Важно было правильно выбрать место проведения эксперимента. Желательно замеры проводить в типичном районе океана, где течения считались наиболее стабильными, устойчивыми. В результате длительных обсуждений ученые остановились на районе Северного Пассатного течения в Атлантическом океане. Центр выбранного полигона размером 120x120 миль расположился в точке на широте примерно Дакара и расстоянии более 860 миль от него. Здесь дуют постоянные ветры – северо-восточные пассаты, рельеф дна приблизительно ровный, глубина – типичная для океана – около 5000 м, то есть это район, где как будто исключены все посторонние факторы, могущие привести к дополнительной изменчивости основного потока господствующего течения.
Экспедиционный отряд состоял из шести новейших НИС: два от Института океанологии АН СССР – «Академик Курчатов» и «Дмитрий Менделеев»; одно – «Академик Вернадский» – от Гидрофизического института АН УССР; два от Акустического института АН СССР – «Сергей Вавилов» и «Петр Лебедев» – и наконец «Андрей Вилькицкий», принадлежащее Гидрографической службе страны. Научным руководителем этого внушительного эксперимента был определен выдающийся советский океанолог и гидроакустик академик Л. М. Бреховских.
В чем же смысл проведения эксперимента? На выбранном полигоне было установлено 17 автономных буйковых станций, причем станции установили в виде своеобразного креста из 4 лучей. Сами лучи пересекались под прямым углом и были направлены по меридиану и параллели. Центральную станцию установили в точке пересечения лучей, остальные 16 (по 4 на каждом луче) были установлены так, чтобы расстояние между ними увеличивалось с удалением от центральной станции.
Каждая буйковая станция состояла из стального троса, на одном конце которого располагался тяжелый груз – якорь. К другому концу троса прикреплялся плавающий на поверхности буй, обладавший достаточной плавучестью, чтобы поддерживать верхний конец троса с подвешенными приборами на поверхности. На трос, подвесили 10 автономных приборов-измерителей течения на горизонтах с глубиной от 25 до 1500 м.
В то время в качестве измерителя течения использовалась буквопечатающая вертушка Алексеева. На бумажной ленте прибора через каждые полчаса отпечатывались значения направления и скорости течения. «Памяти» прибора хватало на 28 суток. По плану проведения эксперимента предполагалось задействовать буйковую антенну в течение полугода. Планировалось каждые 25 суток поднимать буйковую станцию для перезарядки приборов новыми бумажными лентами, а в этой же точке устанавливать другую станцию с заряженными измерителями. Параллельно с измерениями течений фиксировались температура и электропроводность (значит, соленость) воды на каждом горизонте.
Цель эксперимента была в том, чтобы установить, меняются ли направления и скорости течения во времени и пространстве и если меняются, то как.
И в настоящее время автономная буйковая станция остается важнейшим техническим средством океанологов. Правда, теперь на тросе устанавливают новые автономные приборы, которые через 15–20 мин фиксируют значения температуры, электропроводности, скорости и направления течения не на бумаге, а на магнитную ленту. «Памяти» таких приборов хватает на несколько месяцев. Безусловно, записи на магнитной ленте могут быть легко перенесены в долговременную память судовой ЭВМ, а затем извлечены оттуда по желанию исследователя.
Вернемся в 1970 г. Основная работа, приведшая к открытию синоптических вихрей, была проведена с борта НИС «Академик Курчатов», «Дмитрий Менделеев» и «Андрей Вилькицкий», которые приступили к установке автономных станций в феврале. Система буйковых станций работала непрерывно более 5,5 месяца. Это была тяжелая и ответственная работа. Бывало, что из-за погоды буи срывались с места. Тогда приходилось искать их в океане силами нескольких судов. Время от времени суда уходили с полигона для заправки топливом и пополнения запасов продовольствия. Тогда на полигоне оставалось одно дежурное судно, которое инспектировало станции. НИС «Академик Курчатов» и «Дмитрий Менделеев» провели в океане почти 7 месяцев, «Андрей Вилькицкий» – полгода.
