4. Физика моря

Хронологически следующие за работой по радиоактивности снега две публикации Курчатова посвящены физике моря. Над ними он работал в Крыму, в Феодосии. Здесь снова напрашивается сопоставление с непродолжительным, но поистине героическим эпизодом в его биографии, когда сразу же после начала Великой Отечественной войны Игорь Васильевич на полгода целиком отдал себя работам по размагничиванию кораблей. Наиболее напряженно эти работы проводились в августе-ноябре 1941 г. в Севастополе, и мы расскажем о них позднее (см. гл. 7). А сейчас остановимся на исследованиях, проводившихся Курчатовым летом и осенью 1924 г. Его жизнь в Феодосии, в Гидрометеорологическом бюро Черного и Азовского морей, где он работал в качестве инспектора, описана в книге П. Т. Асташенкова [2]. Поехал он на станцию по рекомендации проф. Н. Н. Калитина, знавшего его по ММО, и провел там три месяца. Возвращение в Крым было тем более привлекательным для Курчатова, что это была его вторая родина, там он мог повидаться с родными.

Осенью 1924 г. Игорю Васильевичу не было еще и 22 лет. Приехав в Феодосию, он должен был ознакомиться с совершенно новой областью науки, с характерными для нее экспериментальными методами и приборами, предназначенными для изучения физики и динамики моря, и математической теорией обработки наблюдений над изменениями уровня водной поверхности - гармоническим анализом, разработанным как раз для этих целей лордом Кельвиным в развитие идей Лапласа. Все эти вопросы весьма сложны, а для их изучения у Курчатова было так мало времени! В его обязанности входило ежедневное снятие показаний со специальных приборов. Оно было сопряжено с романтическими выходами в море на приданной Гиместанции моторной лодке. В результате для штудирования книг по теории приливов и морских волн, по математике оставались только вечера. Тем более удивительно, что Игорь Васильевич всем этим арсеналом знаний не только успел овладеть, но и выполнил исследование приливов и отливов в Черном море и сейшей - в Черном и Азовском морях [5, 6 и 7, с. 382-391]. И все это за три месяца!

В первой работе [5] изложены результаты обработки методом гармонического анализа записей колебаний уровня воды в Черном море. Такого рода записи велись мареографами - приборами, регистрирующими с помощью самописцев подъемы и опускания уровня воды. Самописец, механически связанный с реагирующим на эти изменения поплавком, вычерчивал на барабане, вращаемом часовым механизмом, сложную кривую. В замкнутых морях или других крупных водных бассейнах лунные и солнечные приливы имеют относительно небольшую амплитуду в сравнении с величиной амплитуды волн, раскачиваемых под влиянием метеорологических факторов, и с гигантским ее значением в океанах. Именно это обстоятельство ставило под сомнение само существование приливных волн для Черного моря, которое в начале XX в. вообще отрицалось. И. В. Курчатов тщательно обработал данные записей мареографов с января по сентябрь 1920 г.

Из причудливых зубчатых кривых, снятых мареографами, молодому воспитаннику Крымского университета удалось выделить лунные и солнечные составляющие приливов, амплитуда которых оказалась равной всего нескольким миллиметрам. Этому не следует удивляться - от гигантских океанских приливов Черное море ограждено узкими проливами и Средиземным морем.

В следующей работе Курчатова [6], выполненной в Феодосии, исследовались специфические волнообразные процессы коротких периодов, не связанные прямым образом (в отличие от океанских или морских приливов) с влиянием небесных тел и имеющие характер стоячих волн. Такого рода колебания уровня воды получили название сейшей. Они характерны для озер (впервые наблюдались в Швейцарии), бухт, заливов. Рассмотрев мареограммы, снятые в расположенном на берегу Азовского моря г. Ейске, Курчатов сопоставил их с аналогичными кривыми, полученными у г. Темрюка, и установил их сейшеобразный характер. Для расчета параметров сейшей он использовал формулу, выведенную японскими исследователями для суженного в середине замкнутого бассейна - такое сужение в Азовском море "реализовалось" косой Долгой; Ейск и Темрюк находятся по разные ее стороны. При этом Игорем Васильевичем было получено хорошее соответствие с экспериментально наблюдавшимися значениями периода и амплитуды сейшей.

