Приключения радиолуча

Атмосферные линзы далеки от идеальных, используемых в телескопах и фотокамерах. Последние сделаны из стекла и строго однородны по показателю преломления. Искривление траектории света и характер изображения определяются кривизной поверхности линзы. Атмосферные же линзы не имеют определенной формы, они расфокусированы и астигматичны. Характеристики таких линз меняются самым причудливым образом. Отсюда их удивительная способность создавать различные видения и искажать реальные изображения объектов до неузнаваемости. В этом причина таинственности миражей, послуживших основой для легенд и суеверий.

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 светового луча. Луч лазера в среде распространения создает сам себе волновод! Он не разбегается в стороны, как обычный солнечный луч, а стягивается в тончайшую световую нить. Правда, это происходит при условии, если достаточна мощность лазера. Например, если среда распространения — сероуглерод, то требуется мощность лазера 10 киловатт, а в некоторых сортах оптического стекла достаточно одного ватта.

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.