Приключения радиолуча

УРОКИ КОЗЬМЫ ПРУТКОВА

Слово «радио» латинского происхождения. В переводе оно означает «испускаю лучи». Смысловое значение довольно точно отражает суть: радио имеет дело с выпущенными на волю радиоволнами. Они в зависимости от типа испускающих их антенн могут быть собраны в луч, а могут разбегаться во все стороны. Именно радиоволны явились тем корнем, из которого произросло радио, а затем и все производные от него ветви, столь густо опоясавшие наше сегодняшнее бытие.

Прежде чем войти в современный радиомир, остановимся на таком, казалось бы, простом вопросе — что такое волны? Эта остановка оправдана тем, что у волн самой разной природы есть нечто общее, а именно: на языке математики в самом общем виде они подчиняются одинаковым законам.

У Козьмы Пруткова есть классическое поучение: «Бросая в воду камешки, смотри на круги, ими образуемые, иначе такое бросание будет пустою забавою». Может, таким образом наши далекие предки и познакомились с волнами? Во всяком случае возможностей для наблюдения волн у них было предостаточно. На воде волны возникают с необычайной легкостью, достаточно лишь дуновения ветерка. Взволнованная поверхность воды кажется нам естественной и очевидной. Поэтому, наверное, при упоминании о волнах непроизвольно возникает навеянный тысячелетними наблюдениями образ волны на воде: нечто бегущее, регулярно повторяющееся в пространстве и времени. Воспользуемся и мы этой традиционной моделью волнового явления, чтобы уяснить основные его особенности.

Такой способ — изучение какого-либо явления с помощью модели — широко распространен. Например, авиаконструктор исследует аэродинамику самолета на уменьшенной его модели в аэродинамической трубе. По этому же принципу действует конструктор судов. Он изучает поведение модели проектируемого корабля в бассейне с водой. Ученые описывают и исследуют окружающий нас мир, создавая его абстрактные модели, называемые теориями. Научная теория — тоже модель. Так и волны от брошенных в пруд камней — наглядная модель волновых явлений разной природы, в том числе и радиоволн.

Почему образуется волна в эксперименте, который рекомендовал Козьма Прутков?

Ударившись о поверхность воды, камень вытесняет воду. Вытесненная вода вспучивается вокруг камня, образуя кольцевой холмик. Иногда вода выталкивается так быстро, что часть ее отрывается от поверхности и разбрызгивается во все стороны.

Водяной холм не остается неподвижным — вода вокруг места, куда упал камень, приходит в сложное колебательное движение. Каждый небольшой объем воды движется вверх и вниз и с некоторой задержкой во времени приводит в такое же движение соседние с ним объемы воды.

Не всякое колебательное движение является волновым. Например, маятник настенных часов совершает колебательное движение, но это отнюдь не волна. Физики относят маятники к системам с сосредоточенными параметрами. При анализе маятник можно заменить одной колеблющейся точкой. А для волны нужна среда, которую нельзя представить в виде одной точки. Она — непрерывная совокупность точек. Физики относят подобные среды к системам с распределенными параметрами. При волне соседние точки среды одна за другой последовательно приходят в движение. В этом главная особенность волны — она «бежит», то есть перемещается в пространстве. Если на поверхности водоема плавают какие-нибудь предметы, например щепки, то при прохождении волны они будут подниматься и опускаться: сначала те, которые поближе к месту падения камня, а затем и те, которые подальше, то есть волна «бежит» с определенной скоростью. В колебательное движение приходит не сразу вся поверхность водоема, а постепенно от места зарождения катится волна, сменяясь то гребнем, то впадиной. Как и всякую скорость, в учебных и научных изданиях скорость распространения волны часто обозначают латинской буквой V.

Скорость волны зависит от природы жидкости, в которой она возникла. В более вязких по сравнению с водой жидкостях типа меда или сиропа волна бежит с меньшей скоростью и затухает гораздо скорее, чем в воде.

Но почему же волна продолжает распространяться даже после того, как возбудивший ее камень уже покоится на дне? Камень нарушил равновесие воды и привел ее в колебательное движение, а оно уже продолжает существовать независимо от вызвавшей его причины.

При первом взгляде на волну почти наверняка покажется, что частицы среды движутся, текут вместе с волнами. Однако начальное впечатление обманчиво. Волна бежит, а ее частицы остаются практически на своих местах. Щепки качаются на волнах, не приближаясь к берегу и не удаляясь от него.

Это свойство отметил еще в пятнадцатом столетии Леонардо да Винчи. Он писал о волнах: «Импульс гораздо быстрее воды, потому что многочисленны случаи, когда волна бежит от места своего возникновения, а вода не двигается с места, — наподобие волн, образуемых в мае на нивах течением ветров; волны кажутся бегущими по полю, между тем нивы со своего места не сходят». Ясно, Леонардо сознавал, что в то время как волна движется от одного места к другому, вода не идет вместе с ней. Волна — словно летящее известие: «Где-то что-то произошло». Она — возбужденное состояние среды. Сама среда, как и колосья нив из примера Леонардо, остается на месте, а бежит вперед лишь ее возбуждение.

