Невежественные счастливчики на самом дне Земли
Однажды днем в феврале 2000 года, после долгого дня бурения, мы с Брюсом Кочи сидели на песке в кратере вулкана на вершине Килиманджаро на высоте 5600 метров.
Мы сидели, прислонившись спиной к рюкзакам, и смотрели на закат, пока Кочи вспоминал свою карьеру.
«Я занимаюсь этим бизнесом не для того, чтобы быть бурильщиком.
Я ненавижу автомобили.
Возможно, я один из немногих инженеров в мире, которые относятся к ним так.
Я ненавижу их.
Те редкие случаи гнева, которые случались со мной, были вызваны машинами, которые не делали того, что должны были делать».
«Я делаю это из-за опыта.
Я был каякером, затем бросил работу в хорошей аэрокосмической компании и решил заняться наукой об окружающей среде, а затем снова вернулся к инженерному делу.
гляциология , начиная с Миннесоты.
Я всегда куда-то иду только из-за самого места, а не из-за бурения.
Я сделаю все возможное, чтобы бурение прошло хорошо, потому что это означает, что я могу поехать в другое подходящее место».
Лаборатория Кубик льда на антарктической станции Амундсен-Скотт. Это детектор частиц, который ищет нейтрино, исходящие от самых ярких астрофизических источников — взрывающихся звезд, гамма-всплесков, катаклизмов с участием черных дыр и нейтронных звезд. Раньше там был детектор АМАНДА .
У него не было ученой степени по гляциологии, и он вспоминает, что «время у него заканчивалось очень быстро, когда внезапно мне позвонили и сообщили, что Университет Небраски-Линкольн ищет человека с инженерной степенью, который разбирается в гляциологии.
позвонил им, они наняли меня по телефону в середине октября, и через две недели я уже сидел в самолете, летящем в Шельфовый ледник Росса .
Шельфовый ледник Росса плавает на поверхности моря рядом с Антарктическая станция МакМердо и обеспечивает стабильную платформу для аэродрома станции Уильямс Филд. Это самое большое плавучее ледяное тело на планете, сравнимое по размерам с Францией.
Брюс впервые был там антарктическим летом 1977-1978 годов.
Университет Небраски-Линкольн получил контракт от Национального научного фонда на бурение 200-футового шельфового ледника, чтобы группа ученых могла изучить скрытый под ним океан.
Служил дрелью струя пламени , используемый в горнодобывающей промышленности для резки кристаллического камня.
Он состоял из двух компрессоров массой 4,5 тонны, подающих воздух под давлением 70 атмосфер в модифицированный реактивный двигатель — по сути, гигантскую горелку Бунзена — опущенную в колодец с мутной водой, извергающей пламя и несгоревшее дизельное топливо.
«Ну, — сказал Брюс, — он издает ужасный шум».
Много шума, много дыма, много грязи.
Но она довольно быстро пробурила шельфовый ледник.
В результате получилась дыра диаметром около 45 см, поэтому учёные смогли опустить туда свои штуковины и провести свои эксперименты».
В последующее десятилетие он помогал гляциологу Чарли Бентли из Университета Висконсин-Мэдисон пробурить десятки маленьких лунок с помощью бура с горячей водой — по сути, гигантского садового шланга — в различных частях Антарктиды, чтобы Бентли мог затем бросить в ямы динамит. и проводить сейсмические эксперименты.
Он овладел сложным искусством бурения ледяные керны , в котором полая трубка-сверло с гладкими внутренними стенками, резьбой снаружи и острыми зубьями внизу периодически погружается в лед, чтобы вырезать сегменты и вытягивать их вверх по метру.
Он пробурил ледяные керны в Гренландии и во многих местах Антарктиды, в том числе на полюсе, а также нашел время для изобретения высотного бурения ледяных кернов.
К весне 1990 года Брюс стал одним из лучших специалистов.
Он участвовал в трех десятках буровых экспедиций и был лучшим на планете специалистом-практиком по бурению льда всех его видов.
Когда директор Департамента полярных ледяных кернов США Джон Келли подошел к Брюсу и спросил, не будет ли он заинтересован в том, чтобы помочь группе физиков просверлить несколько дыр в Гренландии для изучения возможности строительства нейтринного телескопа на Южном полюсе, он ухватился за этот шанс.
"Конечно!" - он вспоминает свои слова.
