Приключения радиолуча
Шрифт:
Уже упомянутый американский метеоролог А. Фрэйзер разработал подробную теорию Фата Морганы и ее Математическую модель. Мираж, полученный на выходе ЭВМ, почти не отличается от реального миража.
Искусственные световые волны, генерируемые лазером, при миражах ведут себя так же, как и естественный свет — их дальность действия намного превышает прямую видимость. Известны случаи, когда лазерная система связи устойчиво работала на расстоянии свыше 300 километров.
Создание мощных лазеров привело к фундаментальным открытиям в оптике. Родилось новое направление — нелинейная оптика, в которой показатель преломления среды распространения зависит от интенсивности пучка света. В 1962 году советский физик Г. А. Аскарьян теоретически предсказал явление самофокусировки
Новое открытие заинтересовало ученых многих стран. Его назвали сенсацией века. Открывалась возможность использовать самофокусирующиеся лучи для передачи энергии без потерь на большие расстояния. Но получить стабильный самофокусирующийся сигнал пока не удалось. Зато в самофокусирующемся луче была обнаружена… высокотемпературная плазма. Открылась еще одна тропа к овладению термоядерной энергетикой. Проблема самофокусировки ждет своего решения. Сейчас даже трудно предугадать, какие новые возможности откроют перед нами самофокусирующиеся лучи. Ведь Аскарьян предсказал, что самофокусироваться могут не только световые, но и радиоволны, а также ультразвуковые, звуковые и гиперзвуковые волны, возбуждаемые мощными лучами лазеров в плотных средах. За открытие и исследование эффекта самофокусировки группе ученых, в том числе и Аскарьяну, присуждена Ленинская премия 1988 года.
ГРОМ ОРУДИЙ РАЗДАЕТСЯ…
В 1837 году в Лондоне в честь коронации королевы Виктории был произведен мощный артиллерийский салют. Гром орудий был услышан далеко на материке на расстоянии 200—300 километров, хотя ближе, на расстоянии 50 километров, его не было слышно. Такая же «сверхслышимость» наблюдалась при взрывах артиллерийских складов в Москве в мае 1920 года, при больших взрывах, производившихся в Германии в 1923—1926 годах и во Франции в мае 1924 года, когда уничтожались запасы боеприпасов, оставшихся после мировой войны.
Случаи столь дальнего распространения звука обязаны также природным волноводам, но только акустическим. Их иногда называют звуковыми каналами. Конечно, акустический и оптический волноводы различны, потому что длина волны световых колебаний в сотни тысяч раз меньше длины волны звука. Но принцип действия остается таким же — акустический волновод не дает «разбегаться» звуковым волнам, его невидимые стенки постоянно возвращают звук к воображаемой оси — туда, где скорость звука минимальна.
Между скоростью звука в атмосфере и ее температурой имеется прямая связь — скорость звука уменьшается с понижением температуры. Запуски метеорологических ракет в СССР и США позволили получить полную картину распределения температуры по высоте. Оказалось, что на высотах около 15—80 километров температура достигает своих минимальных значений. Здесь и проходят оси акустических волноводов — верхнего и нижнего. Для земных наблюдателей основную роль играет, конечно, нижний волновод. Звуковые волны от источников, расположенных ниже 50 километров, «захватываются» нижним волноводом и концентрируются им в пределах высот от 3 до 40 километров. Но при определенных условиях (например, при холодной погоде) они прорываются в некоторых местах сквозь «нижнюю стенку» волновода, и тогда там наблюдается эффект «сверхслышимости».
Звуковые волноводы интенсивно изучались и во время Второго Полярного года в 1932—1933 годах. Была проведена серия взрывов на Новой Земле. Звуки от взрывов зарегистрировали на Земле Франца-Иосифа. Изучение звуковых волноводов продолжили по программе Международного геофизического года в 1957— 1959 годах. Во Франции в рамках программы было произведено более 630 взрывов, которые прослушивались на восьми станциях в радиусе 200—250 километров. Наблюдения подтвердили
гипотезу о звуковом волноводе.Мощные ядерные взрывы в атмосфере благодаря звуковому каналу могут быть зарегистрированы практически в любой точке земного шара. Так, мегатонный ядерный взрыв был зарегистрирован на расстоянии 11 500 километров от места испытания.