Еще более примечательно проведенное в этой же статье Курчатовым изучение сейшей Черного моря. Здесь им были изучены мареограммы, снятые в Одессе и Поти, лежащих на противоположных концах Черного моря. Особенно показательны были записи мареографов от 7 октября 1924 г. Их прямое рассмотрение показало, что соответствующие изменения уровня суть проявление "вынужденных сейшей" - колебаний, частота которых находится в резонансе с частотой собственных колебаний бассейна моря. Мы не имеем возможности привести сколько-нибудь подробное объяснение этих вопросов и ограничимся указанием, что моделью вынужденных сейшей может служить стакан с водой. При определенных условиях вода в нем начнет колебаться таким образом, что ее уровень на средней линии (диаметре) остается неизменным (нулевым), в то время как противоположные секторы колеблются в противофазе. Заметим, что успешное изучение приливов и сейшей проводилось и проводится с помощью специально изготовляемых моделей озер, заливов, морей.

Рис. 1. Колебания уровня воды в Одессе (1) и Поти (2), по данным мареографов за 7-16 октября 1924 г.

Обзор гидрологических исследований Игоря Васильевича закончим цитатой из выдержавшей несколько изданий научно-популярной книги акад. В. В. Шулейкина "Очерки по физике моря": "Колебания уровня Черного моря изучались на нескольких станциях Скворцовым, Орловым, Малиновским и Курчатовым. Последнему из названных авторов удалось обнаружить несомненную связь между этими колебаниями и движением Луны, но только характер колебаний отличается здесь от приливов в океане в том отношении, что вся вода Черного моря колеблется как вода, налитая в таз, которому сообщили толчок. В то время как уровень поднимается у одного "берега" таза, он опускается у другого. Где-то посередине проходит так называемая узловая линия, на которой частицы воды лежат неподвижно.

Исследования (И. В. Курчатова,- А. Г., В. Ф.) показывают, что подобное колебание всей массы воды в целом происходит в Черном море, причем "раскачивание" его производится Луной. На рис. 1 воспроизведены кривые колебания уровня в двух пунктах, лежащих на противоположных концах моря (в Одессе и Поти,- А. Г., В. Ф). И та и другая относятся к одному и тому же времени

Рис. 2. Колебания уровня воды в Ейске (1) и Темрюке (2), но данным, снятым с мареографов 20 июня 1924 г.

При первом же взгляде на рисунок видно, что повышение уровня у одного берега происходит одновременно с понижением у другого берега - противоположного (...). Подобного рода колебания называют сейшами. Они могут часто возникать и под влиянием резкого изменения атмосферного давления в какой-нибудь одной части моря" [8, с. 236].

Рисунок из статьи Курчатова воспроизведен В. В. Шулейкиным также и во всех изданиях его двухтомной "Физики моря" [9, с. 154]; рис. 2 из этой же статьи Игоря Васильевича поместил в свою книгу "Динамика моря" В. А. Березкин [10, с. 96]. Как указывает П. Асташенков, работы Курчатова ценил и помнил видный советский полярный исследователь В. Ю. Визе. Быть может, стоит специально подчеркнуть, что эти высокие оценки работы Курчатова были сделаны в середине 30-х годов, когда его известность ограничивалась сравнительно узким кругом коллег-физиков. Таким образом, его работы представляли интерес сами по себе, а не как забавная деталь творческой биографии одного из крупнейших физиков нашей страны, завоевавшего себе признание исследованиями в далекой от физики моря области ядерной финки.

Приведенные данные свидетельствуют о недюжинном иследовательском таланте Игоря Васильевича, проявившемся на самой заре его научной деятельности. Сложись его судьба иначе, он мог бы стать выдающимся гидрологом!