«Это самый интересный проект, о котором я когда-либо слышал! Если понадобится, я не буду спать и буду работать ночью».
В августе 1990 года Боб Морс, физик из Университета Висконсина, и Том Миллер, выпускник Калифорнийского университета в Беркли, отправились в Гренландию, чтобы провести первую подледную ловлю мюонов.
Их рыболовные снасти состояли из трех фотоумножители , полученный Морсом.
Датчик опущен в лунку во льду
Брюс подготовил скважину, которую пробурил прошлым летом.
Поскольку дыры во льду разрушаются под давлением льда, он пробурил их на глубину 217 метров.
Физики опустили туда леску и провели первую часть измерений.
Затем они решили, что хотят улучшить оптическую связь между трубками фотоумножителей и льдом, и спросили, есть ли у бурильщиков какая-нибудь жидкость, которую можно было бы залить в скважину.
На Гренландских высотах незамерзшие жидкости в дефиците, но у них были огромные запасы бутил ацетат , используемый для предотвращения обрушения скважины.
Они налили его внутрь достаточно, чтобы покрыть леску, и провели повторные измерения.
«Я не знаю, почему нам показалось, что нам пришлось выдернуть леску, — говорит Боб, — но мы вытащили ее и внезапно увидели густую синюю слизь, покрывающую все.
Бутилацетат растворил плетеные провода и окрасил весь снег и жидкость поблизости в красивый пурпурно-синий цвет. Мы задавались вопросом, будет ли через него проходить хоть какой-нибудь свет. Мы сфотографировали фотоумножители до опускания и после опускания, и на втором фото он выглядит как большое виноградное эскимо.
На моих перчатках, на одежде, на лице была синяя жидкость.
Это был краситель, который использовался для кабеля.
«Электричество работало, но визуально мы не были уверены в том, что сделали».
Молодая команда проекта AMANDA (Antarctic Muon And Neutrino Detector Array), в которую вошли Тим Миллер, Буфорд Прайс, Эндрю Вестфаль, Стив Барвик, Фрэнсис Халзен и Боб Морс [Даг Лоудер, Тим Миллер, Буфорд Прайс, Эндрю Вестфаль, Стив Барвик , Фрэнсис Халзен, Боб Морс], направил письмо в журнал Nature, опубликованный в сентябре того же года.
Фрэнсис приписывает этому «письму начало эксперимента», демонстрируя, что идея использовать полярный лед в качестве детектора нейтрино «все еще была безумной, но не слишком безумной».
В письме говорится, что «скважина была заполнена бутилацетатом, органической жидкостью, выбранной из-за ее низкой температуры замерзания и оптической прозрачности».
Никакого упоминания о синей слизи.
«Мы нашли результаты обнадеживающими и планируем провести более глубокие эксперименты на Южном полюсе предстоящим южным летом».
Именно с такими препятствиями и недостатками проводятся научные эксперименты.
Как писал Боб Морс:
Гренландия — прекрасный пример эксперимента, затеянного с целью воспользоваться возможностью.Фрэнсис добавляет: «Очевидно, мы понятия не имели, что делаем, так что это было настоящее исследование, верноЭ» Он подозревал, что «эта идея была у многих людей, но они знали о гляциологии больше, чем я, и, очевидно, решили, что это не сработает. Если бы мы действительно понимали, что делаем, мы бы, наверное, вообще этого не делали.Были допущены ошибки и получены несовершенные данные, но это все равно было полезно, как и неудача может быть полезна при правильном подходе.
Этот небольшой эксперимент, предшествовавший проекту AMANDA, имел все особенности более поздних проектов AMANDA и IceCube. Успехи, пришедшие позже, были получены лишь за счет отладки систем хранения и приема данных — но задача эта была нетривиальной.
Редкий пример того, как организации, профинансировавшие эксперимент, доверяют данным (даже несовершенным) больше, чем многие экспериментаторы.
И как оказалось, многое из того, что мы должны были знать, оказалось неверным».
ТЭЦ мощностью 5 МВт на платформе IceCube. Горячая вода течет по шлангам от отопительной установки к тому месту, где в данный момент бурят лед. Шланг, используемый для бурения, имеет длину почти 3 км и намотан на большую катушку в центре.
В лекциях, которые он читает сегодня молодым ученым, он иногда приводит первые дни проекта АМАНДА в качестве примера афоризма: «Не читайте книги, занимайтесь бизнесом.
