Введение
Американский химик и метеоролог Винсент Джозеф Шефер (4 июля 1906 – 25 июля 1993) был американским химиком и метеорологом, разработавшим технологию засева облаков. 13 ноября 1946 года, работая исследователем в Исследовательской лаборатории General Electric, Шефер изменил облака в горах Беркшир, произведя их засев сухим льдом. Несмотря на то, что он был самоучкой и не окончил среднюю школу, ему было выдано 14 патентов.
Vincent Joseph Schaefer (July 4, 1906 – July 25, 1993) was an American chemist and meteorologist who developed cloud seeding. On November 13, 1946, while a researcher at the General Electric Research Laboratory, Schaefer modified clouds in the Berkshire Mountains by seeding them with dry ice. While he was self taught and never completed high school, he was issued 14 patents.
Личная жизнь
Семья Шефера жила в Шенектади, штат Нью-Йорк, и из-за здоровья матери, начиная с 1921 года, они совершали летние поездки в горы Адирондак. Винсент Шефер всю жизнь был тесно связан с Адирондаками, а также интересовался пешими походами, естественной историей и археологией. В юности он основал местное отделение организации «Одиночные скауты» и вместе с некоторыми своими товарищами написал и издавал газету отделения под названием «Археологические исследования». Шефер считал, что эта публикация помогла ему познакомиться со многими выдающимися людьми в районе Шенектади, включая доктора Уиллиса Родни Уитни из Исследовательской лаборатории General Electric. В конце 1920-х и начале 1930-х годов Шефер создал свою личную библиотеку по естественной истории, науке и другим интересующим его областям и много читал. Он также организовывал группы людей, разделяющих его многочисленные интересы: пешеходный клуб долины Мохок в 1929 году, отделение Ван Эппса Хартли Нью-Йоркской археологической ассоциации в 1931 году и зимний спортивный клуб Шенектади (который организовал «снежные поезда» к лыжным склонам в Адирондаках) в 1933–34 годах. В 1931 году Шефер начал работу над созданием Длинного пути Нью-Йорка (пешеходного маршрута, начинающегося недалеко от Нью-Йорка и заканчивающегося на горе Уайтфейс в Адирондаках). В этот период Шефер также разработал программы дополнительного образования по темам естественной истории, что дало ему возможность выступать перед общественностью. Благодаря этой деятельности Шефер расширил круг своих знакомых, в том числе Джона С. Апперсона, инженера General Electric и убежденного защитника природы Адирондаков. Апперсон познакомил Шефера с Ирвингом Лангмуиром, ученым из исследовательской лаборатории GE, получившим Нобелевскую премию в 1932 году за работы в области химии поверхностей. Лангмуир, среди прочего, разделял любовь Шефера к лыжам и природе. На пенсии Шефер работал с фотографом Джоном Дэй над книгой «Полевой определитель атмосферы» (1981), опубликованной в серии «Полевые определители Питерсона». Помимо продолжения консультационной работы, Шефер смог уделять больше времени своим давним интересам, таким как экологические проблемы, естественная и местная история. Это включало в себя написание многочисленных статей и выступление с докладами о природной среде северной части штата Нью-Йорк и влиянии человека на нее. Он также посвятил много времени борьбе за сохранение многих диких территорий и парков, таких как заповедник Мохонк, нос Вромана и аквифер Великих равнин. Долгосрочный интерес Шефера к голландским амбарам позволил ему на некоторое время стать редактором издания Dutch Barn Miscellany и построить масштабную модель голландского амбара. Он также провел много исследований о первоначальных семьях поселенцев в районах Шенектади и долины Мохок. На пенсии Шефер размышлял о своей необычной жизни, составляя хронологии, неопубликованную автобиографию и индексы к некоторым своим исследовательским тетрадям и коллекциям фильмов. Шефер также занимался организацией своих бумаг и библиотеки. Он также работал над проектом под названием «Древние окна Земли». Он заключался в тонкой нарезке камней для создания полупрозрачного эффекта. Устанавливая такие фрагменты на абажуры или другие предметы, он создавал эффект витража из натурального камня, подчеркивая геологическую историю породы. В рамках этого проекта Шефер спроектировал и построил окно диаметром 1,8 метра в память о своих родителях для церкви Святого Джеймса в Норт-Крик в Адирондаках. Шефер женился на Лоис Перрет 27 июля 1935 года. До самой смерти они жили на Шермерхорн-роуд в Шенектади, в доме, который Шефер построил со своими братьями и который они назвали Woestyne South. Woestyne North – так Шеферы называли свой лагерь в Адирондаках. У Шеферов было трое детей: Сьюзан, Кэтрин и Джеймс.
