Kelionė į giliausią iš vandenynų gelmių
|
"Trieste" slėgiui atsparios kapsulės ir balasto išmetimo sistema
Daugelis esate girdėję apie ilgai trukusį JAV ir buvusios Sovietų Sąjungos lenktyniavimą įvairiose mokslo ir technologijų srityse. Greta septintajame dešimtmetyje vykusių kosmoso užkariavimo lenktynių, beveik tuo pat metu buvo varžomasi, kas greičiau nusileis į giliausią mūsų planetos vietą - Marianų įdubą.
Šis siekis pasinerti į didžiausią vandenynų gelmę buvo daug mažiau žinomas, nes jį užgožė plačiai nuskambėjęs pirmojo žmogaus pakilimas į kosmosą 1961 metų balandžio 12 dieną ir po to sekęs ištisas dešimtmetis smarkaus kosminių skrydžių technologijų tobulinimo. O nusileidimas į beveik vienuolikos kilometrų gelmę buvo įvykęs vos metais anksčiau už Jurijaus Gagarino skrydį Žemės orbita. Kokia gi šios hidronautų kelionės istorija?
Viskas prasidėjo dar 1872 metų gruodžio 21 dieną, kai Didžiosios Britanijos Karališkojo jūrų laivyno korvetė "Challenger" išplaukė į istorinį žygį iš Anglijos Portsmouth uosto. Nors to meto požiūriu sudėtingas garu varomas burlaivis ilgai tarnavo kaip karinis laivas, visa karinė technika iš jo buvo pašalinta - iš 18 patrankų paliktos tik dvi. Atlaisvintoje vietoje įrengtos mokslinės laboratorijos ir sutalpinti jūros dugno tyrimo ir gylio matavimo aparatai. Ekipažą sudarė 243 jūreiviai ir 26 mokslininkai - visi jie iškeliavo į ilgą ir vingiuotą kelionę aplink pasaulį. Laivyno suformuluota užduotis buvo techninio pobūdžio - registruoti kataloguose šimtų vandenyno vietų gylį, temperatūrą, druskingumą, sroves ir biologinę įvairovę. Šis okeanografinis projektas buvo gerokai ambicingesnis nei bet kokie ankstesni tokio pobūdžio moksliniai tyrinėjimai.
Ištisus trejus su puse metų ekipažas nuobodžiai diena po dienos tyrė, matavo ir zondavo vandenynus. Nors jų surinkti duomenys moksliniu požiūriu buvo neįkainojami, rutina daugelį varė iš proto, todėl viso plaukiojimo metu iš laivo dezertyravo apie 60 žmonių, daugelis kurių specialiai jungdavosi prie aplankytų miestų nusikaltėlių, kad juos keliems mėnesiams pasodintų į kalėjimą, arba ieškodavo būdų ilgesniam laikui atsigulti į ligoninę. Tačiau vieną 1875 metų dieną visus nustebino nelauktas įvykis. Matuojant vandens gylį vakarinėje Ramiojo vandenyno dalyje netoli Marianų salų, vandenyje "pradingo" beveik 8,4km gyliui matuoti naudotos virvės, ir tik tada prie jos pririštas poros šimtų kilogramų svarmuo pasiekė dugną. Apstulbę mokslininkai suvokė atradę povandeninį slėnį, kuris vėliau pavadintas Challenger įduba (angl. Challenger Deep). Giliausioje vietoje 10,9km gylį siekianti įduba dabar yra žinoma kaip giliausia vieta visoje Žemėje. Vietovės gylis yra toks didelis, jog jei jos dugne būtų pastatytas Everesto kalnas, didžiausio planetos kalno viršūnę vis dar dengtų daugiau kaip dviejų kilometrų vandens sluoksnis.
Tuo metu niekas nežinojo, kokie organizmai ar geologiniai dariniai gali slypėti tokiame gylyje. Daugelis to laikmečio mokslininkų buvo įsitikinę, jog tokie Žemės plutos įtrūkiai, įvertinant didžiulį slėgį, palyginti šaltą aplinką, visišką Saulės šviesos nebuvimą ir prielaidą, jog ten visiškai nėra deguonies, turėtų būti "bedvasiai". Praėjo beveik šimtmetis, kol saujelė išradėjų ir tyrinėtojų galiausiai pasiryžo nusileisti ten patys ir apžiūrėti viską savo akimis.
