Отзовись, ионосфера!

• Подробности для любознательных
• Знакомьтесь: Р-126…
• Оптический телефон
• Невидимые молнии
• Тренажер «полет»

…Весело потрескивает костер. Вокруг него расположились уставшие за день туристы. Кто- то берет транзисторный приемник, крутит ручку настройки. Но, увы, эфир молчит. Что случилось? Почему вдруг нарушилась радиосвязь? Самые любознательные из ребят, наверное, вспомнят прочитанное о магнитных бурях, бушующих где-то высоко над Землей, о солнечном ветре, несущем к Земле мощные потоки заряженных частиц… А в общем-то, невелика и беда, если не работает сейчас радиоприемник. Есть ведь любимая гитара! И поплывут скоро над лесом пионерские походные песни. Но…

В тот же день и час где-то не сможет выйти на важный сеанс радиосвязи океанский лайнер, не свяжутся с материком полярники, работающие на дрейфующей станции, не поступят в метеоцентр данные с десятков автоматических метеостанций… И не перечислить всех больших и малых неприятностей, которыми может обернуться неожиданная потеря радиосвязи.

Вот почему прогноз «радиопогоды» так же важен сегодня, как прогноз погоды настоящей. Шаг за шагом приближаются ученые к решению этой сложнейшей проблемы. Мы хотим рассказать об открытии, которое сделала группа радиофизиков из Горького и Мурманска, возглавляемая Г. Г. Гетманцевым. Оно выявило принципиально новые возможности прогнозирования «радиопогоды».

Вначале давайте запасемся некоторыми нужными нам сведениями. Если океан иногда называют кузницей погоды, то кузницей «радиопогоды» ученые считают так называемую ионосферу — часть земной атмосферы, расположенную на высоте от 60 до 1000 км. Солнечные лучи, главным образом ультрафиолетовые, легко разбивают молекулы сильно разреженного на этих высотах воздуха. Образуются свободные электроны и ионы кислорода, азота, водорода. Иными словами, воздух ионизируется, в нем появляются заряженные частицы, а значит, он переходит в состояние плазмы, становится электропроводным. Больше полувека назад радиофизики установили, что короткие радиоволны отражаются от электропроводной ионосферы, словно от зеркала. Благодаря этому свойству ионосферы и существует коротковолновая радиосвязь. Подобно лучу света в зеркальном коридоре, короткие радиоволны многократно отражаются от ионосферы и огибают земной шар, поэтому принимать их можно в любой точке.

Однако если и сравнивать ионосферу с зеркалом, то следует обязательно добавлять: зеркало это весьма своенравное, непостоянное. Здесь, как и у земли, дуют ветры, проносятся вихри; тут сталкиваются осколки различных молекул; сюда вторгаются потоки солнечного ветра… Словом, ионосфера пребывает в постоянном движении, изменении. Из замечательного зеркала для радиоволн ионосфера может вдруг превращаться в своеобразный экран-поглотитель радиоизлучений. И, только глубоко изучив строение ионосферы, поняв особенности ее поведения в разных ситуациях, при разных условиях, можно научиться предугадывать состояние ионосферы, узнавать заблаговременно, скажем, время наибольших помех радиосвязи.

Но как уследить за ионосферой, невидимой и столь изменчивой, подвижной, словно калейдоскоп? Чтобы выяснить строение ионосферы, ученые запускают в небо геофизические ракеты, используют приборы, установленные на космических кораблях и спутниках. Однако все это одноразовые наблюдения: прибор вывели в исследуемую область, он измерил в определенное время нужные величины, передал их на Землю. А необходим такой способ наблюдений, которым можно пользоваться постоянно. И совсем было бы замечательно, если приборы при этом находились на земле, в обычных условиях.