Если подержать палец достаточно низко над поверхностью воды, то можно ощутить каждый проходящий гребень волн, разбегающихся от места падения камня. Расстояние между двумя соседними гребнями или впадинами называют длиной волны. Ее обычно обозначают греческой буквой λ (лямбда).

Легко можно измерить и другую важную характеристику волны — частоту ее колебаний. Для этого нужно в момент касания пальца гребнем волны запустить секундомер и считать следующие набегающие гребни. Их количество за одну секунду есть значение частоты колебаний. Ее обычно обозначают латинской буквой f. Измеряют ее в герцах (сокращенное обозначение Гц), Единица измерения частоты названа так в честь немецкого ученого Генриха Герца, впервые экспериментально получившего радиоволны. Один герц означает, что за одну секунду гребень волны касается пальца один раз, два герца — два раза и так далее. Частота характеризует не только волны, но и любые колебания. Например, для маятника часов частота будет равна количеству колебаний маятника в секунду.

Есть еще одна характеристика колебаний, которой часто пользуются: это время, за которое совершится полный цикл одного колебания. Его называют периодом и часто обозначают буквой Т. Для козьмыпрутковского примера период равен промежутку времени, которое пройдет между двумя последовательными касаниями пальца гребнем волны. Для маятника настенных часов период — это время, за которое он вернется в первоначальное крайнее положение. Чем чаще колеблется волна, то есть чем выше ее частота, тем меньше период. Значит, частота и период — величины взаимосвязанные, а точнее — их зависимость обратнопропорциональная. Зная частоту, можно найти период колебания и наоборот. Математически их взаимосвязь выражается просто f= 1/T. Перейдя к волнам и памятуя о том, что длина волны есть расстояние между двумя гребнями, можно без труда написать формулу для ее определения λ= vT или, иными словами, длина волны есть расстояние, которое волна проходит за один период колебания.

Кстати, шкалы радиоприемников, которыми мы пользуемся, градуируют по-разному: когда дают длины волн в метрах, а когда частоту в килогерцах (один килогерц равен тысяче герц, то есть тысяче колебаний в секунду) или в мегагерцах (мегагерц равен миллиону герц, то есть миллиону колебаний в секунду). Сопоставить эти две зависимые величины нетрудно. Из двух вышеприведенных формул легко получается полезная для нашей повседневной жизни (ведь все мы пользуемся радио и телевидением) формула λ = c/f. Латинской буквой «с» обозначена скорость света в воздухе, ее мы поставили вместо v. Именно с такой скоростью, как мы знаем, «бегут» радиоволны. Для практических расчетов ее принимают равной 300 тысячам километров в секунду. Если мы хотим перевести частоту колебаний волн в мегагерцах в длину волны в метрах, то удобно пользоваться таким простым соотношением λ (м) = 300/f (Мгц).

Вот еще одна характеристика колебаний, а следовательно и волн, которая часто упоминается, — амплитуда. У моряков есть такой термин: «глубина зыби». Это вертикальное расстояние от впадины до гребня. Амплитуда — половина глубины зыби. Чем большего размера камень мы бросим, то есть чем больше мы затратим энергии, тем больше будет и амплитуда волны.

Амплитуда, частота, длина волны — эти характеристики довольно наглядны, зримы. Но вот такое фундаментальное, можно сказать, понятие, как фаза, пожалуй, сложнее. Чтобы почувствовать его смысл, опять вернемся к нашему водоему и одновременно бросим в него два камня, только в разные места. От каждого камня по воде побегут волны, и в конце концов они достигнут какой-либо щепки, выбранной нами для наблюдений. Щепка начнет качаться на волнах вниз-вверх. Возникает вопрос: будет амплитуда качки больше или меньше, чем при бросании одного камня? Как мы знаем из опыта, может быть и так и этак: все зависит от того, в какой фазе придут к щепке обе волны. Если месторасположение щепки таково, что до нее доходят первые гребни от каждой волны одновременно, то к ней одновременно будут приходить и все последующие впадины и гребни каждой из волн. Тогда амплитуда качаний щепки будет в два раза большей, чем при бросании одного камня. В этом случае говорят, что волны находятся в фазе. Строгости ради надо сказать, что для упрощения ситуации молчаливо предполагалось условие: оба камня одинаковы и падают с одной и той же высоты. Тогда и вызванные ими волны одинаковы.

Но может быть и такое, что к щепке одновременно придут гребень одной волны и впадина другой. Поскольку мы посчитали волны одинаковыми, то гребень и впадина погасят друг друга и щепка не шелохнется. В этой ситуации говорят, что волны пришли в противофазе.