Pasibaigus "Challenger" ekspedicijai vėliau vykdyti šio regiono tyrinėjimai patvirtino, kad Challenger įduba yra dalis didesnio geologinio darinio, kuriam buvo suteiktas Marianų įdubos (angl. Mariana Trench) pavadinimas. 2540km atstumu besidriekianti įduba susiformavo po to, kai Ramiojo vandenyno tektoninė plokštė palindo po Marianų plokšte. Jos dugne vyraujantį slėgį išties sudėtinga įsivaizduoti; kai kurie jį bando iliustruoti įvairiausiomis (dažnai fantastinėmis) analogijomis, tokiomis kaip "penkiasdešimties krovininių lėktuvų svoris", "1600 dramblių svoris, tenkantis kiekvienam jūsų kūno centimetrui" arba "bet kokia jums žinoma gyvybė ten miršta akimirksniu, ir kiekviena jūsų kūno molekulė sprogsta šviesos greičiu". Kalbant moksliškai, vandens slėgis Marianų įdubos dugne siekia 108.6MPa, t.y. daugiau kaip 1000 kartų viršija atmosferos slėgį.
Šveicarų profesorius, fizikas ir išradėjas Auguste'as Piccard'as buvo pirmasis mokslininkas, rimtai svarstęs galimybę pasinerti iki pat Marianų dugno, ir turėjęs tam reikiamų žinių bagažą bei reikiamas lėšas. Pasauliui jis tapo žinomas dar praėjusio amžiaus ketvirtojo dešimtmečio pradžioje, kai sukonstravo ir pats pilotavo pirmąjį pasaulyje valdomą stratosferinį balioną, kuriam konstruoti jis panaudojo sandarią sferą (vietoj tradicinio oro balionų krepšio) ir savos konstrukcijos helio dujų balioną. Jis pirmasis pasiekė 23km aukštį, kur atliko kosminių spindulių matavimo eksperimentus bei kitus matavimus, kuriais savo draugui Albertui Einšteinui padėjo įrodyti jo sukurtas teorijas. Piccard’o žmona nuolat išgyveno, kad pagyvenęs jos vyras nuolat veldavosi į visokiausias rizikingas "avantiūras" ir galiausiai pareikalavo, kad jis atsisakytų savo karjeros stratosferinių balionų srityje. Didelei jos nuostabai vyras sutiko.
Tačiau pasirodė, kad išradėjas turėjo daug didesnių planų. Piccard'as suprato, kad nedidelė jo stratosferinio baliono koncepcijos variacija galėtų būti naudojama kaip giluminio nardymo aparatas. Nieko nelaukdamas jis pradėjo konstruoti savo pirmąjį batiskafą. Įrenginys susidėjo ir dideliam slėgiui atsparios sferos formos keleivių kapsulės, kuri skirtingai nei atmosferiniai orlaiviai buvo pakabinta ne po dujų balionu, o po benzinu pripildytu plieniniu rezervuaru. Benzinas yra lengvesnis nei vanduo, todėl jis savaime plūduriuoja vandens paviršiuje. Be to, jo tūris keičiantis slėgiui praktiškai nekinta, lyginant su oru; tai turėjo leisti rezervuarui atlaikyti vandens slėgį netgi didžiausiame gylyje. Batiskafo veikimas šiek tiek priminė povandeninį "oro balioną": nusileidimą valdė operatoriai, kurie įjungdami siurblius benziną mažomis porcijomis pakeisdavo jūros vandeniu, taip mažindami aparato plūduriavimo gebą. Kilimui operatoriai išmesdavo dalį vietoje balasto naudojamų geležinių šratų. Horizontalaus judėjimo galimybę turėjo užtikrinti nedideli elektriniai propeleriai.
