Инженеры создали «облако в коробке» для изучения штормов и дождей
Исследователи Брукхейвенской национальной лаборатории Министерства энергетики США впервые наблюдали образование облака в полностью контролируемых условиях.
Специалисты по атмосфере и инженеры наблюдали, как крошечные светящиеся частицы превращались в дымку, а затем в едва заметное облако внутри кубической конвекционной камеры.
«Мы стали свидетелями рождения облака. В тот момент царили волнение, радость и облегчение. Излишне говорить, что после этого мы точно не затихли», — поделился Артур Седлачек, специалист по атмосферным явлениям
Камера позволяет изучать физику облаков, которые остаются одной из главных неопределенностей в моделировании погоды. Она дает возможность исследовать образование капель дождя в теплых облаках, выясняя, почему в одних облаках идут осадки, а в других — нет.
Как формируется «облако в коробке»
Камера Вильсона представляет собой кубический метр с отдельными панелями для нагрева и охлаждения. На нижнюю плиту подается вода, которая испаряется, создавая влажный воздух. Верхняя панель охлаждает воздух, вызывая конвекцию — движение теплого и холодного воздуха. В среду вводят мелкие аэрозоли, например, частицы соли, которые служат ядрами для конденсации. На них оседает водяной пар, формируя облачные капли.
«Для образования облаков необходима влажность выше 100 % — это состояние мы называем пересыщением. Камера позволяет поддерживать турбулентное облако в стационарном состоянии несколько часов, что дает возможность повторять измерения и получать надежные данные», — объясняет Седлачек.
Измерения без вмешательства
Команда использует оптические методы для наблюдения за облаками, не нарушая их структуру. Аэрозоли помечают флуоресцентным красителем, затем подсвечивают лазером. Для отслеживания мороси и капель используется терагерцовый радар, а структура облака исследуется лидаром с высоким разрешением.
«Мы хотим видеть превращение аэрозолей в капли без установки приборов внутри камеры, чтобы не нарушать поток воздуха», — уточняет Седлачек.
Командная работа и опыт
Создание камеры потребовало сотрудничества ученых, инженеров и вспомогательного персонала.
«Это был итеративный процесс. Мы дорабатывали конструкцию, учитывая требования ученых, и в итоге получили удобную и надежную систему», — говорит инженер Натаниэль Спиис-Мойер.
Инженеры изготовили многие компоненты своими силами, что позволило снизить расходы и гибко менять конструкцию. Конни-Роуз Дин отмечает, что энтузиазм всей команды был ключом к успеху. Профессор Рэймонд Шоу подчеркивает, что лабораторные эксперименты дают уникальные данные о взаимодействии аэрозолей и облачных частиц, которые невозможно получить в полевых условиях.
Камера Вильсона открывает возможности не только для изучения облаков, но и для исследования влияния атмосферы на энергетические и информационные системы, перемещения микроорганизмов и пыльцы.
«Среда внутри камеры позволяет экспериментировать с разными условиями, и мы готовы рассматривать нестандартные идеи для исследований, — говорит Седлачек. — Это уникальная возможность для будущих проектов».