Между рассмотренными двумя крайностями — от двукратного усиления суммарной волны до ее полного погашения, разумеется, возможны промежуточные варианты, и суммарная волна может быть и посильнее и послабее каждой из волн. Что же определяет те точки, где волны встречаются либо в фазе, либо в противофазе? Очевидно, разность расстояний от щепки до мест падения камней.

Из приведенного примера понятно, что фаза — это состояние колебательного или волнового процесса в данный момент времени. Когда две волны прибегают в какую-либо точку в одинаковом состоянии, то есть в фазе, то говорят, что разность фаз равна нулю, и при наложении волн, как мы видели, амплитуда волны возрастает. Если их состояние противоположно, например, у одной волны — гребень, у другой — впадина, то разность фаз равна 180 градусам. Как и углы в геометрии, фаза измеряется в градусах или радианах.

То явление, что мы рассмотрели — усиление или ослабление волн (не обязательно двух) при наложении (или, по-научному, суперпозиции) в зависимости от разности их фаз, — называется интерференцией. Поскольку мы живем в мире волн, то часто с ней встречаемся. Например, в концертных и кинозалах, когда в результате интерференции музыка с некоторых мест практически не слышна.

Рассмотренная нами картина распространения волн на поверхности воды довольно приближенная, но ее вполне достаточно, чтобы напомнить о таких основных параметрах волны, как частота, длина волны, скорость распространения, амплитуда, фаза.

НА СУШЕ И НА МОРЕ

Обратимся к научному определению волны, данному в «Физическом энциклопедическом словаре»: «Волны — это изменения состояния среды (возмущения), распространяющиеся в этой среде и несущие с собой энергию… Основное свойство всех волн независимо от их природы состоит в том, что в волнах осуществляется перенос энергии без переноса вещества (последний может иметь место как побочное явление). Волновые процессы встречаются во всех областях физических явлений, поэтому их изучение имеет большое значение…»

Да, мир полон волн! Рвущаяся наружу энергия недр нашей планеты разносится от эпицентра подземными волнами землетрясений и их морскими собратьями — цунами. Наш спутник Луна вызывает приливные волны. В океане изредка прогуливаются «волны-людоеды». Еще в прошлом веке моряки передавали из уст в уста страшные истории. Будто без вести пропадают суда у африканских границ Индийского океана, а волны «пожирают» людей. Многие моряки недоверчиво посмеивались, считая, что это все сплетни, пока в 1979 году не произошла история с тяжелогрузным танкером «Синклер» у южных берегов Африки. Синоптики предсказывали, что через несколько часов танкер войдет в зону шторма, и команда крепила груз на палубе. Вдруг кто-то закричал. Все замерли в ужасе. Со стороны океана при полном безветрии на танкер надвигалась волна высотой с десятиэтажный дом. Люди ухватились за что попало. Бежать было поздно, чудовищная волна надвигалась с огромной скоростью. Масса воды обрушилась на палубу. Танкер завертелся, как пробка в водовороте. Многих недосчитались тогда. И приведенная история далеко не единственная. Одним ударом такая волна может подмять под себя могучий сухогруз, переломить стальной хребет танкеру.

Волна высотой в 30 метров образует воронку, в которую может провалиться даже очень крупное судно. Волны-гиганты встречаются в разных районах Мирового океана, но у южных берегов Африки они достигают самых больших размеров. Специалисты считают, что подобные волны — отголоски далеких штормов. Они возникают также, когда большая волна идет против морского течения. Так образуются особо опасные гребни.

Волны бродят не только на поверхности, но и в глубинах океана. Там их амплитуда достигает сотни метров. Явление мертвой воды, когда судно вдруг, будто натолкнувшись на какое-то вязкое подводное препятствие, резко теряет скорость, обязано своим происхождением внутренним волнам. Они составляют одну из важнейших проблем современной океанологии, поскольку без познания их природы нельзя до конца понять динамику вод Мирового океана и связанные с ней процессы.

А волна, прозванная тягуном, когда вдруг без видимых причин суда у причалов начинают совершать сначала медленные, а потом все более быстрые движения вперед-назад. Период таких колебаний обычно составляет одну-три минуты, амплитуда — пять и более метров. Скрипят кранцы, трещат борта, оглушительно лопаются швартовые тросы. Порой не выдерживает даже корпус, и судно тонет тут же, у причала. А на море может стоять полный штиль. Обычно тягун возникает внезапно и сразу захватывает всю акваторию порта. Особенно он опасен для танкеров: порвись идущие на берег шланги — ив море устремится нефть.