В марте на борту «Академика Курчатова» была часто слышна английская и немецкая речь. Туда прибыли иностранные океанологи и привезли с собой автономные регистраторы течений различных конструкций. Ученые решили сравнить, откалибровать измерители течений производства разных стран. Для этого на полигоне недалеко друг от друга выставили 4 дополнительные станции. Две недели работали параллельно подвешенные к тросам станций океанологические приборы, изготовленные в СССР, Норвегии, Великобритании, ГДР, США. Затем провели сверку и калибровку приборов. Эта важная работа обеспечила в дальнейшем успешное проведение. совместных работ по международным исследовательским программам.
В результате проведения новаторского и масштабного эксперимента, названного «Полигон-70», был собран колоссальный объем информации. К обработке его приступили немедленно. Судовые вычислительные центры «Академика Курчатова» и «Дмитрия Менделеева» справились с этой ответственной работой. Уже первоначальные обобщения собранного экспериментального материала после подъема первой станции выявили поразительную картину. Прежде всего оказалось, что, когда начались измерения, течение в слоях до 1500 м было направлено не на запад и юго-запад, как ему положено было быть, учитывая расположение полигона в районе Северного Пассатного течения, а на северо-восток, то есть почти в прямо противоположном направлении…
Примерно через две недели направление течения стало северо-западным. Еще через три недели оно снова изменило направление. Ученые поняли, что они наблюдают новое неизвестное до этого времени явление с временным масштабом несколько недель или месяцев. Перед ними возникла грандиозная и запутанная картина, так как течение на разных горизонтах меняло свое направление по-разному.
После того как провели глубокий анализ данных, замеренных всеми 17 станциями за полгода, картина прояснилась. Океанологи установили, что через зону полигона проплывали огромные вихри размером 100–150 км со скоростью перемещения водных масс вокруг центра вихря 10–20 см/с. А сами гигантские вихри не стояли на месте, а медленно (со скоростью около 4 см/с) перемещались в направлении, которое ученые всегда обозначали как направление Северного Пассатного течения.
Об этом эпохальном открытии советские ученые сообщили в октябре 1970 г. на Международной океанографической ассамблее в Токио, где сообщение вызвало повышенный и вполне оправданный интерес всех океанологов.
В марте – июле 1973 г. в районе Саргассова моря аналогичный эксперимент провели американские ученые. Они назвали свое исследование «Серединно-океанический динамический эксперимент» (Mid Ocean Dynamical Experiment) no первым буквам английских слов – MODE. Их исследования подтвердили существование синоптических вихрей.
Эти два выдающихся полигонных океанологических исследования позволили ответить на ряд вопросов, но в результате возникло еще больше новых. Было неясно, как возникают эти вихри, как они взаимодействуют друг с другом и со средним течением. Для решения этих и многих других вопросов в 1977–1978 гг. был проведен большой совместный советско-американский эксперимент Полимоде, название которого сложили из начальных слогов «Полигон-70» и обозначения американского эксперимента МОДЕ.
Советские участники исследований проводили работы в течение года на полигоне размером 310x310 миль в юго-западной части Саргассова моря. Советские ученые создали и поддерживали с конца июня 1977 г. до октября 1978 г. систему из 19 буйковых станций. В работах на полигоне участвовало 9 НИС: «Академик Курчатов», «Академик Вернадский», «Витязь», «Михаил Ломоносов», «Петр Лебедев», «Сергей Вавилов» – из академического флота, от Гидрометеослужбы – «Виктор Бугаев», а также гидрографические суда «Академик Крылов» и «Молдавия».
Советские автономные буйковые станции непрерывно фиксировали с интервалом от 12 до 60 мин на нескольких горизонтах направление и скорость течений и значения температуры воды. Параллельно с этим советские НИС осуществили множество гидрологических съемок, в ходе которых замерялись параметры водных масс на различных горизонтах в других районах полигона.
Американцы в этот раз широко использовали дрейфующие буи нейтральной плавучести. Такой буй опускается на заданную глубину и дрейфует вместе с водной массой. На буе устанавливается излучатель звука типа органной трубы, излучающий по программе череч заранее заданное время звуковой сигнал определенной частоты.
Звуковой сигнал регистрировался на нескольких (не менее трех) приемных акустических станциях, расположенных на островах, на побережье или на судах в открытом океане. Затем по разнице времени пробега звукового сигнала до различных станций определяли с точностью до километра местоположение буя в каждый данный момент времени. Следовательно, определив линию дрейфа буя, ученые выясняли характер перемещения водных масс, которые несли этот буй.
