie korzysta się z podobnej techniki – np. całkiem niedawno w Chinach, przed igrzyskami olimpijskimi w Pekinie. Sam Langmuir w pewnym momencie uważał, że prace nad sztucznym wywoływaniem deszczu to jego największe naukowe osiągnięcie – sądzę, że akurat w tym względzie z pewnością się mylił. A jak to się zaczęło?

Z dużej chmury mały deszcz, czyli to wcale nie jest takie proste

Jak powstaje chmura każdy mniej lub więcej wie. Słońce ogrzewa wodę w zbiornikach wodnych, a skoro tak, część wody intensywnie paruje. Dlatego para wodna jest wszechobecna w atmosferze. Oczywiście wiemy także, że powietrze nie stoi w miejscu, lecz nieustannie się przemieszcza, np. ogrzane, ciepłe powietrze, które ma mniejszą gęstość od powietrza chłodniejszego (i dzięki temu jest od niego lżejsze), wędruje do góry. Dotarłszy do chłodniejszych rejonów atmosfery, zawarta w powietrzu para wodna mocno się ochładza i skrapla. Z tak powstałych drobnych kropelek wody powstaje chmura. Czy to jednak oznacza, że prędzej czy później pod wpływem siły grawitacji wszystkie te krople spadną na ziemię w postaci deszczu? Nie do końca, ponieważ choć siła grawitacji ma tutaj w rzeczy samej ogromne znaczenie, to jednak równie ważną rolę pełni skierowana ku górze siła wyporu – ta, którą część z nas pamięta z lekcji o prawie Archimedesa. Na ogół kropelki wody lub kryształki lodu tworzące chmurę są zbyt małe i lekkie, by grawitacja mogła wygrać z siłą wyporu powietrza. Deszcz spadnie wówczas, gdy krople znajdą sposób, by porządnie spęcznieć. I nie wystarczy, że po prostu zaczną się ze sobą łączyć, o nie! Tutaj potrzeba czegoś więcej – naukowcy nazywają to coś jądrami nukleacji. Doskonale rolę tę pełnią drobne cząstki ciał stałych, np. kryształki lodu bądź cząstki pyłu zawieszonego w powietrzu, do których kropelki wody się przyczepiają i dzięki którym mogą się skutecznie łączyć dopóty, dopóki nie staną się wystarczająco pękate i ciężkie, by hurtowo opaść na powierzchnię ziemi.

W latach 30. i 40. XX wieku w laboratorium GE pracował Vincent Schaefer. Urodzony w 1906 roku w ubogiej rodzinie Schaefer nie skończył nawet szkoły średniej – zmusiła go do tego smutna proza życia i konieczność pomocy rodzicom w opłacaniu rachunków. Z Vincenta był bardzo łebski facet, więc chyba niewiele było rzeczy, które mogły go zatrzymać. W General Electric zaczynał jako modelarz i maszynista – zajęcia te jednak szybko zaczęły go nudzić. Miał szczęście, że na swej drodze spotkał Langmuira, który miał nosa do utalentowanych ludzi – pamiętamy przecież, że nieco ponad 20 lat wcześniej zatrudnił młodziutką, nieopierzoną absolwentkę fizyki, pannę Burr Blodgett. Pod wpływem Langmuira Vincent na własną rękę zgłębiał tajniki chemii i fizyki – w latach 30. wraz z Langmuirem i Blodgett, jako pełnoprawny badacz pracował nad technikami wytwarzania monowarstw; wspólnie z Katharine opatentował dwa wynalazki, w późniejszych latach uzyskał kolejne 12 patentów. W 1946 roku na polecenie swojego mentora Vincent zaczął badać zjawiska pogodowe. Najpierw było…

…chuchanie do zamrażarki 

Zamrażarkę kupił Schaefer. I to Schaefer do niej chuchał, wprowadzając wilgoć, która oczywiście natychmiast się schładzała. To jednak nie wystarczyło, by wytworzyć jakiekolwiek „zmiany” pogody w zamrażarce. Istotny przełom nastąpił, gdy Schaefer przypadkiem wrzucił do zamrażarki nieco suchego lodu (zestalonego dwutlenku węgla). Suchy lód ma słuszną temperaturę -73 stopni Celsjusza, więc kiedy Vincent niechcący sypnął lodowymi ziarenkami, w jego zamrażarce rozpętała się miniaturowa zamieć śnieżna. Niedługo potem panowie postanowili przetestować swoje odkrycie wysoko nad ziemią. Udał się tam, w małym samolocie, nieustraszony Vincent, zaopatrzony w trzy kilogramy granulek suchego lodu. Kiedy samolot wleciał w chmurę, Schaefer wyrzucił lód, a niedługo potem, a jakże, śnieg faktycznie zaczął padać. 