Хотя тягун давно известен морякам, изучать его природу начали только после второй мировой войны. И разобраться в ней до конца пока не смогли. Одной из причин зарождения тягуна считают так называемые длинные волны. Они могут возникнуть далеко в море и иметь небольшую высоту. Но вблизи берега картина меняется. По мере уменьшения глубины растет высота волн. Происходит своего рода отбор волн: некоторые из них подавляются, а другие, наоборот, растут очень быстро.

На подходах к большинству из портов, подверженных тягуну, существуют условия для концентрации волновой энергии. Рельеф дна, мысы нередко играют роль громадных линз, которые концентрируют энергию в пучок и направляют ее в гавань.

В межзвездных далях тоже «гуляют» волны — ударные. Они, хотя подчас и вызывают у людей страх, волнение и удивление, в отличие от землетрясений и цунами не приводят к катастрофическим для Земли последствиям. Жизнь на Земле вряд ли была бы возможна, если бы создаваемые в результате ядерных реакций ударные волны не поддерживали горение Солнца. До сих пор до конца не понятно влияние ударных волн, порожденных взрывающимися звездами и галактиками, на общую картину мироздания. Каков их вклад в заполнение огромных пространств разреженной плазмой и электромагнитными полями? Возможно, и наша Солнечная система обязана своим существованием космическому взрыву, когда ударная волна разметала повсюду элементы, из которых впоследствии образовались Земля и в конечном счете разнообразные формы жизни, развившиеся на ней. Да и все вещество вокруг нас и в нас самих — словом, всюду в природе — состоит из частичек, у которых есть второе лицо. Они не только материальные частицы, но и волны. Это так называемые «волны материи». Когда в 1923 году французский физик Луи де Бройль заговорил о них, то большинство ученых не поверило. Однако опыты неопровержимо доказали: крошечные кирпичики мироздания — электроны и протоны — не только частицы, но и волны.

Щебетанье птиц и шелест листвы, голоса людей и музыку, стук вагонных колес и рев автомобилей, в общем — все то, что заставляет колебаться воздух, мы слышим благодаря звуковым волнам. Когда через ушную раковину волны попадают в наше ухо, они вызывают колебания тонкой перепонки. Чем выше звук, то есть больше его частота, тем чаще колеблется эта перепонка, чем ниже звук, тем меньше колебаний. Однако наше ухо устроено довольно странно: самый низкий звук, который мы в состоянии услышать, должен иметь по крайней мере 16 колебаний в секунду. Если таких колебаний будет меньше, наша перепонка останется неподвижной, и мы услышим… тишину. Но тишина бывает обманчивой…

В начале тридцатых годов в одном театре ставилась пьеса. Чтобы усилить психологическое воздействие на зрителей в каком-то эпизоде, режиссер обратился за помощью к известному американскому физику Роберту Вуду. Ученый предложил применить обыкновенную органную трубу, но только таких размеров, чтобы излучался неслышимый человеческим ухом инфразвук. Когда заработала труба, зрителей охватила паника, и они бросились вон из театра. Им показалось, что началось землетрясение и потолок вот-вот обвалится. Беспокойство охватило также жителей соседних домов.

Инфразвук возникает и в естественных условиях и действует на людей также трагически. Чаще он проявляет себя в прибрежных районах. Известно, что при зарождении в океане шторма на берегу резко ухудшается состояние больных, возрастает число самоубийств и дорожно-транспортных происшествий. Виновник — порожденный океаном инфразвук.

Загадкой происхождения инфразвука занимался академик М. В. Шулейкин. В 1935 году он выступил в «Докладах АН СССР» с теорией возникновения инфра-звуковых колебаний в океане. При штормах и сильных ветрах над волнистой поверхностью моря рождаются инфразвуковые колебания. При скорости ветра в 20 метров в секунду мощность таинственной неслышимой волны может достигать трех ватт с каждого квадратного метра фронта волны. Сравнительно небольшой шторм становится как бы генератором инфразвука мощностью в десятки киловатт. Основное излучение инфразвука идет приблизительно в диапазоне 6 герц. Опыты показали, что инфразвуковая волна слабо затухает с расстоянием. В принципе он может распространяться без значительного ослабления на сотни и тысячи километров как в воздухе, так и в воде, причем скорость волны в воде в несколько раз превышает скорость волны в воздухе.

Некоторое время назад в печати появились сообщения об опытах профессора Гавро. Он получил новые факты о биологической активности инфразвука. Профессор предположил, что причиной неприятного воздействия на организм человека является совпадение частот инфразвука и альфа-ритма головного мозга. Инфразвуки определенных частот могут вызвать у человека ощущение усталости, тоски, морской болезни, привести к потере зрения и даже к смерти. Ученый пришел к выводу, что инфразвук с частотой 7 герц смертелен для человека и что, подобрав соответствующим образом фазу волны, можно остановить сердце.

«Голосом моря» назвали инфразвук, порождаемый водной стихией. Вполне возможно, что при определенных условиях частота колебаний «голоса моря» увеличивается всего на один герц — на одно колебание в секунду, — и тогда инфразвуковая волна становится смертельной.

