Как сейсмолог Инге Леманн обнаружила твердое ядро Земли, изучая землетрясения
Математика и дискриминация
Инге Леманн родилась 15 мая 1888 года в Копенгагене. Ее семья была весьма прогрессивной: отец, Альфред Леманн, был первым профессором психологии в истории Копенгагенского университета, а в числе родственников по линии матери, Иды Мее Тёфслев, имелось немало активных участниц «Женского освободительного движения», которое выступало за предоставление женщинам равных прав.
Сама Инге училась в начальной школе, где девочки получали образование наравне с мальчиками, — этой школой руководила Ханна Адлер, тетя знаменитого физика Нильса Бора. Школа славилась своими либеральными порядками, в особенности одинаковым отношением к детям обоих полов. Леманн писала впоследствии: «Там не делали никакой разницы между интеллектом мальчиков и девочек, и позже с некоторым разочарованием я обнаружила, что это не являлось общим отношением».
По окончании школы в 1907 году Инге Леманн поступила на математический факультет Копенгагенского университета, где тоже практически не сталкивалась с гендерной дискриминацией. Однако в 1911 году, получив степень бакалавра, она продолжила учебу в британском Кембридже, где, к своему удивлению, в полной мере познакомилась с сегрегацией по половому признаку.
Например, студентки Кембриджского университета имели право посещать только лекции, но никак не библиотеки и лаборатории университета. А когда Инге захотела встретиться с Нильсом Бором, который был ее давним другом, в стенах университета, то оказалось, что с девушкой обязательно должен пойти сопровождающий.
Учеба на математическом факультете отнимала у Леманн так много сил, что она решила вернуться в Данию. Там она начала работать в страховой компании, но скоро обнаружила, что карьерные возможности у женщины и в этой сфере существенно ограничены. В 1918 году она вернулась в Копенгагенский университет и окончила магистратуру.
Открытие ядра
В 1925 году Инге Леманн сменила научную сферу с математики на сейсмологию, став ассистентом профессора Нильса Эрика Нёрлунда, математика из Копенгагенского университета, который занимался изучением внутреннего строения Земли. Она помогала ему в обустройстве обсерваторий по всей Дании и Гренландии для измерения интенсивности землетрясений.
А уже в 1928 году Нёрлунд предложил Инге должность главы Сейсмологического отдела в недавно созданном Датском геодезическом институте. В обязанности Леманн входила организация работы на трех сейсмических станциях, в том числе анализ сейсмограмм для определения поступления сейсмических волн (переносящих энергию механических колебаний в горных породах; их источником могут быть землетрясение, взрыв, вибрация или другое воздействие на породы) и их описание. Эта работа дала ей возможность получить обширную практику в изучении и сравнении сейсмограмм. Вдобавок Леманн замечала изменения в распространении волн, которые другие исследователи упускали.
Во время изучения показателей мощного землетрясения, случившегося в 1929 году в Новой Зеландии, и наблюдения за движением волн, вызвавших его, Инге Леманн пришла к выводу, что ядро Земли не может представлять собой единую массу расплавленного металла, как это считалось на тот момент. По ее мнению, оно должно было состоять из другого материала: если бы ядро было жидким, то скорость распространения волн была бы ниже.
Она предположила, что существует твердое внутреннее ядро, которое окружено горячим слоем жидкой магмы. Определить скорость распространения землетрясений в разных частях мира и вывести свою новую теорию ей помог особый подход к анализу данных. Племянник Леманн Найлс Гроес рассказывал, что она записывала информацию о происходивших землетрясениях и отмечала время их регистрации на картонных карточках, которые затем раскладывала по разным коробкам для хранения круп, — так она систематизировала информацию в отсутствие компьютера.
Так как теория Инге Леманн о твердом внутреннем ядре описывала природу движения землетрясений намного более точно и аргументированно, чем существовавшая в то время модель, вскоре ее версия стала общепринятой. Позже многочисленные научные исследования документально подтвердили, что внутреннее ядро на самом деле твердое. Ее теория была окончательно доказана в 1970 году, когда современные, более чувствительные сейсмографы уловили сейсмические волны, отражающиеся от твердого ядра Земли.
