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.

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.