Инфразвук вездесущ. Он почти одинаково распространяется в твердой, жидкой и газообразной средах.

Нередки инфразвуковые явления и в городах. Например, в Москве при замерах уровня шумов под автомобильной эстакадой в районе Савеловского вокзала рабочие, проводившие эти работы, жаловались на неприятные ощущения в ночное время, когда интенсивность движения по эстакаде, наоборот, спадала. После исследований, проведенных НИИ строительной физики, оказалось, что ночью в результате движения воздуха под эстакадой происходит усиление инфразвуковых колебаний — отсюда и ухудшение самочувствия. При проектировании современных строительных объектов стараются предусматривать и меры инфразвуковой защиты.

Инфразвуковые эффекты возможны и в космонавтике. При старте на активном участке траектории, когда работают двигатели, и при вхождении возвращающегося на Землю космического корабля в плотные слои атмосферы корабль испытывает низкочастотные вибрации значительной амплитуды. Размеры космических конструкций настоящего и будущего таковы, что в них возможно возникновение резонансных колебаний на биологически опасных частотах.

Хотя мы и не слышим инфразвуки, они, как выяснилось, воспринимаются нашим подсознанием. Летом 1986 года три японские компании выбросили на здешний рынок необычный товар — музыкальные магнитофонные кассеты с наложенным на пленку низкочастотным, неуловимым для слуха текстом. Новинка имела успех. Неслышимый голос убеждает человека бросить курить, соблюдать диету, спокойно спать, преодолевать стрессы и даже пробуждает нежные чувства.

На новый товар сразу обратили внимание менеджеры корпораций и фирм, видя в нем одно из средств повышения производительности труда служащих. Но есть и скептики. «Стоит ли увлекаться экспериментами над собственным подсознанием?» — ставят они вопрос. Ведь такой метод можно обратить и во зло, например для «промывки мозгов».

А если увеличивать частоту колебаний звуковой волны: 16, 100, 1000, 10 000 колебаний в секунду — звук становится все более пискливым… 13 000, 14 000, 15 000— писк становится еще тоньше… 16 000 колебаний в секунду — и вдруг тишина… Наша барабанная перепонка не в состоянии колебаться так быстро. Правда, некоторые люди воспринимают и более высокие колебания, но это исключение.

Интересное совпадение: то же самое число 16 определяет порог и зрительного восприятия. Наш глаз реагирует на раздражение примерно в течение ¹/₁₆ секунды. Если наблюдаемое нами движение подразделяется на отдельные кадры, промежуток между которыми длится менее ¹/₁₆ секунды, то мы не в состоянии различить кадры, и движение кажется нам плавным. На этом свойстве глаза основано кино и телевидение. В фильмах немого кино сразу бросаются в глаза угловатые движения людей, их подпрыгивающая походка. Ведь в первых кинокартинах проецировали лишь 16 кадров в секунду. При передаче более 16 кадров в секунду мы не заметим «пульсаций» перемещающихся на экране изображений: движение будет плавным и непрерывным. Поэтому в кино и телевидении частоту кадров приняли с некоторым запасом — 25 герц.

Более 30 лет назад в Америке проводились опыты по воздействию на подсознание зрительных образов. Тогда в прокатные ролики, рассчитанные на 24 кадра в секунду, монтировали кадр, содержащий рекламу кока-колы. Глаз не замечал кадра с бутылкой, по подкорка срабатывала, и потребление напитка выросло на 58 процентов.

Подсознательная зрительная реклама вызвала много протестов и была запрещена как нарушение прав человека. Тогда обратились к звуковому варианту. Задача оказалась довольно сложной. На разработку магнитофонной аналогии ушло много времени. Только лет пять назад в некоторых американских супермаркетах стали прокручивать кассеты с неслышимым призывом — «не воруй». И действительно, число краж сократилось на 40 процентов. Но в США и к звуковому подсознательному внушению относятся с подозрением, а вот в Японии оно пока процветает…

Волновой механизм универсален. Волны огня, температурные и химические волны, волны в потоках транспорта, волны в биологических процессах, в частности в работе сердца и нервной системы, волны в популяциях — сообществах биологических организмов, волны эпидемических катастроф, автоволны… всюду волны!

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ «КОКТЕЙЛЬ»

Мы еще не коснулись самого обширного семейства волн — электромагнитного… А ведь окружающее Землю пространство, в том числе и та часть, непосредственно к ней прилегающая, в которой мы живем, подобно гигантскому «коктейлю» из электромагнитных волн. Правда, стало об этом известно сравнительно недавно — лет сто назад, хотя с рождения мы знакомимся с одним из компонентов смеси — видимым светом.