Несмотря на столь убедительное достижение, Леманн, будучи женщиной в научном сообществе, где доминировали мужчины, постоянно сталкивалась с дискриминацией. Впоследствии она говорила своему племяннику, Найлсу Гроесу: «Если бы ты знал, со сколькими некомпетентными мужчинами мне приходилось конкурировать — и все напрасно». С годами нетерпимость Леманн к «некомпетентности» коллег усиливалась, что еще сильнее ухудшало их отношения.
Военные исследования
С началом «холодной войны» сейсмические исследования получили особую значимость, так как ученые обнаружили, что взрывы ядерных бомб отражаются на записях сейсмических приборов точно так же, как и землетрясения. Поэтому сейсмический мониторинг оказался вполне пригоден для использования в качестве инструмента для дистанционного обнаружения подземных испытаний ядерного оружия. Эта тема приобрела стратегическое значение, финансирование сейсмических исследований резко возросло, и в первую очередь такими программами занялись США.
В это время Инге Леманн продолжала заниматься в основном административной работой в институте в Дании и уже готовилась к тому, чтобы уйти на заслуженный отдых. Однако когда в 1952 году к ней обратился американский геофизик и океанограф Морис Юинг из Колумбийского университета в США и пригласил ее войти в его группу сейсмических исследований в Геологической обсерватории Ламонт в Америке, она раздумывала недолго.
Уже год спустя, в 1953 году, 65-летняя Инге Леманн покинула свою должность в Датском геодезическом институте. На протяжении последующих 20 лет она регулярно приезжала в Америку и проводила там в разных научно-исследовательских институтах многие месяцы, занимаясь работами, целью которых ставилось обнаружение ядерного оружия.
В 1964 году Инге выяснила, что на глубине 220 км в скорости распространения сейсмических волн происходит резкий скачок. Сегодня этот эффект носит название «граница Леманн». Его значение до сих пор изучается. Раньше считалось, что граница проходит там, где внутреннее ядро Земли соединяется с внешним, однако сегодня такое понимание не распространено.
Долгожданное признание
Именно в Соединенных Штатах Инге Леманн, несмотря на солидный возраст, нашла для себя интересную и хорошо финансируемую исследовательскую среду. Там ее колоссальный опыт, экспертные знания и уникальное научное чутье получили широкое международное признание и высокую оценку. Во время работы в США она стала получать научные награды и прочие почести. Например, в Геологической обсерватории Ламонта в Колумбийском университете в Нью-Йорке, куда она неоднократно приезжала и где подолгу работала, ей присвоили звание почетного доктора. В 1971 году Американский геофизический союз наградил Леманн медалью Уильяма Боуи и назвал «мастером, которого никакая компьютеризация никогда не сможет заменить полностью».
На протяжении жизни Инге Леманн сейсмология и, в частности, изучение землетрясений и распространения упругих волн в глубинах Земли, развились из небольшой изолированной дисциплины в крупную, хорошо финансируемую область исследований, — и произошло это во многом благодаря самоотверженной деятельности этой женщины. Судьба отплатила ей долголетием — Леманн прожила 104 года, она умерла в 1993 году и до последних дней сохраняла ясность ума.
На родине о ней вспомнили лишь в 2017 году, когда рядом с Копенгагенским университетом на площади Фрюе-Пладс был установлен памятник Инге Леманн. Перед фасадом университета к тому моменту уже находились шесть портретных бюстов великих ученых, связанных с этим университетом — их устанавливали в разные годы, начиная с 1854-го. Среди них — скульптурные изображения Нильса Бора, Тихо Браге и Х. К. Эрстеде. Датский скульптор Элизабет Тубро изобразила абстрактную композицию, которая по высоте не уступает бюсту Бора и стоит так же высоко. Таким образом она хотела подчеркнуть масштаб личности Инге Леманн и ее значение для мировой науки.