General Electric
В 1922 году родители Шефера попросили его оставить школу и пойти работать, чтобы помочь семье с доходами. По совету дядей по материнской линии, Шефер поступил на четырехлетний курс ученика слесаря в General Electric. Во время второго года обучения Шефер получил месячный отпуск, чтобы сопровождать доктора Артура Паркера, археолога штата Нью-Йорк, в экспедицию в центральную часть штата Нью-Йорк. В 1926 году, когда Шефер заканчивал курс ученичества, его назначили работать в механическую мастерскую Исследовательской лаборатории General Electric, где он проработал год в качестве слесаря-инструментальщика. Чувствуя некоторое разочарование в работе инструментальщика, Шефер стремился удовлетворить желание работать на открытом воздухе и путешествовать, вступив, сначала пройдя заочный курс, в Институт деревохирургии Дэйви в Кенте, штат Огайо, в 1927 году. После непродолжительной работы в Мичигане, Шефер попросил перевести его обратно в район Скенектади и некоторое время работал независимым ландшафтным дизайнером. По совету Роберта Палмера, руководителя Исследовательской лаборатории GE, в 1929 году Шефер отказался от предложения вступить в партнерство для питомника растений и вместо этого вернулся в механическую мастерскую Исследовательской лаборатории, на этот раз в качестве модельщика. В механической мастерской Исследовательской лаборатории Шефер изготавливал оборудование для Лангмуира и его научного сотрудника, Кэтрин Б. Блодгетт. В 1932 году Лангмуир попросил Шефера стать его научным помощником. Шефер согласился, и в 1933 году начал свою исследовательскую работу с Лангмуиром, Блодгетт, Уитни и другими в Исследовательской лаборатории и по всей организации General Electric. Вместе с Лангмуиром, Блодгетт и другими, а также самостоятельно, Шефер опубликовал множество отчетов по областям, которые он изучал, включая методы поверхностной химии, методы электронного микроскопа, поляризацию, сродство льда к различным поверхностям, белки и другие монослои, исследования белковых пленок, яркость электронно-лучевых трубок и субмикроскопические частицы. Примером долгосрочного вклада Шефера в науку о поверхностях является описание в 1938 году метода, разработанного им и Лангмуиром (позже известного как метод Лангмуира-Шефера) для контролируемого переноса монослоя на подложку, модификации метода Лангмуира-Блодгетт. После повышения до научного сотрудника в 1938 году Шефер продолжал тесно сотрудничать с Лангмуиром по многим проектам, которые Лангмуир получал благодаря участию в национальных консультативных комитетах, особенно в вопросах, связанных с военными делами в годы, непосредственно предшествовавшие и во время Второй мировой войны. Эта работа включала исследования фильтрации дыма в противогазах, обнаружения подводных лодок с помощью бинаурального звука и создания искусственных туманов с использованием дымовых генераторов — проект, который достиг кульминации на Вруманс-Ноуз в долине Шохари с демонстрацией для военных наблюдателей. В годы работы помощником Лангмуира, Лангмуир позволял и поощрял Шефера проводить собственные исследовательские проекты. Например, в 1940 году Шефер стал известен разработкой метода изготовления копий отдельных снежинок с помощью тонкого пластикового покрытия. Это открытие принесло ему широкую известность в популярных журналах и множество писем от людей, в том числе многих студентов, желающих повторить его процедуру. В 1943 году основное внимание исследований Шефера и Лангмуира переключилось на статику осадков, обледенение самолетов, ядра льда и физику облаков, и многие из их экспериментов проводились в обсерватории Маунт-Вашингтон в Нью-Гэмпшире. Летом 1946 года Шефер обнаружил, что его экспериментальная "холодная камера" слишком теплая для некоторых лабораторных тестов, которые он хотел провести. Решив продолжить работу, он нашел "сухой лед" (твердый CO2) и поместил его на дно "холодной камеры". Создавая облако своим дыханием, он наблюдал внезапный и ранее невиданный голубоватый туман, который мгновенно превратился в миллионы микроскопических кристаллов льда, ослепивших его в освещенной камере. Он наткнулся на тот самый принцип, который скрывался во всех предыдущих экспериментах — стимулирующий эффект внезапной смены тепла и холода, влажности, приводящий к спонтанному образованию миллиардов ядер льда в переохлажденной воде. В результате многочисленных повторных экспериментов он быстро разработал метод "засева" переохлажденных облаков сухим льдом. В ноябре 1946 года Шефер провел успешный полевой тест по засеву естественного облака с самолета, что привело к драматическому выпадению льда и снега. Полученная в результате огласка принесла множество новых писем, на этот раз от людей и компаний, запрашивающих снег и воду, а также от ученых со всего мира, работающих над модификацией погоды для улучшения местных погодных условий. Открытие Шефера также вызвало дебаты о целесообразности вмешательства в природу путем засева облаков. Кроме того, успешный полевой тест позволил Лангмуиру получить федеральное финансирование для поддержки дополнительных исследований по засеву облаков и модификации погоды Исследовательской лабораторией GE. Шефер был координатором лабораторной части проекта "Циррус", в то время как ВВС и ВМС предоставляли самолеты и пилотов для проведения полевых испытаний и сбора данных, использовавшихся в Исследовательской лаборатории. Полевые испытания проводились в районе Скенектади, а также в Пуэрто-Рико и Нью-Мексико. Когда военным пилотам, работавшим над проектом "Циррус", были назначены обязанности, связанные с Корейской войной, GE рекомендовало прекратить проект "Циррус" после подготовки всесторонних отчетов о проекте и сделанных открытиях. Окончательный отчет по проекту "Циррус" был опубликован в марте 1953 года.