Нас окружает океан света, состоящий из множества тонов и оттенков. Тренированный глаз художника или красильщика в состоянии различить свыше 10 тысяч цветовых тонов. Мы обычно не задумываемся, что каждый цвет представляет собой электромагнитную волну со своей вполне определенной длиной. И организм, как чуткий камертон, по-разному отзывается на каждую из цветовых волн. Реакция человеческого глаза и мозга на разные длины волн и дает нам ощущения, которые мы называем цветом.

Процесс цветового восприятия до конца не познан. Свидетельство тому — новая работа английских ученых. Согласно их теории цвет предмета «вычисляется» мозгом не только на основании длины волны отраженного от предмета света, но и в зависимости от соотношения интенсивности различных цветов, что, кстати, играет главную роль. Теорию удалось экспериментально проиллюстрировать. По их концепции, цвет — продукт «вычислений» мозга.

Но как бы ни происходила в мозгу «раскраска» окружающего мира, с древних времен было подмечено, что красный цвет возбуждает, черный угнетает, зеленый успокаивает, а желтый создает хорошее настроение.

Цвет может и врачевать. Крупнейший русский невропатолог, психиатр и психолог Владимир Михайлович Бехтерев твердо верил, что будущее медицины — не в таблетках, а в натуротерапии, то есть в лечении природными факторами, в том числе и цветовыми волнами.

Доказано, что черный цвет может замедлить течение мозгового инсульта и малярии, красный помогает при лечении бронхиальной астмы, голубой замедляет пульс и понижает температуру. Больным глаукомой, как считают врачи, полезно носить очки с зелеными стеклами, а гипертоникам с дымчатыми. Исследования показали, что при красном освещении слуховая чувствительность человека понижается, а при зеленом — повышается. «Холодные» тона стимулируют белковый обмен, а «теплые», наоборот, тормозят.

Вот, оказывается, как много для нас значит цвет. Если школьный класс окрасить в белый, бежевый или коричневый цвета, то станет лучше успеваемость и дисциплина. В производственных помещениях, окрашенных в голубой и бежевый цвета, повысится производительность труда.

Интересно, что с помощью лишь правильно подобранной цветовой гаммы, без других ухищрений ученые увеличивали яйценоскость кур, продуктивность коров и рост шерсти у овец, повышали содержание полезных веществ в лекарственных растениях, заставляли цветы распускаться в нехарактерное для них время.

Интересную и важную проблему поставили перед собой сотрудники Всесоюзного НИИ оптико-физических измерений — создать государственный эталон цвета. Для этого надо дать четкую, однозначную цифровую характеристику, своеобразный стандарт, всем цветам, всем оттенкам, которые есть в природе, а их, как мы знаем, превеликое множество. У одного только черного цвета свыше тысячи оттенков, и все их можно различить. Правда, уловив различие, мы в большинстве случаев не можем объяснить, в чем оно состоит. Для начала в эталон планируется внести около десяти тысяч цветовых вариантов.

Конструктивно эталон цвета — комплекс точнейших электронных оптических устройств. Приборы эти найдут применение во многих отраслях промышленности, медицине, сельском хозяйстве — всюду, где нужны точные измерения цвета.

Ведь цвет — не только внешний вид, так сказать внешнее восприятие, но во многих производствах он служит важнейшей характеристикой качества. Например, в нефтеперерабатывающей промышленности октановое число бензина легче всего определить по цвету. А в пищевой промышленности естественный цвет продукта напрямую зависит от его качества, идет ли речь о томатной пасте, хлебе, колбасе, разного рода напитках. В медицине такой прибор станет полезным помощником при массовой диспансеризации: за несколько минут по радужной оболочке вашего глаза ЭВМ даст исчерпывающую информацию о вашем здоровье.

Мы уже говорили о влиянии звуковых волн на организм человека. Радиоэлектроника смогла объединить цвет и звук в одном устройстве. Родилась цветомузыка — дитя двух муз. Совместное влияние цвета и звука на организм человека дает возможность направленно воздействовать на его состояние. Опыты по цветомузыке ставил еще Скрябин, ей отдали дань Римский-Корсаков, Кустодиев, Борисов-Мусатов… Композиторы и художники шли навстречу друг другу: их искусства роднит динамика, заключенная в цвете и звуке.

И вряд ли им были бы по душе цветовые блики и грохот дискотек, подмигивающие в определенном ритме цветные фонарики в приставках для бытовой аппаратуры. Такая цветовая музыка оглушает, ослепляет и опустошает. Но цветомузыка может ввести вас в мир прекрасной гармонии цвета и звука, а если вы устали и чем-нибудь взволнованы, то и успокоить.

