Приключения радиолуча

Можно назвать и другие подобные казусы. В число неопознанных объектов попали стаи волнистого горбыля, которые мигрируя на нерест, «шумели» не хуже целой армады подводных лодок. А вот еще один пример. В 1941 году при нападении на американские корабли в Пирл-Харборе японские подводные лодки выпустили гораздо больше торпед по шумящим скоплениям креветок и морских рачков, чем по боевым кораблям.

Попробуем разобраться в природе подводных звуков.

В первую очередь в причинах, почему они в одном случае тут же затихают, а в другом — распространяются на сотни, а то и тысячи километров, практически не ослабевая за столь долгое путешествие? Вопросы эти носят далеко не праздный интерес. Ведь звуковые волны выполняют ту же роль при освоении Мирового океана, что и радиосигналы при изучении космоса.

Впервые удивительную способность звука пробегать огромные расстояния заметили советские моряки во время Великой Отечественной войны. Взрывы небольших зарядов в районе Кольского залива были зарегистрированы гидрофонами кораблей на расстоянии 180 миль.

В грозном сорок втором году под руководством заведующего лабораторией Физического института, члена-корреспондента АН СССР (впоследствии академика) Н. Н. Андреева началось систематическое изучение актуальной проблемы. Необходимо было найти средства для борьбы с немецкими акустическими минами. Работы проводились на Черном море и вылились в конкретные практические результаты.

Вскоре после войны в 1946 году нашим ученым удалось найти и причину сверхдальних «звуковых путешествий». Оказалось, что в морских и океанических глубинах существует особый слой, который специалисты назвали подводным звуковым каналом. Аналогичное открытие сделали и американцы. Их работы проводились в обстановке строжайшей секретности, а результаты не публиковались.

Теория распространения звука в подводном канале разработана академиком Л. М. Бреховских, которому вместе с коллективом авторов монографии «Акустика океана» была присвоена Государственная премия СССР за 1976 год. В 1977 году советскому ученому Институтом акустики Великобритании присуждена также Золотая медаль выдающегося физика Рэлея.

Уникальные эксперименты по изучению распространения звука в океане были проведены на научно-исследовательских суднах «Сергей Вавилов» и «Петр Лебедев».

Подводный акустический канал также работает наподобие диэлектрического волновода — энергия колебаний фокусируется вокруг оси, где скорость распространения звука минимальна. В приповерхностных слоях океана профиль изменения скорости звука повторяет профиль изменения температуры, которая уменьшается с глубиной. Чем глубже, тем изменение температуры становится все слабее, и на скорость звука решающее влияние оказывает уже гидростатическое давление, которое увеличивает скорость звука с глубиной. Таким образом, от поверхности до дна скорость звука сначала уменьшается, а затем увеличивается. Слой, в котором скорость звука минимальна, совпадает с осью подводного звукового канала. Этот слой довольно устойчив и находится обычно на постоянной глубине, например, 1274 метра в Атлантическом океане, 637 метров в северо-восточной части Тихого океана, 40—60 метров в морях северного полушария.

Подводный канал как бы «захватывает» звуковые волны, вышедшие из точки излучения под углом к его оси не более 10—15 градусов. Невидимые стенки канала концентрируют распространяющуюся звуковую энергию вдоль оси канала, не давая разбегаться звуковым волнам.

Академик Бреховских так образно объясняет подобное явление: «Вспомните, как ведет себя уставший путник. Он предпочитает держаться теневой, более прохладной стороны, нести на своих плечах как можно меньше груза и двигаться с минимальной скоростью. Ведь только так он может пройти максимальное расстояние. Звуковой луч в морской воде подобен этому путнику. Выйдя из источника, он уходит вверх от осп звукового канала. Чем выше, тем теплее, и луч заворачивает вниз, в «холодок» и углубляется до тех пор, пока не начинает «ощущать» тяжесть повышающегося гидростатического давления».

…В какие только дебри не заплывали научные экспедиции, изучая различные голоса «подводного царства». Чувствительная аппаратура, установленная на судах, позволила ученым выполнить сотни оригинальных экспериментов, отвоевать у морской пучины не одну тайну. Корабли науки — «Сергей Вавилов» и «Петр Лебедев» явились фактически первыми плавучими лабораториями для всестороннего исследования Мирового океана.

Сейчас уже можно судить о «географии» звуковых подводных каналов, которые нередко поражают своими масштабами. Например, взрыв полуторакилограммового заряда в Атлантике зафиксировали приборы на Бермудских островах, удаленные на 4500 километров. Для сравнения: в воздухе такой звук слышен всего на расстоянии четырех километров, а в лесу не далее 200 метров.

Открытие сверхпроводящего канала привело специалистов и к принципиально новой идее спасательной службы: достаточно взорвать сигнальную гранату на глубине подводного канала, чтобы на берегу определили место аварии и катастрофы и организовали помощь.