Техника - молодёжи 1962-04, страница 33

тот же предмет с различных сторон или с различных расстояний, то он будет виден находящимся в разных местах. Мы уже знаем, что нет ничего прямее светового луча и измерить его искривление нет никакой возможности. Можно только рассчитать его, либо сопоставляя между собой измерения положения предмета с разных сторон и разных расстояний, либо измеряя плотность воздуха на всем пути луча — и то и другое очень трудоемкая работа. Поэтому шутки Фата-Морганы стоят государству немалых денег.

Под действием ветра в воздухе всегда возникают местные уплотнения, весьма неустойчивые и быстро перемещающиеся. Луч, проходя сквозь такой неоднородный воздух, вынужден все время немного менять свое направление, и путь его оказывается и очень извилистым и очень переменчивым. Поэтому далекие предметы и огни никогда не стоят на месте, а все время как бы танцуют и одновременно мерцают, то вспыхивая, то бледнея.

АТМОСФЕРНОЕ ЗЕРКАЛО

Представим, что у самой почвы располагается слой более теплого и менее плотного воздуха. Луч, наклонно упавший на этот слой и погрузившийся в него, начнет изгибаться кверху. Если слой достаточно толст или сильно и неравномерно нагрет, то луч, пройдя некоторое расстояние, вновь вынырнет из него, но уже будет направлен вверх, как будто отразившись от зеркала. Поэтому мы увидим зеркальное изображение предмета (вернее, его мираж) где-то внизу, под землей (рис. 2). Кроме того, мы можем видеть и сам предмет, ибо другой луч может попасть в наш глаз прямо, минуя нагретый слой.

Если достаточно толстый слой теплого воздуха расположится на некоторой высоте над головой, мираж будет витать в воздухе, как в случае с колонной солдат из крепости «Авраам Линкольн» (рис. 4). Сам же предмет может находиться далеко за горизонтом и быть невидимым, как в случае на Багдадском вокзале. Такие миражи образуются лучами, очень мало наклоненными к земной поверхности, и располагаются у самой земли, недалеко от наблюдателя.

Миражи бывают и звуковые. Артиллерийская канонада и мощные взрывы, обычно слышимые до расстояний 50— 60 км, вновь становятся слышимыми на расстояниях 100—150 км. Это результат отражения звука от слоя теплого воздуха, всегда существующего на высоте в 50—60 км. Наличие области повышенной температуры на этих высотах недавно подтверждено прямыми измерениями с помощью ракет.

ПЛЕНЕННОЕ ЭХО

А что же будет, если слои теплого воздуха располагаются и сверху и снизу? Световые (или звуковые) лучи окажутся как бы пойманными в ловушку — поочередно отражаясь от верхнего и нижнего слоев, они не смогут вырваться за их пределы (рис. 5). Мы либо услышим многократно повторяемое эхо, либо увидим причудливо сочетающиеся многократно повторенные изо-

ПРИЧИНЫ МИРАЖЕЙ

ОБЪЯСНЕНИЕ К 4-й СТРАНИЦЕ ОБЛОЖКИ

1-й рис. Мы обычно не видим истинного положения звезд. В красных лучах звезда кажется ближе к горизонту и заходит раньше, чем в зеленых. Это результат того, что синие лучи искривляются сильнее зеленых, а зеленые — сильнее красных.

2-й рис. Мираж возникает внизу, когда у самой почвы расположен слой теплого воздуха. Луч, наклонно упавший в этот слой, изгибается кверху и отражается от вышележащего слоя холодного воздуха.

3-й рис. и центральный рисунок. Деформация диска планеты и солнца вблизи горизонта также объяс няется тем, что лучи разного цвета искривляются по-разному. В результа те внизу солнечного диска появляется красная каемка, а у его верхнего края — зеленое пятно. На центральном рисунке Солнце изображено тан, как оно видно только в мощный телескоп, и поэтому обычно силуэт города в этом случае не виден. Силуэт города изображен художником для наглядности.

4-й рис. Мираж витает в воздухе, если предмет расположен у земли в слое холодного воздуха, над которым имеется толстый слой нагретого воздуха.

5-й рис. Лучи находятся в ловушке, если слой теплого воздуха сверху и снизу ограничен холодным воздухом.

6-й рис. Радиоволны последовательно отражаются от ионосферы и зем< ли и неоднократно обегают землю.

бражения предмета (прямые и перевернутые), как в комнате со множеством зеркал. Этому явлению, собственно, и присвоено наукой название фата-морганы. Мы встречаемся с ним и в технике. Канал, границы которого возвращают (почти без потерь) падающие на них лучи, называется волноводом. Для микрорадиоволн, на которых работают, например, локаторы, волноводами могут служить металлические трубы. Для света — тонкие волокна стекла или струи воды. Попав внутрь волновода, свет или радиоволна уже не могут из него вырваться, пока не дойдут до его конца. Этим и пользуются для передачи микрорадиоволн или света от одного прибора к другому. Например, гибкие пучки тонких стеклянных волокон применяются теперь для освещения внутренних органов человека (скажем, желудка). Используется это явление и для праздничной иллюминации. Струи фонтана освещаются снизу и несут внутри себя свет до тех пор, пока не разбиваются на сноп сверкающих брызг. Оказалось, что такие волноводы существуют и в море. Там они образуются чередующимися прослойками воды различной температуры или солености. И вот, скажем, у берегов Франции при благоприятных условиях становятся слышными даже сравнительно слабые звуки, издаваемые под водой по другую сторону Атлантического океана, у американского побережья.

Мы видим, что достаточно было разгадать козни злой феи, чтобы она поступила к нам в услужение. Но есть область, где ее услуги особенно ценны и даже неизменно необходимы для нас.

ФАТА-МОРГАНА — ДОБРАЯ ФЕЯ РАДИОСВЯЗИ

Почему радиоволны обегают земной шар? Ведь они, подобно свету или звуку, должны быстро слабеть и гаснуть за линией горизонта. Вот тут-то и выручает нас фата-моргана.

Высоко над нами, на уровне около 100 километров, располагается слой сильно ионизированного воздуха (ионосфера). В нем радиоволны распространяются быстрее, чем в приземном воздухе, и, попав в него, они преломляются в сторону земли, как луч света, попавший в слой теплого воздуха. Поэтому радиослушатели, расположенные далеко за горизонтом, пользуются миражем той станции, которую они ловят (рис. 6).

Слой на высоте около 100 км отражает радиоволны только так называемого «среднего» диапазона; пути коротких волн хотя и изгибаются в этом слое, но недостаточно. Однако на высоте около 250 км имеется второй, сильнее ионизированный слой, который их возвращает на землю. Поэтому они тоже образуют миражи, и их тоже можно ловить по всему земному шару. Что же касается «длинных» волн, то они сильно поглощаются в ионосфере и миражей не образуют. Не образуют миражей и ультракороткие волны, беспрепятственно проникающие сквозь ионосферу и обеспечивающие, например, связь с космическими кораблями. Вот почему телевизионные передачи, ведущиеся на ультракоротких волнах, уже нельзя принимать далеко за линией горизонта.

Явления рефракции и миража бывают полезными и вредными для практической деятельности. И те и другие уже достаточно подробно изучены, и здесь нас не ожидают никакие загадки или непредвиденные открытия. Исследуя детали поведения миража, наука ищет средства управления этим явлением, с тем чтобы по возможности избавиться от его вредных последствий и расширить область его полезных применений.

Наверху — фотография города Мессины, а внизу — его миража.

29