Техника - молодёжи 1947-06, страница 32

11 редвыч неленив приливое

Для пред вычисления приливов машина уже построена. Но для этого надо было сначала понять, что такое приливы.

Задачу о приливах решали н великий физик Ньютон, и Лаплас, и Джордж Дарвин —сын Чарльза Дарвина.

Деталь за деталью разобрали ученые, вычертили и рассчитали сложный механизм приливов, в котором общей работой связаны солнце, земля и луна.

Три великана борются между собой за мировой океан. Кто перетянет?

Солнце сильнее всех, но оно далеко. Луна ближе, она тянет сильнее. Но земля еще ближе, она и перетягивает.

И все-таки луне и солнцу удается оттянуть к себе океан на несколько метров. Там, где океан поднимается, волна прилива затопляет берег. А где рубашка стянута с тела земли, там обнажается дно.

Все это было бы еще не так сложно, если бы солнце, луна и: земля стояли неподвижно на месте. Но они меняют свои места, и океану «приходится к ним приноравливаться. Да к тому же океан не свободен — он не может не считаться с линией берега, с глубиной, со всякими преградами.

И вот вся игра оказывается такой сложной, что каждый новый прилив отличается от предыдущих. У задачи о приливах не одно, а много решений.

Сколько веков ученые решали эту задачу! А ее и сейчас приходится заново решать в каждом порту. Капитанам кораблей надо знать, какой высоты и когда будет прилив. Приливы приходится рассчитывать заранее-—составлять их расписание на целый год. И на один этот расчет уходит два или даже три месяна. Человеческой голове трудно справиться с такими расчетами. Но человек сумел придумать машину, которая считает лучше, чем он сам.

Машина для предвычнсления приливов производит весь расчет в два дня. Это такая дорогая и сложная машина, что не только в каждом порту, но и не в кажась! стране ее найдешь.

Как же должна быть сложна вся жизнь планеты, если даже одну ее маленькую деталь так трудно понять и рассчитать! И несколько труднее было бы построить счетную машину, которая предвычисляла бы не только приливы, но я дожди, и ветры, и бури, и наводнения!

Когда ученый исследует природу, он пользуется тремя инструментами: наблюдением, экспериментом и теорией.

С дней своего детства метеорология только н делает, что смотрит и наблюдает Сейчас она принимается также и за опыты. Я видел в Главной геофизической обсерватории «камеру туманов» — башню, в которой туман создают и рассеивают по желанию.

И математикой метеорология тоже начинает пользоваться все чаще и увереннее. Конечно, и прежде метеорологи считали, они вечно имели дело с цифрами. Но только теперь они пробуют не только предсказывать, но и предвычис-лять погоду.

Предвычпелеппе погоды

Многие считали это невозможным. Ведь машина планеты —это сложная машина. Если принять в расчет все те детали, то формулы и уравнения получатся такие громоздкие и запутанные, что даже у самого опытного математика опустятся руки. Ученый Кошмидер пишет, что тут приходится иметь дело «с непреодолимыми математическими трудностями».

Английский ученый Дуглас спрашивает в одной из своих статей: «Насколько можно будет когда-либо прилагать математику к предсказанию погоды?», и отвечает, «что практика прогноза в настоящее время создает доволь но-таки пессимистический взгляд на это».

Еще в 20-х годах английский метеоролог Ричардсон составил такую систему уравнений, по которой можно было рассчитывать погоду на завтра. Но когда он пробовал эти уравнения решать, оказалось, что для расчета на один день нужен по крайней мере год времени.

Что бы вы сказали о поваре, который потребовал бы год времени для того, чтобы приготовить завтрашний обед?

Работали над задачей о погоде и у нас. В 1919 году в Главной геофизической обсерватории был для этого создан даже специальный отдел.

Прежде чем взяться за пред вы числение погоды, наши ученые —проф. А. А. Фридман, Н. Е. Кочин и др. — решили сначала заняться физикой погоды. Ведь сама по себе математика — без физики — ничем тут помочь не может.

Наши ученые рассуждают так: «При помощи законов, добытых из механики, астроном предсказывает движение планет, артиллерист вычисляет траектории снарядов. Механика жидкостей и газов— гидромеханика — позволяет предсказать приливы н отливы, рассчитать плотину, показать, какая должна быть форма крыла самолета, лопатки турбины. Почему же -нельзя использовать механику и для расчетов погоды?»

Я взял эти слова из статьи проф. И. А. Кибеля, который занялся задачей о погоде вслед за Фридманом и Кочи-ным.