Pirmojo prototipo gamybą Piccard'as užbaigė 1948 metais. Juo jis atliko keletą bandomųjų pilotuojamų ir nepilotuojamų pasinėrimų, kurių gylis siekė iki 3km. Aparatą išradėjas 1950 metais pardavė Prancūzijos laivynui, o lėšas panaudojo naujos ir patobulintos konstrukcijos batiskafui "Trieste" gaminti. Naujoji trylikos tonų svorio kamera galėjo talpinti du keleivius, tačiau patogumu pasigirti negalėjo. Likusioje erdvėje buvo sumontuoti deguonies balionai, dujų apykaitos įranga ir anglies dioksido surinktuvai. Sferos korpuso storis siekė 5 colius (12,7cm) ir jame buvo sumontuotas vienas penkių centimetrų skersmens langas, pagamintas iš storo kūgio formos organinio stiklo - vienintelės permatomos medžiagos, galėjusios atlaikyti slėgį tokiame gylyje, kurį buvo norima pasiekti šiuo batiskafu. Po to, kai įrenginiu buvo atlikta keletas sėkmingų bandomųjų panėrimų, "Trieste" įsigijo JAV laivynas ir nugabeno jį į Marianus. Batiskafas čia turėjo būti naudojamas karinių pajėgų vykdytame projekte "Nekton", kurio tikslas - įvykdyti seriją giluminių pasinėrimų į giliausius ir tamsiausius vandenyno užkampius ir surinkti informaciją, susijusią su Saulės šviesos prasiskverbimu, povandeniniu matomumu, ištirti garso perdavimo ypatumus ir atlikti povandeninių įdubų geologijos tyrimus.
1960 metų sausio 23 dieną į "Trieste" įsėdo du žmonės. Jų tikslas buvo pasiekti giliausios Marianų vietos - Challenger įdubos - dugną. Vienas jų buvo jūrų specialistas JAV laivyno leitenantas Don'as Walsh'as ir aparato išradėjo sūnus okeanografas Jacques'as Piccard'as. Būdamas 76 metų amžiaus Auguste'as pats negalėjo dalyvauti ekspedicijoje. Buvo planuojama, kad hidronautams uždarytiems sandarioje baterijomis maitinamoje kapsulėje teks praleisti aštuonias valandas, iš kurių apytiksliai po keturias valandas buvo skirta nusileidimui į beveik vienuolikos kilometrų gylį ir pakilimui iš ten. Kadangi į Challenger gelmę iki tol nebuvo nusileidęs joks pilotuojamas ar nepilotuojamas aparatas, niekas nežinojo, kokios ten bus rastos gyvūnų formos, jei jos apskritai ten egzistuos. Daugelis mokslininkų gan pagrįstai tikėjo, jog ten bus galima rasti mikroorganizmų, tačiau nemaža dalis jų manė, kad stuburiniai gyvūnai tokios nedraugiškos aplinkos negalėtų atlaikyti.
Pilotai įjungę siurblius ir pradėjo pildyti balastinius rezervuarus vandeniu. "Trieste" paniro po bangomis ir pradėjo ilgą savo nusileidimą. Jiems prireikė tik maždaug 16 minučių, kol buvo pasiekta afotinė zona - gylis, kuriame iš paviršiaus nepatenka šviesa, - o išorinis pasaulis už mažyčio lango pasislėpė visiškoje tamsoje, kartkarčiais nušviečiamoje fosforescencinių organizmų blyksniais. Kartas nuo karto "Trieste" judėjimas sulėtėdavo ar netgi sustodavo. Tai įvykdavo susidūrus su gilesniais ir šaltesniais vandens sluoksniais; tokiomis akimirkomis tyrinėtojams tekdavo iš rezervuaro išpumpuoti papildomą kiekį benzino, ir kelionė tęsdavosi toliau. Du vyrai periodiškai raportuodavo viršuje likusiam laivui, susisiekimui naudodami sonaro principu veikiantį telefoną. Deja, perduoti beveik nebuvo ką, išskyrus sparčiai kylančius slėgio matuoklių ir krentančius termometrų parodymus. Termiškai neizoliuotoje sferoje temperatūra tolygiai mažėjo.
Įpusėjus savo ilgą panirimą, Walsh'as ir Piccard'as sunerimo supratę, kad jie per savąją sonaro-hidrofono komunikacijų sistemą jau nebegali susisiekti su pagrindiniu laivu. Užmegzti ryšį nepavyko ir pakartotinių bandymų susisiekti metu. Abu vyrai liko visiškai izoliuoti nuo išorinio pasaulio. Susirietę ankštoje šaltoje ir varganai apšviestoje sferoje nuotykių ieškotojai tęsė ilgas valandas trukusį žygį žemyn. Nerimastingą tylą pertraukdavo tik jų pačių balsai bei pavieniai stipriai apkrauto "Trieste" korpuso girgždesiai.