Na tym zdjęciu, od lewej, stoi Irving Langmuir, obok niego - Bernard Vonnegut. Vincent Schaefer chucha do zamrażarki. Fotografia ze zbiorów Museum of Innovation and Science Schenectady

Po pierwszej euforii zespół pracował dalej – dalsze poszukiwania skutecznego związku chemicznego, za pomocą którego badania nad wywoływaniem deszczu miały wkroczyć na nowe tory, Irving zlecił drugiemu ze swoich dzielnych asystentów – Bernardowi Vonnegutowi. To nazwisko na pewno brzmi znajomo dla wszystkich tych, którzy czytali przynajmniej jedną powieść chyba dzisiaj już nieco w Polsce zapomnianego amerykańskiego pisarza Kurta Vonneguta – pamiętam, że za moich studenckich czasów, czyli na początku lat 90. ubiegłego stulecia, jego powieści były bardzo popularne. (Kiedy kończyłam liceum absolutnie nie wypadało nie przeczytać Kociej kołyski lub Rzeźni numer pięć. Do tej pierwszej jeszcze w tym artykule wrócę).  Kurt Vonnegut był młodszym bratem Bernarda i pracował w GE w biurze prasowym, więc siłą rzeczy zainteresował się tym, nad czym pracował brat. Bernard szukał, szukał, i w końcu znalazł – jodek srebra. Według wstępnych testów to właśnie ten związek chemiczny świetnie się sprawdzał w roli wspomnianych wyżej jąder nukleacji.

Wstępne testy przeobraziły się w całkiem poważne, szczodrze finansowane przez rząd przedsięwzięcie, które otrzymało nazwę Projekt Cirrus. Choć co do zasadności i skuteczności zasiewania chmur już wtedy wielu meteorologów miało poważne zastrzeżenia, projekt trwał pięć lat, podczas których wojskowe samoloty latały nad różnymi częściami USA i wysypywały przeróżne substancje, ze zwykłą solą kuchenną włącznie, by wywoływać deszcz. Podważenie obiecywanych przez pomysłodawców projektu rzekomych rewelacyjnych efektów manipulowania pogodą musiało zająć bardzo długi czas.  I choć Projekt Cirrus wygasł w 1952 roku, to marzenia charyzmatycznego Langmuira pozostały żywe jeszcze długo po jego śmierci (uczony zmarł w 1957 roku).

Make mud, not war 

W drugiej połowie lat 60. XX wieku, podczas wojny w Wietnamie, kilku amerykańskich oficerów wpadło na pomysł użycia …. broni pogodowej. Ponieważ od maja do września nad Indochinami padają monsunowe deszcze, wojskowi wymyślili, że można by zwiększyć intensywność monsunów, a wtedy wietnamskie drogi, w tym najważniejszy dla zaopatrzenia Wietkongu słynny szlak Ho Chi Minha zamieni się w całkowicie nieprzejezdne bagno, przez dużą część roku uniemożliwiając działania północnowietnamskich wojsk. Projekt zyskał nazwę Popeye, a przyświecające mu hasło Make mud, not war (Rób błoto, zamiast prowadzić wojnę) brzmiało chyba zbyt pięknie, by mogło być prawdziwe. Projekt kosztował dużo, a jego skuteczność była wątpliwa. Po kilku latach, na początku lat 70., wycofano wsparcie finansowe zarówno dla tego, jak i dla podobnych, cywilnych przedsięwzięć manipulowania pogodą mającym na celu zapobieganie suszom.

Na koniec słów kilka o pewnej kołysce 

Tak subiektywnie mówiąc, podziwiam Irvinga Langmuira. Za jego wybitny umysł, za pionierskie, imponujące dokonania naukowe; za to, że dawał szansę utalentowanym ludziom, stwarzając dla nich przestrzeń do samodzielnych badań w swoim laboratorium. Wciąż mam ochotę zdecydowanie więcej się o nim dowiedzieć. Jego wieloletnie zaangażowanie w pomysły manipulowania pogodą i dość osobliwe, kosztowne eksperymenty mogą zdumiewać, lecz nie był to jedyny uznany i nagradzany naukowiec w historii, który w pewnym momencie swojej kariery  poświęcał wiele uwagi nie do końca realistycznym przedsięwzięciom. Jego marzenia się nie spełniły – człowiek nie jest w stanie zapanować nad wszystkimi siłami natury. Choć może się mylę – może całkiem niedługo nauczymy się sprawiać, że deszcze będą padać na zawołanie tam, gdzie panują susze, a przestaną padać tam, gdzie ludzie borykają się z powodziami.

Nieco wcześniej wspominałam o pisarzu Kurcie Vonnegucie – w powieści Kocia kołyska występuje Felix Hoenikker, genialny naukowiec, laureat Nagrody Nobla i współtwórca bomby atomowej. Hoenikker to także wynalazca substancji o nazwie Lód-9, która może zamieniać wodę w lód w temperaturze pokojowej. W nieodpowiedzialnych rękach substancja może się wymknąć spod kontroli i spowodować…. – a zresztą, przeczytajcie powieść. I tak, zgadliście, inspiracją dla postaci Hoenikkera był nie kto inny jak Irving Langmuir.

Pisząc artykuł opierałam się na świetnej książce Sama Keana Ostatni oddech Cezara oraz artykule autorstwa Tomasa Kellnera Cool Science: How Kurt Vonnegut’s Brother Tried to Break Up Hurricanes. Jeśli chcecie dowiedzieć się znacznie więcej o eksperymentach z zasiewaniem chmur i wielu innych fascynujących faktach z historii badań nad gazami, koniecznie zajrzyjcie do tej książki: