Этот взрыв семь раз прошёл над вашим городом

В Павловске никто ничего не услышал

Кольцо на карте — наше упрощение: одна скорость, идеальный круг. Но сами проходы настоящие: все семь записали многие станции, хотя и не все. Для вашего города семёрка — вывод из модели, а не измерение. В Павловске под Петербургом в ту неделю работал барограф, самописец, который чертит давление воздуха на бумаге. Волна появилась на его ленте через 9 часов после взрыва, потом через 27, 46, 61 и 83 часа. Шестого и седьмого прохода в таблицах нет: копия записи, которую получил комитет, заканчивается 30 августа.

Никто в Павловске ничего не слышал. До Кракатау отсюда почти 9 800 км. Москвы в таблицах отчёта нет, для неё у нас только модель. А в Глазго барограф с фотографической записью отметил все семь проходов: через 11, 25, 48, 59, 84, 94 и 121 час. Последняя отметка появилась через пять суток после взрыва.

Волну поймали больше 50 станций. На листе ниже каждая строка — одна из них: сверху Вашингтон, снизу Южная Георгия. Время идёт слева направо, с 27 августа по 1 сентября. Каждый маленький излом — одна и та же волна. Янтарным отмечены Глазго, Петербург и Павловск.

От вулкана ушли две разные волны

Вы могли читать, что звук этого взрыва обошёл вокруг Земли. На самом деле всё было не совсем так. От Кракатау ушли две разные волны.

Первая — звук, который можно услышать, и уже он не укладывается в голове. Его слышали примерно на тринадцатой части поверхности Земли. На острове Родригес, больше чем в 4 600 км от вулкана, начальник полиции Джеймс Уоллис записал, что с востока доносились раскаты, «как далёкий грохот тяжёлых орудий». Пунктирный круг на карте показывает это расстояние.

Вдали от Явы о вулкане почти никто не подумал. Один слушатель на Цейлоне допустил, что это «какой-то вулкан, действующий в море», но чаще думали о пушках. В Тавое, в Бирме, решили, что где-то крушение или судно в беде. Суперинтендент Тавоя выслал полицейский катер, «но они ничего не увидели». На Диего-Гарсии тоже подумали, что в беде корабль. На Северном Борнео, как сказано в одном письме, жители внутренних районов острова подумали, что на них нападают с обоих побережий, и бежали из деревни.

Вторая и показана на карте: волна давления, в которой одно колебание длится от 100 до 200 минут. Если считать её нотой, она лежит на 17–18 октав ниже самого низкого звука, который слышит человек. У рояля всего семь октав. На дальних станциях давление менялось самое большее на несколько десятых процента. Примерно столько же даёт лифт, поднявшийся на несколько этажей, только здесь подъём растянут на пару часов. Ухо на такое не рассчитано. Самописец рассчитан.

Всё небо двигалось разом

Что это вообще была за волна? Об этом спорили, а теорию уточняли ещё десятилетия. По скорости она походила на звук, а гигантской длиной волны — нет. Некоторые сравнивали её с длинной океанской зыбью. В итоге оказалось, что это ни то ни другое. В главной части волны воздух на всех высотах движется в такт, а сама волна скользит вдоль поверхности планеты. Это скорее звон всей атмосферы, чем шум, идущий сквозь неё.

Теперь такие волны называют волнами Лэмба, по имени математика Горация Лэмба. «Волны Лэмба редки», — говорит Дэвид Фи из Аляскинского университета в Фэрбанксе. Их порождают самые большие взрывы в атмосфере. 30 октября 1961 года возмущение атмосферы от советской Царь-бомбы трижды обошло Землю.

Перо, которое ушло за край шкалы

Теперь вернёмся к началу. Самая страшная картинка в отчёте Королевского общества 1888 года — не карта. Это лента с газового завода.

В Батавии, нынешней Джакарте, примерно в 150 км от вулкана, прибор записывал давление в газгольдере. Ничего другого он измерять не должен был, но воздух сдвигал и его. Читайте диаграмму слева направо. С полуночи перо мечется вверх и вниз. Сразу после десяти что-то проходит прямо сквозь всё это и уходит вверх.

Пунктир сверху — это конец шкалы. Подпись на диаграмме так и говорит: шкала исходной диаграммы заканчивается у отмеченной пунктиром точки. В отчёте добавлено, что карандаш мог бы подняться и выше, если бы это позволяло устройство прибора.

Что сделали воздух и море

В Батавии и Бёйтензорге такие воздушные волны выбивали окна и оставляли трещины в стенах. Падали лампы, гасли газовые рожки, а один газгольдер «выпрыгнул из своего колодца».

