Техника - молодёжи 1979-06, страница 14

СВЕТ И ЗВУК В ПРИРОДНЫХ ВОЛНОВОДАХ

ВАЛЕРИИ РОДИКОВ, кандидат технических наук

Предвидение Релея

Случилось это 27 марта 1898 года в южной части Тихого океана. Вахтенный немецкого корабля «Матадор» заметил на подветренной стороне в двух милях большой парусник, борющийся со штормом. Неизвестный корабль несся прямо на «Матадор». При ярком свете полной луны было видно, как огромные волны перекатываются через нос и бегут по палубе парусника. Это было необъяснимо и удивительно — в районе, где находился «Матадор», царил абсолютный штиль. Пораженные матросы столпились на палубе в ожидании катастрофы, но таинственный корабль внезапно переменил курс и оказался прямо перед форштевнем «Матадора». Ужас сковал моряков — столкновение неизбежно! Но странный парусник вдруг еще раз резко изменил курс и метрах в двухстах пересек путь «Матадора». В последний момент немецкие моряки увидали, как в одной из кают незнакомца вспыхнул свет, и через минуту загадочный корабль исчез.

Дело разъяснилось лишь в чилийском порту Калатеа-Буэна, где капитан «Матадора» ознакомился с рапортом датского коллеги, который сообщил, что 27 марта около полуночи во время сильного шторма в капитанской каюте взорвалась лампа, отчего сильно пострадал старший штурман. Когда сверили время и координаты двух кораблей, оказалось, что их разделяло 1700 км!

Случаи таких оптических миражей известны с древнейших времен. Своим возникновением они обязаны природным волноводам, имеющимся не только в атмосфере, но и в океанских глубинах и в толще Земли. Их можно сформировать и искусственно. Явление это изучено сравнительно недавно и характерно не только для света, но и для других колебаний — звука, радиоволн, сейсмических волн.

Процесс сверхдальнего распространения колебаний в естественных условиях во многом схож с передачей радиоволн по волноводам — полым металлическим трубам. Незадолго до второй мировой войны их применяли в радиолокаторах сантиметрового диапазона. Новый способ передачи электромагнитной энергии вызвал много недоуменных вопросов, ведь ломались все сложившиеся представления! Оказывается, для передачи ее совсем не обязательны два проводника или коаксиальный кабель с центральной жилой — достаточно полой металлической трубы! Кстати сказать, о возможности передавать энергию таким образом говорил еще в 1898 году английский физик Релей. Впоследствии было установлено, что волноводным эффектом обладают и стержни из диэлектрика. Их назвали диэлектрическими волноводами. Так теория намного обогнала свое воплощение в технике.

Загадка Земли Крокера

Миражи, обязанные своим возникновением оптическим волноводам, породили множество легенд и суеверий, их изображения нередко

(Г

высокая скорость v

средняя скорость v

низкая скорость v

СРеаняя скорость v

высокая скорость у

Специфичесиие изменения скорости волны по сечению области, в которой ее распространение вызывает волно-водный эффект (А). «Цепочка линз» — хорошая модель природных волноводов (Б).

встречаются в произведениях искусства.

В одном из залов Русского музея в Ленинграде висит картина Куин-джи «Фата Моргана близ Оресунда перед шведским берегом». Перед нами удивительный по красоте оптический мираж. На горизонте возникают города, башни, голубые озера; волшебные картины беспрерывно сменяют друг друга. Фата Моргана, именем которой названы такие миражи, была феей, сестрой легендарного короля Артура. Она обладала магическим свойством мгновенно возводить воздушные замки.

В сказке «Страшная месть» Гоголь рассказывает об иной проделке этой волшебницы: «За Киевом

показалось неслыханное чудо: вдруг стало видимо далеко во все концы света. Вдали засинел Лиман, за Лиманом разливалось Черное море. Бывалые люди узнавалй и Крым, горою поднимавшийся из моря, и болотный Сиваш. По правую руку была видна земля Галич-ская». Великий писатель подметил интересную особенность Фата Морганы — возможность неискаженной передачи изображений реальных объектов на большие расстояния.

Иногда миражи увеличивали число очевидцев исторических событий. В июне 1815 года жители бельгийского города Вернье наблюдали фрагменты битвы при Ватерлоо, которая проходила в 105 км от них. Зафиксированы и миражи-рекордсмены: в 1920 году служащие небольшой железнодорожной станции Багдад в США неоднократно любовались видами калифорнийского города Сан-Хозе, расположенного на расстоянии 800 км. Известны случаи, когда перед обитателями восточного побережья США возникали пейзажи Северной Африки.

Иногда миражи становились причиной географических «открытий», особенно в полярных районах. В 1906 году Роберт Пири в одной из своих отчаянных попыток достигнуть Северного полюса поднялся на вершину мыса Томаса Хаббар-да, находящегося на северной окраине Земли Акселя Гейберга. На северо-западе, милях в 120, Пири увидел заснеженные вершины гор. Позже он снова наблюдал неизвестные горы, но уже с одного из близлежащих островов. Достичь гор Пири не смог, но определил их координаты. Так на картах появилась доселе неведомая Земля Крокера. А потом ей пришлось разделить участь Земли Санникова: оба открытия пришлось «закрыть» — они оказались миражами.

Легенда о «Летучем голландце»— призрачном корабле, курсирующем в основном у побережья Южной Африки, тоже обязана своим происхождением Фата Моргане.

Чем же объясняются эти причуды природы? Попробуем разобраться. Один из основных оптических законов, о котором упоминается в сочинении Евклида (ок. 300 г. до н. э.), гласит: свет распространяется прямолинейно. Однако воздушный океан нашей планеты, на

Волноводный эффект в диэлектрическом стержне.

12