На какой высоте находится Миртильвиль?

Кристофер Гальфар — любимый ученик писателя и учёного Стивена Хокинга. Помните его замечательную книгу «Джордж и тайны Вселенной»? У Гальфара, как и в книгах его учителя, сочетаются научная фантастика и сказка, современные физические теории и мифологические сюжеты.

Гальфар рассказывает историю про детей из школы небесного Миртильвиля, которые, закрыв глаза, могут определить силу ветра и влажность воздуха. Эти и другие необыкновенные способности помогают им не только с успехом писать контрольные по физике, но и бороться со злобным и опасным тираном, который хочет захватить весь мир.

Вопрос 1

а. Какой цвет у Солнца, если смотреть на него из космоса?
б. Почему небо синее? Объясните.

Вопрос 2

Как высоко над землёй находится облако, на котором построен Миртильвиль? Укажите принципы атмосферной динамики, подтверждающие ваш ответ.

Вопрос 3.
…

Первая контрольная после летних каникул.

«Вопросы элементарные, ответить на них — проще простого. Чайка, и та сообразит», — сказал учитель небесной физики Лазурро. И, обращаясь к Тристаму, добавил: «Смотри, если опять сдашь пустой листок, переведу в младший класс! Будешь всё проходить заново вместе с малышами, понял?»

Тристам, сидевший на задней парте, записал два первых вопроса больше получаса назад, но до сих пор не имел представления, как на них отвечать. Другие уже давно что-то строчили, и он всё больше нервничал.

«Чайкам хорошо, они умеют летать, — подумал он. — С крыльями всё получается легче. Лучше бы нас летать научили…»

Он бросил взгляд на своего друга Тома — сына полковника Бриггса, коменданта городка. Для Тома, прочно занимавшего место лучшего ученика в классе, подобных трудностей не существовало. Он всегда сидел на первой парте и был одним из немногих, которым нравились уроки Лазурро. Узнавать законы природы, понимать, как действуют механизмы, управляющие движением воздуха, облаками, радугой, звёздами, — всё это доставляло ему огромное наслаждение.

С самого начала контрольной Том не отрываясь что-то писал на своём листке. В отличие от большинства одноклассников, он отказывался решать задачи по физике с помощью уловки, которой их научил другой преподаватель, Буакар.

«Всякая попытка сжульничать будет строго наказана», — пригрозил Лазурро перед контрольной, но это останавливало далеко не всех. Впрочем, и учитель не терял бдительности. Удобно разместившись за своим столом, он следил за тем, чтобы никто из учеников не закрывал глаза.

Методы Буакара, который вёл предмет «Развитие личности» и пользовался гораздо большей популярностью, чем его коллега-физик, были прямо противоположны методам Лазурро. В прошлом учебном году Буакар научил детей чувствовать силу и направление ветра — для этого нужно было как следует сосредоточиться и прислушаться к шороху воздушных струй, обтекающих стены школы. В новом году перешли к следующему, более сложному этапу: учитель объяснил, как без особого труда, всего лишь закрыв глаза, оценивать влажность и температуру воздуха.

Нагреваясь от внешних источников тепла, вода может превращаться в пар. Этот процесс называется испарением.

Почти половина солнечной энергии, достигающей поверхности Земли, расходуется на то, чтобы превращать воду из жидкого состояния в парообразное.
Оставшееся тепло нагревает почву и заставляет подниматься вверх воздух, который уносит испарившуюся воду в небо.

Пар может снова стать водой. Этот процесс называется конденсацией.

Поднимаясь в небо, пар, в который превратилась нагретая солнцем вода, охлаждается и достигает наконец высоты, где так холодно, что он уже не может оставаться паром. Здесь он конденсируется, обволакивая плавающие в воздухе мельчайшие пылинки, и становится крошечными капельками воды или кристалликами льда. На этой стадии пар возвращает в атмосферу тепло, полученное от солнца. Именно так и нагревается большая часть земной атмосферы.

В отличие от невидимого пара, капельки воды видимы для глаза. Когда их много, они образуют в небе объёмные белые фигуры. Мы называем эти фигуры облаками.