Именно такой способ исследования ионосферы известен…

полвека. Действительно, уже много десятилетий ее изучают, посылая с Земли радиоволны. По качеству, величине отраженного от небесного «зеркала» сигнала можно довольно точно судить о плотности заряженных частиц в ионосфере. А от этого в конечном итоге и зависит «радиопогода». Однако давало радиозондирование ученым очень мало. Почему? Короткие радиоволны отражаются только самым верхним слоем ионосферы. Тогда как важнейшая для формирования «радиопогоды» область находится сравнительно низко — на высоте 70— 110 км. Она^то как раз и «молчала», никак не отзывалась на радиосигналы, которые ее попросту бесследно проскакивали. Как подобрать ключ к главному «тайнику» ионосферы?

В поисках ответа на этот вопрос у горьковских радиофизиков родилась необычная гипотеза. Суть ее вот в чем. Немного раньше описываемых событий советские ученые открыли, что в ионосфере текут постоянные токи. Причем происходит это как раз на тех высотах, которые особенно интересуют исследователей ионосферы. Этот постоянный ток, воздействуя на него мощным радиоизлучением, в принципе можно попытаться преобразовать в переменный. Зачем? Немного терпения, и сейчас все станет ясно. Сначала давайте разберемся, как это можно сделать. Интенсивную высокочастотную радиоволну надо направить узким пучком вверх. Она передает часть своей энергии свободным электронам ионосферы, ускоряет их, изменяет электросопротивление в облучаемой области ионосферы. Величину радиосигнала можно периодически изменять, или, как говорят специалисты, модулировать. .Пусть частота этого изменения будет низкой, например, звуковой. Тогда, очевидно, с этой же частотой станет изменяться электросопротивление облучаемой области ионосферы, где заряды будут то ускоряться, то замедляться. То есть постоянный ток преобразуется в переменный. Со школы известно, что переменный ток излучает электромагнитные волны… Вот вам и ответный сигнал от тайное тайных ионосферы! Параметры посылаемого сигнала известны. Величина и качество отраженного сигнала зависят, разумеется, только от состояния важнейшей области ионосферы. Остается расшифровать сигнал-отклик — выяснить характер ионосферных процессов, стоящих за его отличием от сигнала- зонда,— и тогда в руках ученых может оказаться новое орудие для исследования ионосферы, для предельно оперативного диалога с ней…

Приемную аппаратуру, подготовленную для проверочного эксперимента, увезли подальше от города в лес, чтобы уловить возможный отклик без помех, искажений. В первом же опыте был принят ответный радиосигнал ионосферы! Это были, как и ожидалось, электромагнитные волны низкой частоты — той, которой был промо- дулирован высокочастотный сигнал излучателя.

Чтобы окончательно убедиться в том, что верна и возникшая первоначально теоретическая модель явления, еще один эксперимент организовали в Заполярье. Если гипотеза верна, рассуждали ученые, то в полярных широтах, где ионосферные токи в сотни раз сильнее, интенсивность низкочастотного отклика должна быть значительно большей. Эксперимент, проведенный мурманскими радиофизиками, полностью подтвердил справедливость гипотезы. Причем, если под Горьким ответный сигнал был виден только на экране осциллографа, то в проверочных опытах в Заполярье отклик ионосферы был слышен обыкновенному человеческому уху! Мощная низкочастотная электромагнитная волна в более плотных слоях земной атмосферы возбуждала также звуковую волну.

Сегодня исследования ионосферы новым методом радиозондирования идут полным ходом. Ученые уже умеют определять по сигналу-отклику плотность ионосферных токов, напряженность электрических полей, концентрацию электронов. И с каждой новой особенностью в строении ионосферы, в ее поведении, которую удается «выследить», постоянно наблюдая за кузницей «радиопогоды», ближе становится и то время, когда можно будет заблаговременно прогнозировать качество радиосвязи.

В. МЕЙЕРОВ, инженер, г. Горький

Рисунки О. ТАРАСЕНКО

ЮТ №3 1984 год |