Вблизи вулкана людей убивало море. Погибли не меньше 36 417 человек (есть оценки намного выше), большинство в волнах высотой до 40 метров, и было уничтожено 165 прибрежных деревень. «Лучшие свидетельства утрачены, — писал в 1884 году Chambers's Journal о первом отступлении моря, — потому что те, кто это видел, стали его жертвами».

Клерк в Лондоне выставляет часы

Так когда именно всё случилось? В отчёте прямо сказано, что других удовлетворительных и полных свидетельств о моменте главного взрыва нет. Ответ пришлось искать на бумаге.

В декабре 1883 года Роберт Скотт из Метеорологического совета представил Королевскому обществу заметку о «серии барометрических возмущений, прошедших над Европой» с 27 по 31 августа. За ней вышла заметка генерала Ричарда Стрейчи, и вместе они показали, что это было. В Петербурге М. Рыкачёв напечатал кривую павловского барографа за 27–30 августа и разобрал данные 31 станции: у него круг вокруг Земли на европейских станциях занял в среднем 36 ч 38 мин при движении с востока на запад и 35 ч 54 мин с запада на восток. Сам он считал вероятным временем взрыва 10:27 по времени Кракатау. Комитет Королевского общества собрал барограммы 50 обсерваторий. Подробные расчёты под общим руководством Стрейчи выпали Р. Х. Кёртису, одному из старших клерков Метеорологического бюро.

Метод красивый. Берём шесть станций вокруг вулкана: Калькутту, Шанхай, Бомбей, Мельбурн, Маврикий, Сидней. На каждой записи находим самую глубокую точку провала. Расстояние от станции до Кракатау известно, так что волну можно прокрутить назад к началу. Провал отстаёт от первого скачка на 36 минут, это тоже вычитаем. Получается вероятный момент: 2:56 по Гринвичу, то есть 9:58 утра у вулкана. В другой главе того же отчёта стоит 10:02, по данным голландского горного инженера Р. Д. М. Вербека, и эту цифру повторяют более поздние тексты, например Nautilus.

Потом расчёт проверили по единственной непрерывной записи давления поблизости. При таком моменте и такой скорости скачок должен был дойти до Батавии в 10:11 по местному времени. Лента газового завода показывает его между 10:15 и 10:20. Отчёт оговаривает возможную ошибку часов в «ненаучном учреждении».

За столом в Лондоне вычислили вероятный момент взрыва на другом конце планеты, по собственной оценке с точностью до нескольких минут. По записям приборов, которые понятия не имели, что чертят.

Круга не было никогда

Наше кольцо идеально и неправильно. Комитет нарисовал настоящую волну с шагом в два часа: красным, когда она идёт от вулкана, синим, когда возвращается. От Кракатау она уходит почти круглой, сходится в точку на другой стороне Земли, рядом с Медельином, и возвращается бугристой. Примерно через полтора дня после взрыва у неё выросли три отчётливых выступа.

Вероятная причина — ветер. Волна, шедшая вместе с западными ветрами, двигалась быстрее встречной, по расчётам отчёта на 28 миль в час (около 45 км/ч). В 1929 году Джеффри Тейлор описал эти три выступа расчётом, предположив правдоподобный профиль ветра. Поэтому времена на нашей карте могут ошибаться на часы. Для Петербурга модель даёт 9, 27, 44, 63 и 80 часов, а барограф в соседнем Павловске показал 9, 27, 46, 61 и 83.

И на каждом круге волна возвращалась туда, откуда вышла. От острова к тому времени над морем оставалась только треть.

Что ещё разошлось от вулкана

• Море: мареографы поймали волну в Адене через 12 часов после её выхода. Хороший пароход шёл туда 12 суток.
• Пепел: он обошёл экватор за 13 дней. Люди видели синее и зелёное солнце.
• Закаты: через три месяца вечернее зарево стало таким красным, что в Нью-Йорке, Покипси и Нью-Хейвене вызывали пожарных. Необычные закаты продолжались три года.
• Камень: плоты из пемзы, местами способные выдержать людей и деревья, за 10 месяцев пересекли Индийский океан. Другие держались на плаву и через два года.
• Холод: на следующий год температура на планете упала самое большее на 1,2 °C и вернулась к норме только в 1888 году.

И снова семь

15 января 2022 года взорвался вулкан Хунга в Тонге. По волне Лэмба взрыв был сопоставим с Кракатау. Волна обошла планету четыре раза в одну сторону и три в другую, точно как в 1883 году. Снова семь.