В земных толщах тоже обнаружен волновод — слой с пониженной скоростью распространения сейсмических волн. Он залегает в верхней мантии на глубинах от 50—100 до 250—400 километров от поверхности. В нем сейсмические волны путешествуют не рассеиваясь, с малыми потерями. Геофизики считают, что вещество волноводного слоя находится в состоянии, близком к плавлению. Высказываются предположения, что в нем сосредоточена почти вся сера Земли. Так можно объяснить диспропорцию, которую заметили ученые: содержание серы в земной коре составляет 0,1 процента, а в метеоритах — в среднем 2 процента.
Мы уже упоминали о попытках использовать земную твердь для передачи электрических сигналов. Но тогда, в XIX веке, они окончились неудачей. В XXI веке эти замыслы, по мнению известного ученого в области радиоэлектроники В. Сифорова, станут реальностью. Оказывается, под землей пролегает еще и волновод для радиоволн. Верхний слой Земли обладает относительно неплохой электропроводимостью. Глубже идет слой, близкий по свойствам к диэлектрикам, а после него, как утверждают геологи, снова следует проводящий слой. Таким образом, получаются как бы две концентрические сферы из проводников, между которыми помешен диэлектрик. А это ведь своего рода диэлектрический волновод. Создана довольно детальная и строгая теория распространения радиоволн в такой среде. Ну а коль скоро есть теория, то открывается путь и к практике.
ЗВУКИ ИЗ ПОДВОДНОГО ЛАБИРИНТА
Это случилось в январе 1966 года. Над Испанией летели два военных американских самолета — реактивный бомбардировщик В-52 с водородными бомбами на борту и заправщик КС-135, баки которого были полны топливом, предназначенным для периодической дозаправки бомбардировщика.
Авария произошла на высоте шести миль. На В-52 загорелся один из двигателей. Бомбардировщик взорвался, причем от взрыва пострадал и КС-135. Оба самолета рухнули на землю. Погибло семь человек. С бомбардировщика В-52 упали четыре водородные бомбы без взрывателей. Три из них найдены на суше. Четвертая упала в Средиземное море.
Для ее поиска у побережья Паломареса собралась большая группа кораблей, подводных лодок и глубоководных аппаратов. Впоследствии один из руководителей поисковых работ сказал, что наибольшие трудности во время работ у берегов Испании представляли проблемы связи и навигации под водой.
Приведенное высказывание весьма показательно. Это еще одно из многочисленных подтверждений сложности вопросов подводной связи и навигации. А ведь трудно исследовать глубины на специальных аппаратах без надежной связи с поверхностью. Радиоволны, служащие нам верой и правдой на Земле и в космосе, гаснут в воде, преодолев лишь десятки-сотни метров…
Древним была хорошо известна способность дельфинов и рыб издавать звуки, о чем упоминали в своих трудах Аристотель, Плиний Старший и другие античные ученые. «Те, кто обрекает всех рыб на молчание и глухоту, весьма мало знают природу рыб», — писал древнеримский философ Клавдий Элиан. Но постепенно их замечательные наблюдения были забыты и в науке надолго установилось представление, что океан — «мир безмолвия». Лишь сравнительно недавно богатый мир подводных звуков стал открываться вновь…
< image l:href="#" />Неизвестные звуки порой казались сверхъестественными и ставили в тупик ученых. Нередко чуткие гидрофоны фиксировали, что в глубине, по соседству, чуть ли не рядом находятся неизвестные объекты. Но поиски были безрезультатными, и непрошеные пришельцы словно в воду канули, хотя сигналы с глубин по-прежнему принимались. Порой они напоминали грохот отбойных молотков, скрежет большого числа фрезерных станков. А иногда это были звуковые импульсы, которые повторялись по времени с завидной точностью.