Praėjus apytiksliai keturioms valandoms nuo jų nusileidimo pradžios, pasiekus kelių tūkstančių pėdų gylį, aparato korpusu nuskambėjo smarkus metalo žvangesys, o pati sfera šiurpiai susvyravo. Kai drebėjimas baigėsi, ekipažas kiek galėjo apžiūrėjo laivą, bandydami įvertinti jo būklę. Atrodė, kad vandens slėgis tokiame niekada neregėtame gylyje - viena tona į kvadratinį centimetrą - įlaužė išorinę organinio stiklo lango briauną. Pats aparatas išliko sandarus, tačiau pažeidimas kėlė didelį nerimą. "Trieste" buvo įrengtos kelios saugumo sistemos; pavyzdžiui, balasto duris uždaras palaikė elektromagnetai, kurie nustojus tiekti elektrą atvertų plačiai dureles ir išmestų balastą, o pats batiskafas iškiltų į paviršių. Tačiau tokios sistemos nei kiek nepadėtų pačiam ekipažui, nes 1000 atmosferų slėgis sutrintų visą kapsulės keleivių skyrių. Be to, joks kitas tuo metu egzistavęs aparatas negalėjo pasiekti tokio gylio, o tai reiškė, kad prakiurus plūduriavimą reguliuojančiam rezervuarui, išsigelbėjimo laukti būtų buvę beviltiška. Nepaisant tokio pavojaus, mokslininkai ryžtingai nusprendė tęsti pradinį planą.
Praėjus maždaug keturiasdešimt penkioms minutėms batiskafas "Trieste" pateko į istoriją - jos korpusas švelniai nusileido ant dumblu nukloto Challenger prarajos dugno. "Trieste" ir jo ekipažas kelionei viena kryptimi sugaišo keturias valandas ir keturiasdešimt aštuonias minutes. Batiskafo prietaisai rodė 11521 metrų gylį (vėliau gylio parodymai buvo patikslinti ir sudarė 10924 metrų) ir 1099 atmosferų išorinį slėgį - apytiksliai 1,14 tonos į kvadratinį centimetrą. Mokslininkai įžiebė išorinius žibintus, jų spinduliais nutvieksdami tą lopinėlį žemės, kuris šviesos neragavo milijonus metų, ir pažvelgė per mažytį iliuminatorių. Pro besisukančius sujudinto dumblo kamuolius tyrinėtojai įžvelgė plekšnę primenančią plokščią žuvį, kurią išgąsdino netikėtas aparato nusileidimas. Netoliese plaukiojo keletas krevečių ir medūzos. Šis reginys patvirtino, kad vanduo netgi tokiame gylyje nebuvo negyvas ir stacionarus - vandenyno srovės atgabendavo deguonį, kurio reikia sudėtingesnėms gyvybės formoms. Deja, laive nebuvo sumontuotų kamerų, todėl istoriškai svarbus momentas liko nei nufilmuotas, nei nufotografuotas. Walsh'as ir Piccard'as dar kartą pabandė pasinaudoti sonaru-hidrofonu, ir savo nuostabai aptiko, kad įtaisas nepaaiškinamu būdu pradėjo funkcionuoti. Jie perdavė žinią apie savo atvykimą ir stebėjimų duomenis pagrindiniam laivui. Iš tokio gylio balsams pasiekti paviršių prireikė apytiksliai septynių sekundžių, tačiau garsą atkurti pavyko be didesnių trukdžių. Hidronautai per mažyti aptrupėjusį langelį stebėjo tai, kas jų manymu priminė vadinamuosius diatominius dumblius, drebėdami 7 laipsnių pagal Celsijaus skalę temperatūroje ir prarastoms kalorijoms atgauti šlamštė šokoladinius batonėlius. Tie keli organizmai, kuriuos jiems pavyko aptikti, didžiąja dalimi nesiskyrė nuo randamų keliais kilometrais aukščiau tos vietos. Praėjus maždaug trisdešimčiai minučių keleiviai išmetė dvi tonas geležinio balasto, nerimaudami, kad