В одной из московских больниц испытывали небольшой портативный прибор. На лицевой стороне его — экран, обрамленный раструбом, который изолирует пациента от внешних воздействий. Прибор создает цветозвуковые волны, приводящие человека в определенное состояние, например успокоенное, расслабленное. Представим себе на минуту возможное рабочее место будущего: интерьер, который воздействует на людей цветом, звуком, запахом, колебаниями температуры, движением воздуха, геометрией помещения. Все факторы при комплексном воздействии создают приятные впечатления, которые освежают восприятия, снимают усталость от трудовых операций.

Не об этом ли мечтал Велимир Хлебников?

А вот еще один пример синтеза света и электроники — лазерная арфа. Ее создал один французский инженер. Вместо струн в инструменте лучи лазера, прерывая которые пальцами, музыкант получает звуки различной высоты, регулирует их силу и продолжительность. В столь необычной арфе используются специальные фотоэлектрические датчики и система зеркал.

Видимый свет всего лишь малая толика из обширнейшего электромагнитного семейства, чьи волны простираются от самых «неповоротливых», которые колеблются с частотой всего несколько герц, до столь «шустрых», что частота их колебаний достигает 10²³ (величина огромная — число 10, помноженное само на себя 23 раза) раз в секунду, что соответствует длине волны в миллиардные доли микрона. Напомним, что микрон равен одной миллионной доле метра. В настоящее время в связи с упорядочением единиц измерения микрон стали называть микрометром.

Для измерения столь малых величин шведским физиком и астрономом А. Й. Ангстремом в 1868 году была введена новая единица измерения длины в сто миллионов раз меньше сантиметра. Единицу так и назвали ангстремом (один ангстрем равен 10^—8 см). Частоте 10²³ герца соответствует длина волны в три стотысячные доли ангстрема (3∙10^—5 ангстрема). Длины волн видимого человеком света лежат в диапазоне от четырех тысяч до семи тысяч ангстрем.

Кроме видимого света, весь обширнейший спектр электромагнитных волн недоступен нашему непосредственному восприятию. Правда, результаты его воздействия на человеческий организм часто проявляются в косвенной форме и далеко не всегда тот же час. Например, невидимый глазу ультрафиолетовый свет, волны которого колеблются чаще, чем у его соседа по частотной шкале — фиолетового света, «окрашивают» нашу кожу загаром.

Ультрафиолетовый диапазон определяется приблизительно как область длин волн от 100 до 4000 ангстрем. Для удобства он подразделяется на более мелкие участки. Участок диапазона от 100 до 1800 ангстрем получил название вакуумного ультрафиолета, потому что эти волны сильно поглощаются в воздухе и изучать их можно лишь в вакууме. Участок 1800—2800 ангстрем называется коротковолновым, или далеким ультрафиолетом. Он проходит сквозь кварцевое стекло. Область 2800—3000 ангстрем называют средним ультрафиолетом. Именно ему мы обязаны загаром. Участок диапазона 3000—4000 ангстрем называют длинноволновым, или ближним ультрафиолетом. Его излучение пропускает обычное оконное стекло. Кстати, пчелы могут видеть в ближней ультрафиолетовой области, которая невидима для людей. Это позволяет им ощущать различие в цветах, которое людям недоступно.

Подобной же способностью обладают и муравьи. Причем еще в прошлом веке она была использована во благо науки для открытия невидимых звезд и туманностей, испускающих ультрафиолетовое излучение. Французские астрономы братья Анри приставили коробку с муравьями к окуляру телескопа, который направлялся на исследуемый участок неба. Как только муравьи начинали суетиться, это означало, что ими «открыта» новая звезда.

Все заявки братьев Анри, поданные на открытие новых звезд, были позднее подтверждены более точными исследованиями.

Ультрафиолетовые лучи, да и сине-фиолетовая часть видимого спектра, к ним примыкающая, далеко не безвредны для глаз. Ультрафиолет, попадая в глаза, может послужить источником глазных болезней. Синий же свет фокусируется несколько впереди сетчатки, а от этого изображение становится нечетким, мутноватым. Вот если с помощью специального светофильтра устранить сине-фиолетовую часть света и пропускать только видимые лучи, которые фокусируются непосредственно на сетчатке, то зрение будет более острым. Кроме того, если пользоваться днем специальными солнцезащитными очками, не пропускающими ни синих, ни ультрафиолетовых лучей, то улучшится и ночное зрение.

Но надо помнить, что речь идет о специальных очках. Обычные же солнцезащитные очки могут быть и вредны для глаз. Ведь наши глаза своего рода автоматическая система. При ярком свете зрачки сужаются, ограничивая поступление света, а ночью, наоборот, расширяются. Обычные защитные очки, уменьшая поступление света в глаза, способствуют расширению зрачков, в глаза попадает больше синих и ультрафиолетовых лучей, не очень-то желательных для наших органов зрения.

Земной поверхности в обычных условиях достигают ультрафиолетовые лучи, длины волн которых более 2900 ангстрем. Остальной более коротковолновый ультрафиолет гасится в озоновом слое. Ученые считают, что озоновая оболочка возникла около 420 миллионов лег назад. Ранее жизнь в относительной безопасности могла развиваться только в океане.