Лучше всего быть невежественным счастливчиком».
Оригинальные открытия обычно делают молодые люди, не знакомые с общепринятыми знаниями.
Он считает, что смог сделать что-то оригинальное в свои сорок лет только потому, что почувствовал себя «снова молодым», в смысле наивности: «Только когда ты еще невежественен и не прочитал всех книг, ты можешь сделать что-то оригинальное и новое».
Он вступал в мир экспериментов, не подчинявшихся безоблачной логике теории.
Мало того, что эксперименты имеют множество практических и стратегических соображений, иногда лучше всего на минуту перестать думать и просто что-нибудь сделать.
Если бы он прочитал авторитетный учебник по оптике льда и воды, он бы «узнал», что длина поглощения синего света в чистом льду — расстояние, на котором поглощается около двух третей света — составляет около 8 метров.
.
И тогда все будет кончено.
Они вернут фотоумножители и пойдут домой.
Если бы черенковское излучение действительно поглощалось на таком коротком расстоянии, то для заполнения кубического километра льда потребовалось бы около 2 миллионов фотоумножителей стоимостью около 6 миллиардов долларов.
К счастью, книга была очень неправильной.
По данным Гренландии они получили приблизительное значение в 18 метров, и хотя эта цифра тоже оказалась неверной, это был шаг в правильном направлении.
Несколько лет спустя, когда лед еще пытались понять, но уже получили указания на то, что длина поглощения на самом деле даже превышала 18 метров, библиотека Мэдисона по ошибке доставила в офис Фрэнсиса книги, предназначавшиеся кому-то другому.
Он, естественно, начал их просматривать, и когда до него дошла информация о восьмиметровой длине поглощения, он почувствовал, как по спине пробежал холодок.
Южной весной 1991 года Боб Морс, Брюс Кочи, Стив Барвик и Тим Миллер отправились на юг, чтобы провести первое бурение для АМАНДА.
Эксперимент PICO, искавший прямые доказательства существования темной материи, также отправил на миссию команду бурильщиков, в которую вошел Билл Барбер – высокий, добродушный, невозмутимый и невероятно сильный британец.
Они хотели использовать шланг с насадкой на конце для распыления горячей воды параллельной струей, после чего насадка просто погружалась бы в тающий лед под действием силы тяжести.
При бурении с горячей водой вам понадобится много очень горячей воды под высоким давлением и шланг большого диаметра с хорошей изоляцией стенок, чтобы вода оставалась горячей на пути вниз и передавала как можно больше тепла через насадку в скважину.
лед. Правда, нужно соблюдать баланс и позволять некоторому количеству тепла уходить через боковые стенки, чтобы вода в верхней части колодца не замерзла.
Брюс однажды заметил, что ни один нейтринный телескоп не является слишком большим, «ни один бур с горячей водой не является слишком большим, потому что лучшее сверло — это то, которое мгновенно просверливает отверстие».
Это, конечно, воображаемая дрель, дающая неограниченное количество тепла почти мгновенно, но она передает суть: вам нужно много тепла и огромный шланг.
Брюс знал, что их установка под названием «Баки-1» имела серьезные ограничения по обоим пунктам.
Диаметр шланга составлял всего 2,5 см, а теплостанция, содержащая несколько котлов, стоящих снаружи прямо на льду, производила всего 0,5 МВт энергии.
В первой буровой установке с горячей водой, которую он использовал на шельфе Росс, использовалась установка мощностью 2 МВт. «Мы знали, что у «Баки-1» есть ограничения, но не знали точно, в чем они заключаются, поскольку впервые кто-либо пытался пробурить такой холодный и глубокий лед».
Он подсчитал, что при прохождении 1000 м потери тепла за счет потерь по длине шланга превысят мощность, вырабатываемую станцией.
Другими словами, нижняя часть шланга может замерзнуть.
Он мог бы играть в различные игры, чтобы попытаться уберечь его от замерзания, например, постоянно поднимать и опускать его, чтобы нагреть воду в только что вырытой яме, но это потребует дополнительного топлива, и в любом случае это будет довольно сложно сделать.
«Бурение с горячей водой — занятие не для слабых», — говорит он.
«Мы стараемся поддерживать температуру не ниже 50 градусов, а это не всегда приятно».
Команда проекта AMANDA привлекла всех своими ваннами, в которых нагревалась вода для бурения.