На этот раз её услышали примерно за 10 000 км: примерно через девять часов по всей Аляске разнеслись повторяющиеся раскаты. Среди услышавших был и Дэвид Фи, а он изучает именно это. «Я слышал звуки, но тогда точно не подумал, что это извержение вулкана в южной части Тихого океана», — сказал он. За 139 лет в этом почти ничего не изменилось.

Изменилось число самописцев. В британском Йорке разработчик Сэнди Макдональд увидел волну на Raspberry Pi с маленьким датчиком давления, рассчитал, когда она вернётся с другой стороны, назвал 01:00 по Гринвичу и поймал её примерно в 01:40. На Гавайях её записали телефоны. «Смартфоны поймали не только прямой приход, но и несколько проходов воздушной волны вокруг земного шара», — сказал Милтон Гарсес, руководитель Лаборатории инфразвука Гавайского университета. Приложение его лаборатории RedVox бесплатно.

В 1883 году понадобились месяцы и барограммы, присланные в Лондон, чтобы понять, что обошло планету. Полный отчёт, с 50 обсерваториями и клерком, вышел только в 1888 году. Следующее кольцо тоже пройдёт над вашим городом. Вы его не услышите. Ваш телефон может.

Откуда эти цифры

Карта — наша модель: шар и одна скорость 1 120 км/ч, в пределах 300–325 м/с по наблюдениям. Часы для вашего города взяты из этой модели, это не измерения. Измеренные часы для Павловска посчитаны нами по таблицам отчёта: от времени каждого прохода отнято время взрыва, 2:56 по Гринвичу. На первых двух проходах это самая глубокая точка провала, на поздних часто резкий подъём. Часы для Глазго приводит Томас Габриэльсон в Acoustics Today. Пунктирный круг построен для 4 653 км до Родригеса, из сводки Симкина и Фиске; в отчёте сказано почти 3 000 английских миль, у Габриэльсона больше 4 800 км.

17–18 октав — наш расчёт: период 100–200 минут и граница слышимости 20 Гц. Лифт тоже наш: у земли давление меняется примерно на 12 паскалей на метр, а пики на дальних станциях, по Габриэльсону, составляли от нескольких десятков до нескольких сотен паскалей. Иллюстрации взяты из отчёта 1888 года и обрезаны; первые две подкрашены под цвет бумаги, янтарные полосы добавлены нами.

Две вещи мы подтвердить не можем. В популярных текстах показания газового завода пересчитывают в более чем 172 децибела на расстоянии 160 км, исходя из скачка в 2,5 дюйма ртутного столба. В двух сканах отчёта 1888 года такой цифры нет: таблица отчёта оценивает этот скачок в 0,37 дюйма, по нашему пересчёту около 156 децибел. Но перо ушло за шкалу, настоящий пик неизвестен, поэтому громкость мы не называем. А часто цитируемая запись капитана Сэмпсона с судна «Норэм Касл» о лопнувших барабанных перепонках половины команды приведена в Nautilus со ссылкой на позднюю книгу. В отчёте 1888 года слова Сэмпсона есть, он пишет о пламени и огненных шарах на реях. Мы проверили два скана и этой строки не нашли.

Источники и материалы

• The Eruption of Krakatoa and Subsequent Phenomena: отчёт Комитета Королевского общества, под ред. Дж. Симонса, 1888 (скан для таблиц VIII и IX)
• Тот же отчёт, цветной скан для таблицы X
• Томас Габриэльсон. Krakatoa and the Royal Society: the Krakatoa explosion of 1883. Acoustics Today, апрель 2010
• Volcano World, Университет штата Орегон: Describe the 1883 eruption of Krakatau, по Симкину и Фиске
• Nature, 12 июня 1884: Krakatoa and the Sun-Glows, о работе Рыкачёва
• Chambers’s Journal, 8 ноября 1884, Project Gutenberg
• Matoza и др. Atmospheric waves and global seismoacoustic observations of the January 2022 Hunga eruption, Tonga. Science, 2022, сводка на сайте USGS
• Геофизический институт Аляскинского университета в Фэрбанксе: Hunga volcano eruption provides an explosion of data, 2022
• Новости Гавайского университета: Hawaiʻi phones capture data in Tonga volcano blast, 2022
• Tom’s Hardware: Raspberry Pi detects shockwave from Tonga volcano eruption, 2022
• Nuclear Weapon Archive: The Tsar Bomba
• Aatish Bhatia. The Sound So Loud That It Circled the Earth Four Times. Nautilus, 2014