Фонд Муниталп
Пока проект Cirrus завершался, к Шеферу обратился Вернон Крадж от имени попечителей Фонда Munitalp с предложением поработать над метеорологической исследовательской программой Munitalp. Некоторое время Шефер работал одновременно и в Исследовательской лаборатории, и в Munitalp, а в 1954 году он покинул Исследовательскую лабораторию, чтобы стать директором по исследованиям Munitalp. В Munitalp Шефер сотрудничал с Лесной службой США в экспериментальном лесу Прист-Ривер на севере Айдахо с Гарри Т. Гисборном, известным исследователем пожаров, в рамках проекта Skyfire – программы по изучению возможности использования засева облаков для изменения траекторий молний во время гроз (и, как следствие, лесных пожаров, вызванных этими молниями). Проект Skyfire берет свое начало в сотрудничестве между Лесной службой и Шефером, начатом еще на ранних этапах проекта Cirrus. Работая в Munitalp, Шефер также занимался разработкой мобильной атмосферной исследовательской лаборатории и созданием ускоренной съемки облаков. Шефер покинул Munitalp в 1958 году, отказавшись от предложения переехать вместе с Фондом в Кению, но еще несколько лет после этого оставался советником Munitalp.
Научное образование
После ухода из Munitalp карьера Шефера переключилась на научное образование, что позволило ему на практике реализовать свою убежденность в эффективности экспериментов и наблюдений по сравнению с заучиванием теории. Он сотрудничал с Американским метеорологическим обществом и Фондом естественных наук в рамках образовательной кинопрограммы, а также в разработке летних программ Института естественных наук, предоставлявших старшеклассникам возможность работать с учеными и самостоятельно проводить полевые исследования и эксперименты. С 1959 по 1961 год Шефер был директором Центра атмосферных наук при школе Лумиса в Коннектикуте. В 1970-х годах он организовал и возглавил ежегодные зимние экспедиции в Йеллоустонский национальный парк для 8-10 научных сотрудников, где многочисленные гейзеры, включая Олд Фейтфул, генерировали огромное количество переохлажденных облаков. Там, при температуре -20,50 градусов по Фаренгейту, создались условия для проведения собравшимися исследователями многочисленных экспериментов с использованием сухого льда и йодистого серебра для превращения переохлажденной воды в кристаллы льда у земли. Температура и формирование ледяных кристаллов позволили непосредственно наблюдать весь спектр оптических эффектов, таких как гало и короны.
Исследовательский центр атмосферных наук (ASRC), Университет в Олбани, Университет штата Нью-Йорк
С 1962 по 1968 год программа NSI продолжалась под руководством Шефера под эгидой Исследовательского центра атмосферных наук (ASRC) при Государственном университете Нью-Йорка в Олбани (как тогда назывался Университет в Олбани, Государственный университет Нью-Йорка). В этот период Шефер также продолжал свою консультационную деятельность для многих компаний, государственных учреждений и университетов. Эта консультационная работа охватывала большую часть карьеры Шефера и продолжалась после его выхода на пенсию в 1976 году. Шефер способствовал созданию ASRC в 1960 году и занимал должность директора по исследованиям до 1966 года, когда стал директором центра. Шефер привлек в ASRC высококвалифицированных исследователей в области атмосферных наук, многих из которых он знал по работе в GE и Munitalp. Бернард Воннегут, Рэймонд Фальконер и Дункан Бланшард были ветеранами проекта "Циррус", которые присоединились к Шеферу в ASRC. В годы работы в ASRC, помимо летних программ NSI, Шефер ежегодно организовывал исследовательские экспедиции в Йеллоустонский национальный парк, предоставляя атмосферным ученым возможность работать в этой уникальной природной лаборатории каждый январь. В 1970-х годах собственные научные интересы Шефера были сосредоточены на солнечной энергии, аэрозолях, газах, качестве воздуха и частицах загрязнений в атмосфере. Его работа в этих областях завершилась трехтомным докладом о качестве воздуха в мировом масштабе в 1978 году. Кроме того, в 1970-х годах Шефер был инструктором на краткосрочных курсах Чаутаукуа Американской ассоциации содействия науке для учителей естественных наук.