Проф. Кибель вспоминает © своей статье Кошмидера, Дугласа и пр., которые доказывали, что решить задачу о погоде невозможно. «Послушаешь этих авторов — и кажется, что страшилище о трех головах охраняет входы к этой задаче».

Что же это за три головы?

Первая голова: «Можно просто растеряться в огромной пестроте начальных физических данных»—-так пишет Кибель.

Всякая задача начинается со слов «дано»: дано то-то, требуется найти то-то. В задаче о завтрашней погоде даны сегодняшние: температура, давление, влажность, ветер и пр. и пр., да притом еще в тысячах мест, на земле и над землей, утром, вечером, ночью...

Иногда бывает, что задачу трудно решить, потому что мало данных. Тут данных слишком много.

Вторая голова страшилища: «Невозможно решить общую систему уравнений гидромеханики».

Третья голова страшилища: «Если бы даже решение и было получено в общем виде, то вычислительная работа для каждого отдельного случая была бы колоссальна».

Год времени на вычисление завтрашней шгоды —это действительно многовато!

Задача была в том, чтобы упростить задачу. А это-то к оказалось самым сложным.

Но проф. Кибель, продолжая дело самих предшественников, смело вступил в бой с трехглавым страшилищем.

Прежде всего надо найти средство против пестроты и обилия начальных данных.

На синоптической карте было множество точек, и в каждой точке была своя температура, свой ветер.

Проф. Кибель решил брать для расчета не температуру точки, а среднюю

температуру некоторой области, не мгновенный ветер, а средний ветер за какое* то время и в каком-то районе.

FlecTpofa объясняется еше тем, что на станциях погоду наблюдают около земля. А земля не везде одинакова. В одном месте —песок, там земля сильнее нагре* вается солнцем. В другом месте лес или болото, там прохладнее. Теплые и холодные струи воздуха 'перемешиваются, образуя -вихри, делают картину погоды мозаичной, пестрой.

А повыше над землей, на высоте в километр, в полтора, картина гораздо проще, спокойнее. Значит, чтобы упростить задачу, надо брать для расчета не приземный слой, а тот, который повыше.

, Проф. Кибель так и поступил. Ок облек все это в математическую форму. И оказалось, что пестрота исчезла: «У страшилища осталось только 2 головы».

Теперь надо было приниматься за решение системы уравнений. Но это было безнадежное предприятие. Тут все усложнялось трением воздуха о землю и нагреванием его от земли.

Проф. Кибель вспомнил, что в гидромеханике часто приходится иметь дело с потоками воды, бегущими по трубе. Там тоже расчетам мешает трение о стенки и нагревание от стенок. Ученый Прандтль нашел способ упрощать задачу, когда речь шла о трубах или каналах. Так нельзя ли этим же способом упростить и задачу о воздушных потоках?

Тут нижняя стенка — земля. Верхняя — стратосфера.

Проф. Кибель воспользовался способом Прандтля, и уравнения стали проще. Но они были еще слишком сложны. Мешало то, что все масштабы в задаче были очень мелки.

Решено было принять за единицу времени — сугки, за единицу длины — 500 километров.

И вот, наконец, уравнения стали поддаваться решению.

Я не могу рассказывать . о том, как проф. Кибель решал свои уравнения. Это все равно, что рассказывать музыкальное произведение.

И вот уравнения решены. Получены формулы, позволяющие по сегодняшней погоде предсказать завтрашнюю.

Вам сообщили по радио или телеграфу температуру и давление, измеренные сегодня в 7 часов утра наблюдателями иа станциях и радиозондами в воздухе. Подставляя эти данные в формулы, вы вычисляете, какие будут завтра на земле и над землей температуры, давление, ветер, вертикальные токи воздуха.

Но страшилище все еше не побеждено: у него осталась одна, последняя голова. Чтобы отсечь и эту голову, надо было «устранить последнее препятствие—«привести формулы к такому виду, чтобы можно было не просто считать, а быстро считать».

Проф. Кибелю удалось добиться и этого, упростив формулы. Там, где Ричардсону нужен был год, Кибелю довольно было и получаса.

Так была решена одна из самых трудных задач науки — задача о завтрашней погоде, или, вернее, о завтрашних температуре, давлении и ветре.

Сейчас в Центральном институте прогнозов рядом с синоптиками работают и пред вычислители. По оправдывае-мости прогнозов предвычислители уже почти догнали синоптиков.

Результаты будут еще лучше, когда у нас в стране будет больше аэрологических станций, больше радиозондовых наблюдений.

(Продолжение следует)

30