Почему нам холодно, если мы промокли?

Когда мы промокаем, вода, покрывающая нашу кожу, испаряется, забирая тепло из нашего тела и окружающего воздуха. Воздух и кожа при этом сразу же охлаждаются, и мы мёрзнем.

Теперь, вслушиваясь в шум ветра и сосредоточиваясь по правилам Буакара, ученики могли мысленно представлять висящее в небе облако, на котором они жили. И сразу стало ясно: чтобы отвечать на вопросы физика, достаточно описывать картины, возникающие в голове, а зубрить то, что он диктует, вовсе не надо.

«Всё вокруг нас взаимосвязано, — говорил Буакар. — Атмосфера — это единое целое, мы живём в ней, дышим воздухом, из которого она состоит. Доверьтесь вашим чувствам, и вы сможете ощутить, что происходит вокруг. Закройте глаза и сосредоточьтесь…»

Но Тристам ничего не мог ощутить — ни состояние воздуха, ни направление ветра. Сколько он ни старался, ему представлялось одно и то же: синее небо, всегда одинаковое, неподвижное, безветренное, безоблачное.

Лазурро преподавал физику, а не искусство ощущения: на своих уроках он категорически запрещал прибегать к помощи мысленных картин. «Бесполезно разглядывать что бы то ни было, — часто повторял он, — если не понимаешь, что именно это значит». Да, Тристама нельзя было назвать баловнем судьбы. Мало того, что он не умел вызывать в уме нужные образы, даже в те редкие минуты, когда ему удавалось собраться с мыслями, он не понимал ни слова из рассуждений Лазурро.

Тристам оторвал глаза от листка и посмотрел в окно. Небо ещё синело, но день начинал клониться к вечеру. «Ну же! — подбодрил он себя. — Попробуй разобраться! Небо синее, это всем известно. А вот если посмотреть с высоты на Солнце…»

Впору было признать себя побеждённым, но тут ему в голову пришла новая мысль. Тристам схватил ручку и, стараясь растягивать ответы, вывел:

Вопрос 1

а. Какой цвет у Солнца, если смотреть на него из космоса?
б. Почему небо синее? Объясните.

Ответы на вопрос 1

Ответ на пункт а. Из космоса Солнце кажется синим.
Ответ на пункт б. Небо синее потому, что солнце синее.

«Всего и дел-то!»

Довольный собой, он взялся за второй вопрос: «На какой высоте находится Миртильвиль?»

Как все жители Миртильвиля, Тристам знал, что их городок построен на облаке, которое неподвижно висит над затерянным среди океана вулканическим островом. А вот на какой высоте это облако висит, он не имел понятия.

Он покосился на Лазурро: тот всматривался в одного из учеников, опустившего веки. Это был Генри, сын преподавателя французского языка.

— Нужно не воображать, а соображать, Генри! — вскакивая со стула, воскликнул физик. — Поверь, это совсем не трудно!

Пользуясь удобным случаем, Тристам закрыл глаза и попытался сосредоточиться. Пока Лазурро не глядит в его сторону, он быстренько представит себе океан, остров, вулкан и над ним облако с их городком.

Тристам начал с океана. Удалось не сразу, но он очень старался: нужно непременно ответить хотя бы на два первых вопроса.

Постепенно картина стала проясняться, он увидел бегущие волны. Выходило даже лучше, чем на занятиях у Буакара в новом учебном году. Он попытался ощутить ветер, и внезапно его сердце забилось чаще. Получается! Ветер действительно продувал эту картину насквозь; потом из тумана проступил остров, с горой посерёдке. И вершина горы была плоской! Всё правильно: это был вулкан, над которым парит Миртильвиль!

Ветер, веявший над океаном, доносил до берегов острова мельчайшую водяную пыль. Тристаму, сидевшему с закрытыми глазами, оставалось только следить за движением воздуха, за тем, как ветер, взбегая по склонам вулкана, устремляется вверх, в небо. Если бы он увидел облако, висевшее над островом, то примерно оценил бы и его высоту… Он был совсем близок к цели, он уже поднимался на вулкан…

Проклятье! Картина стала расплываться; ещё мгновение, и она растает!