pažeistas iliuminatorius neatlaikys tokio slėgio neribotą laiką. Aparatas pradėjo lėtai kilti. Praėjus trims valandoms ir penkiolikai minučių batiskafas "Trieste" išniro į Ramiojo vandenyno paviršių, patekdamas į istorijos knygas su rekordu, kurio pakartoti greičiausiai niekam nepavyks. Vėliau tą pačią dieną JAV laivynas išleido pranešimą spaudai, girdamasis, jog "Jungtinės Amerikos Valstijos dabar įgijo galimybę atlikti pilotuojamus tyrinėjimus nuo vandenynų paviršiaus iki pat giliausios jų vietos". Projektas "Nekton" užbaigtas sėkmingai. Jacques'as Piccard'as ir Don'as Walsh'as buvo nuskraidinti į Vašingtoną, kur juos apdovanojo šalies prezidentas Dwight'as Eisenhower'is. Dėl tolesnio neprilygstamojo batiskafo panaudojimo greitai buvo sukurti didžiuliai naujų tyrimų planai, įskaitant idėjas paimti iš "bedugnės" vandens, žemės ir biologinių organizmų mėginius. Tuo tarpu JAV karinis laivynas turėjo gerokai mažiau entuziazmo. Į misiją investuoti milijonai dolerių nedavė jokių reikšmingesnių mokslinių vaisių, neskaitant pačio įrodymo, jog toks panėrimas buvo įmanomas. Šaliai užteko to, kad jie sovietams pademonstravo savo dominavimą jūrų gelmėse. Be to, permainingas visuomenės dėmesys jau buvo gan ilgam nukrypęs į beįsibėgėjančias kosmines lenktynes, taip palikdamas mažai erdvės vandenynų tyrinėjimams populiarinti. Kelis metus "Trieste" tęse savo "karjerą" kaip nardymo aparatas. Tiesa, jis jau niekada nesileido į tokias gelmes kaip Challenger įduba. Dauguma jo vėlesniu misijų buvo palyginti kasdieniškos, tačiau 1963 metais vandenyne pradingus JAV atominiam povandeniniam laivui "Thresher", batiskafas intensyviai dalyvavo paieškose. Netrukus po to laivas buvo išleistas į užtarnautą poilsį, o didžioji dalis jame sumontuotų sistemų buvo perkeltos į kitus nardymo aparatus. Didžioji dalis išorinio batiskafo korpuso buvo palikta nepaliesta ir dabartiniu metu istorinis aparatas eksponuojamas JAV karinio jūrų laivyno muziejuje (Navy Museum) Vašingtone. Prabėgus 45 metams nuo "Trieste" tarnybos pabaigos, pasaulyje neatsirado jokio kito laivo, galinčio pasiekti Marianų dugną. JAV Nacionalinės vandenynų ir atmosferos administracijos teigimu, netgi šiandien ištyrinėta mažiau nei 5% Žemės vandenynų. Žinoma, žmonija nėra visiškai atsisakiusi gelmių tyrinėjimų. 1995 metais tolimąjį Marianų dugną pakartotinai aplankė robotizuotas zondas; analogiškas zondas tą patį atliko dar kartą 2009 metais. Šiais aparatais didžiausias Marianų įdubos gylis išmatuotas daug tiksliau, ir dabar yra teigiama, kad jis lygus 10911 metrų. Nors negalima menkinti šių mažyčių nuotoliniu būdu valdomų elektromechaninių tyrinėtojų pasiekimų, šiek tiek gaila, kad žmonės ten sugrįžti daugiau nebebandė. Yra asmenų, teigiančių, jog žmones siųsti į tokią atšiaurią aplinką nėra prasmės, nes vietoj jų ten gali nukeliauti daug atsparesni robotizuoti aparatai; tačiau tikriems ir nenuilstantiems nuotykių ieškotojams toks pasitenkinimas vien tik "sėdėjimu namuose" turėtų būti mažų mažiausiai nesuvokiamas. | |||||||||||||
| |||||||||||||
.jpeg)