Пока Научный фонд не положил этому конец, они устраивали вечеринки в гидромассажных ваннах на буровой площадке.
И хорошо, что им было весело, потому что само бурение шло так себе.
На второй скважине пожадничали и попытались уйти ниже 1000 м.
Это привело к худшему результату, который можно было ожидать от горячего бурения.
«У нас Баки 1 застрял», — вспоминал позже Боб.
«Он все еще там по сей день».
— Да, как отблеск на радаре, — сказал Брюс.
Боб спал в своем Арктическая палатка Jamesways , когда бурильщик PICO Дэйв Кестор засунул голову за занавеску и прошептал, что у него плохие новости.
Поскольку одна из трех смен лагеря постоянно пытается уснуть, в «Летнем лагере» постоянно поддерживается тишина.
«Что нам делать? — спросил Дэйв.
— Нам следует опускать туда наши инструменты или нетЭ» «Боже мой, я не знаю», — ответил Боб.
- Думаю, мне придется.
Мы уже столько вложили в эту дыру.
Мы должны сделать все, что в наших силах».
Он выбрался из постели и отправился на поиски Стива Барвика.
«Я сказал: «Стив, у них там дрель застряла».
Стив разозлился и начал кричать — он не знал, где Тим Миллер, поэтому в три часа ночи зашёл заглянуть в каждую палатку и кричал во всю глотку: «Тим Миллер? Тим Миллер, где ты, черт возьми? Где ты шляешьсяЭ» И я подумал, что сейчас какой-нибудь огромный двухметровый рабочий просто встанет и сбивает Стива с ног.
Я думал, что он закончил».
У PICO было только две смены, каждая из которых работала по 12 часов, и учения проводились в ночную смену.
Брюс был на дневном дежурстве, и хотя во время учений он по-прежнему мало спал - гулял, был в курсе событий, даже когда был не на своей смене, - он просто спал, когда случилась беда.
И у них не только дрель застряла, но и шланг перестал течь.
Это, наверное, единственная ситуация при бурении с горячей водой, из которой нет выхода.
«Любой, кто когда-либо бурил с горячей водой, хотя бы раз в жизни совершал ошибку, не обеспечивая достаточного тепла», — сказал позже Брюс.
Он решил, что им повезло вообще добраться до этой глубины.
Его пытались вытащить бульдозером.
Боб сказал, что «этот проклятый шланг был натянут, как струна скрипки.
Он уменьшился до половины своего диаметра.
Только Биллу Барберу хватило смелости пойти туда и стоять там со шлангом, торчащим из этой дыры, а затем взять пилу и разрезать его.
И мы видели, как этот шланг со скоростью звука исчезает в дыре, и слышали это «вау».
И в такой ситуации, когда конец бура и довольно большая часть шланга исчезли в колодце, последовали совету сонного Боба и опустили туда леску с оснасткой.
По какой-то причине - шланг застрял, или отверстие слишком узкое - прошло всего 150м.
Затем они начали беспокоиться, что свет с поверхности может попасть в детекторы и заглушить любые мюонные сигналы, которые они могут получить.
Фотоумножители были чрезвычайно чувствительны; они работали на уровне одиночных фотонов, то есть могли обнаруживать отдельные частицы света.
«Я оглянулся и сказал: «Надо заткнуть дыру.
Как я могу ее заткнутьЭ» — вспоминает Боб.
«У нас был асбест и зеленые мешки для мусора».
Кирпичники отложили бы кирпичи, если бы знали об этом: я начал набивать асбестовую изоляцию в мешки, чтобы придать им объем, и бросил их в яму, пытаясь загородить свет. Думаю, я бросил туда три или четыре, то есть столько, сколько у меня было».
«Экспериментальная физика, со всеми недостатками и проблемами.
Марк Боуэн — писатель и физик.
Он писал статьи для журналов Climbing, Natural History, Science, Technology Review, AMC Outdoors и участвовал в проектах AMANDA и IceCube с 1998 года.
Отрывок из книги «Телескоп во льду», 2017. Теги: #Популярная наука #физика #лёд #нейтрино #бурение #IceCube #Антарктида
-
Манифесты И Карго-Культы
19 Oct, 24 -
Электронная Налоговая Декларация В Эстонии
19 Oct, 24 -
Fallout 3: Не Проходите Мимо!
19 Oct, 24