Невероятным усилием воли Тристам заставил себя сосредоточиться ещё больше: ветер в его картине подул снова, и намного резче обычного. Могучими порывами прокатывался он снизу вверх по склонам горы, взбегая туда, где виднелся кратер вулкана. Небо над горой уже не синело, как прежде, оно побелело, и белизна эта была тревожной, клубящейся — такой белизны он ещё никогда не видел, она заполняла всё обозримое пространство. Тристам искал в этом странном небе облако, на котором построен Миртильвиль, но не находил. Облака не было! Напрягаясь изо всех сил, он громко задышал.

— Эй, потише там, — сердито буркнули за соседней партой.
— Тристам! — крикнул Лазурро. — Я всё вижу! Ты за кого меня принимаешь?

Тристам открыл глаза, и видение исчезло. Он никак не мог опомниться. Да, он не увидел облака с Миртильвилем, но добился своего! В первый раз ему это удалось: он ощутил движение воздуха! Тристам широко улыбнулся учителю.

Тот, поднявшись из-за стола, не сводил с него своих чёрных глаз.
— Подойдёшь ко мне после занятий.
«Вот здорово! — думал Тристам, чувствуя, как сердце ещё колотится от возбуждения. — Почти получилось…»

Он посмотрел в окно, ожидая увидеть там белое небо из своего видения.

Не тут-то было: небо за окном оставалось тёмно-синим, ясным, безоблачным, совсем не похожим на то, белое. Растаявшая картина не имела ничего общего с реальностью. У него снова ничего не вышло!

Высота, на которой водяной пар конденсируется в капельки воды и становится видимым, называется высотой точки росы. Здесь начинается образование облаков: по этой причине самые низкие из небесных облаков имеют плоское основание, то есть их нижняя кромка гораздо меньше изрезана, чем верхняя.

Возникшие капельки воды и кристаллики льда могли бы и не подниматься выше, оставаясь на первоначальной высоте и сохраняя неподвижность. В этом случае все облака были бы плоскими. Однако пар, конденсируясь, отдаёт тепло, которое получил раньше. Окружающий воздух вбирает это тепло и нагревается, он продолжает подниматься вверх и заставляет верхушки облаков вспучиваться.

Поскольку высота точки росы зависит от состояния воздуха (его температуры, влажности, атмосферного давления и т.п.), в разных местах и в разные дни она бывает разной. Поэтому самые низкие облака не всегда образуются на одной и той же высоте.

Встречая на земле препятствие, ветры используют его как трамплин, и это помогает воздуху подниматься вверх — где тут же происходит конденсация. Поэтому облака часто образуются над островами и горами (в частности над вулканами) и некоторое время остаются там же, где возникли, не трогаясь с места.

Он понурил голову. В то же время вид настоящего неба, совсем не такой грозный, как в исчезнувшем видении, его почему-то успокоил.

Вдруг Тристама озарило. Пусть он не увидел ни Миртильвиля, ни облака, на котором стоит городок, — ничего страшного, теперь он может ответить и на второй вопрос.

Вопрос 2

Ответ на вопрос 2

Зависит от того, что взять за уровень отсчета: море или вершину вулкана.

«Выпутался! — подумал Тристам, забыв о следующих вопросах, в которых при первом чтении не понял ни слова. — Меня оставят в одном классе с Томом!»

Гордясь собой, он взглянул на часы, висевшие над классной доской: до конца контрольной оставалось ещё полчаса! Минуты тянулись отвратительно долго. Он снова посмотрел в пустое небо. Ни одного красного отсвета: солнце сядет ещё не скоро. И ни одной чайки.

«Всё равно не удастся полюбоваться закатом…» — грустно подумал он.

Тристам опёрся подбородком на сложенные руки. Почему нужно таскаться в школу? Разве это нормально — с утра до вечера сидеть в классе?

«Наверняка Миртиль ни о чём таком не думает…» — сказал он себе, когда его взгляд задержался на русой головке лучшей ученицы, сидевшей через две парты от него, в одном из первых рядов.