Игры разума Желтые резиновые уточки и другие научные эксперименты

В понедельник, 22 декабря, на Ленте.Ру появилось сообщение о том, что американское космическое агентство (NASA) потеряло в Гренландии 90 желтых резиновых уточек. Новость стала невероятно популярной в рунете (к среде число уточек даже выросло до 95). Резиновые уточки - это, безусловно, смешно. Но еще смешнее, что с их помощью исследователи выполняют вполне серьезную научную работу.

Обычно люди представляют себе ученых как очень серьезных и заумных людей, которым не до шуток (хотя у многих из них прекрасное чувство юмора). Зачем тогда эти серьезные люди используют в своих экспериментах игрушки?

Ответ на этот вопрос очень прост: затем же, зачем их используют дети. "Обычные" игрушки являются весьма простыми объектами, на которых очень легко проверять различные принципы и законы. Как и для детей, игрушки для ученых являются моделями реальных вещей. А иногда игрушка является просто удачным объектом, который хорошо подходит для решения конкретной задачи. Именно этим соображением руководствовались авторы эксперимента с уточками.

Коварный ледник

Цель этого опыта была более чем важной - понять, как глобальное потепление скажется на ледниках Гренландии. В связи с повышением температуры на Земле было отмечено ускорение таяния ледников. Талая вода уходит с поверхности через образующиеся в толще льда отверстия. Просачиваясь между ледяными глыбами, вода может "смазывать" их поверхность, облегчая скольжение глыб друг относительно друга и их сползание в океан.

Вероятно, на решение использовать резиновых уточек ученых из NASA вдохновила история, получившая название "Дружелюбные пловцы". В 1992 году судно, перевозившее контейнеры с резиновыми игрушками, попало в шторм, и груз смыло в океан. Один из контейнеров, содержавший больше 28 тысяч зеленых лягушек, красных бобров, желтых уточек(sic!) и синих черепах, открылся. Игрушки, у которых, в отличие от большинства подобных изделий, не было характерного отверстия для воздуха, остались на плаву. Несколько океанографов начали следить за перемещениями флотилии и по результатам наблюдения составили подробную карту океанических течений.

До настоящего времени ученым неясно, как именно вода покидает ледник. Уточки как раз и должны были исследовать подледные пути ее перемещений. В сентябре исследователи спустили 90 уточек в отверстие в гренландском леднике Якобсхавн (Jakobshavn). Игрушки для ванной были выбраны по двум причинам. Во-первых, они обладают хорошей плавучестью, а во-вторых, устойчивы к низким температурам. Ток талой воды должен был вынести уточек в океан. Место их появления соответствовало бы выходу подледного канала. Исследователи надеялись, что ярких желтых уточек будет легко заметить на фоне воды и льда, однако до сих пор ни одна из них не выплыла. Возможно, уточек зажало между льдинами или они сели на мель.

В любом случае, ученые не теряют надежды найти свои игрушки. На тот случай, если моряки или туристы обнаружат желтую резиновую уточку NASA, на ее спине размещена наклейка с адресом электронной почты, куда можно будет отправить сообщение о находке. За каждую уточку американское космическое агентство обещает 100 долларов (цена одной уточки в магазине - 2 доллара).

Игрушки против мертвой воды

Еще одной игрушкой, послужившей на благо науке, стала маленькая пластмассовая лодка. С ее помощью исследователи из Италии и Франции смогли в деталях изучить механизм проявления эффекта мертвой воды. Это свойство холодных морей впервые было описано в 1893 году полярником Фритьофом Нансеном. Путешествуя по Баренцеву морю, Нансен обратил внимание, что, несмотря на отсутствие волн, в некоторых местах его корабль замедлял движение или останавливался.

Еще одной областью, где игрушки оказались востребованы, стало образование. Для демонстрации свойств микрогравитации участники экспедиции шаттла "Дискавери" в 1985 году проводили различные опыты с игрушками и записывали происходящее на видео. Школьники повторяли те же опыты на Земле. Проект под названием Toys in Space ("Игрушки в космосе") оказался очень успешным и был повторен экипажем шаттла "Индевор" в 1993 году.

Позднее ученые выяснили, что недружелюбие холодных морей связано с наличием в воде нескольких слоев (сверху находится менее плотная пресная вода, а снизу - более плотная соленая). При движении корабля во внутреннем слое возникает волна, которая со временем догоняет корабль и тормозит его. Понимание физической природы этого явления не очень помогло ученым в его математическом представлении. Гидродинамические уравнения, описывающие, в частности, возникновение волн, являются чрезвычайно сложными. За доказательства того, что у этих уравнений существуют решения, Институт Клэя предложил приз в миллион долларов.

Чтобы все-таки разобраться с мертвой водой, ученые воспользовались лодочкой. Пустив ее в плавание в резервуар с прозрачными стенками, содержащий жидкости разного цвета и разной плотности, исследователи смогли заснять на видео процесс образования волны и детально изучить его. Это "игрушечное" исследование сможет помочь океанологам понять динамические свойства океана, а экологам - предсказать, как будут перераспределяться в воде попавшие туда загрязняющие вещества.

На простых объектах удобно изучать сложные принципы или моделировать хитрые природные явления. Но бывает и наоборот. Современные игрушки стали такими "навороченными", что их вполне можно использовать как полноценные научные установки. Что и сделали астрофизики из университетов Алабамы и Массачусетса. Из 16 консолей Sony PlayStation 3 они собрали самый настоящий суперкомпьютер, который использовали для моделирования изменений черных дыр при поглощении материи. Просчитывание этого процесса требует огромных вычислительных мощностей, а аренда суперкомпьютера в одном из вычислительных центров обошлась бы ученым в пять тысяч долларов за один прогон.

На создание собственного суперкомпьютера из игровых приставок у американских ученых ушло шесть тысяч долларов. Исследователи уже проанализировали с его помощью десятки вариантов своей модели, использовав различные значения параметров. Статья с результатами работы вышла в журнале Classical and Quantum Gravity.

Так что не стоит думать, что когда научные сотрудники хватаются за игрушки - они впадают в детство. Иногда игрушки - это оптимальный инструмент для опытов. Кроме того, новости об игрушечных экспериментах обязательно становятся хитами. Что тоже само по себе очень полезно для науки.