Наблюдения, проведенные с помощью искусственных спутников Земли, показали, что ежегодно в течение месяца над Антарктикой количество атмосферного озона уменьшается на 60 процентов, то есть образуется нечто вроде «озонной дыры», по площади равной территории США и простирающейся от Антарктиды до оконечности Южной Америки. Уровень озона в ней резко снижается в октябре, когда в Южном полушарии начинается весна. В последние годы это явление стало более выраженным. «Дыра» начинает исчезать в ноябре, когда заканчивается многомесячная полярная ночь.

Специалисты полагают, что защитный слой озона вокруг Земли разрушается быстрее, чем предполагалось. А это может иметь неприятные последствия. Озон в верхних слоях атмосферы отражает свыше 99 процентов ультрафиолетового излучения Солнца. По оценкам, потеря даже 2,5 процента озона может нанести ущерб растениям и животным и стать причиной полумиллиона случаев заболеваний раком кожи ежегодно.

Еще выше по частотной лесенке соседствуют с ультрафиолетом знакомые нам по рентгенкабинету рентгеновские лучи. Они легко проходят сквозь наше тело, только кости оказываются для них более серьезной преградой. Вот почему на рентгеновских снимках человек выглядит таким полупрозрачным. Сам рентгеновский свет, разумеется, невидим, а врач, просвечивая пациента с помощью рентгеновского аппарата, рассматривает внутренние органы человека на особом экране. В тех местах экрана, куда попадают рентгеновские лучи, он светится обычным светом.

Интересно, что первый в России рентгеновский аппарат сделал… изобретатель радио Александр Степанович Попов в феврале 1896 года, спустя месяц после выхода в свет брошюры Рентгена «О новом виде лучей». Благодаря деятельности Попова на кораблях русского военно-морского флота впервые в мире были установлены рентгеновские аппараты. Еще во время войны с Японией на легендарном впоследствии крейсере «Аврора» старший врач В. С. Кравченко проводил рентгенографию раненым.

Четкой границы между ультрафиолетовым и рентгеновским диапазонами нет. Обычно считают, что длина самых низкочастотных рентгеновских волн доходит до 1000 ангстрем. Так что нижняя граница рентгеновских лучей вклинивается в вакуумный ультрафиолет. Длина волны самого высокочастотного рентгена принимается примерно равной одной десятитысячной ангстрема (10^—4 ангстрема). Рентгеновское излучение с длиной волны больше двух ангстрем считается мягким, а с меньшей — жестким. То есть чем больше частота колебаний рентгеновских волн, тем жестче излучение, тем большей энергией оно обладает.

«Пахнут ли рентгеновские лучи?» — этот вопрос может показаться странным. Но оказывается, что способностью их унюхать обладают крысы. Они чувствуют малые дозы рентгена, совершенно безвредного для них. Каким образом? Косвенным. Их обоняние столь чувствительно, что они улавливают даже малые изменения запаха воздуха в результате его ионизации рентгеном.

Человек имеет в основном дело с рентгеновскими лучами, полученными искусственно: на Землю природный рентген, рожденный на Солнце или в глубинах Вселенной, не пропускается атмосферой — нашим спасительным зонтиком, защитницей от губительных космических излучений.

А ведь космический рентген может многое поведать о тех процессах, которые совершаются в глубинах Вселенной. Поэтому с началом космической эры из астрономии выделилась новая многообещающая область — рентгеновская астрономия. Действительно, вещими оказались слова К. Э. Циолковского: «Только с момента применения реактивных приборов начнется новая великая эра в астрономии: эра пристального изучения неба».

До появления спутников рентгеновское излучение изучалось с помощью ракет с высотой подъема более 100 километров. Ни самолет, ни стратостат такую высоту не одолеют. Но время полета ракеты — минуты. Это ее главный недостаток. Много информации за такое время не соберешь.

Второй советский искусственный спутник третьего ноября 1957 года доставил в космос приборы, регистрирующие рентгеновское излучение. Такие же эксперименты были начаты в США спустя три года.

Сразу было сделано интересное открытие — в отличие от более или менее постоянного ультрафиолетового излучения рентгеновский поток пульсировал. Спокойные периоды сменялись бурными, когда интенсивность излучения возрастала в десять раз.

Пядь за пядью «ощупывая» нашу звезду приборами, ученые определили, что рождается рентгеновское излучение над поверхностью Солнца в короне, вернее, в отдельных небольших областях короны, так называемых конденсатах. Конденсаты тесно связаны с солнечными пятнами: они одновременно с ними возникают и исчезают.

Температура в конденсатах очень высока — 3— 5 миллионов градусов. Для сравнения: температура на поверхности Солнца — шесть тысяч градусов, в короне — миллион. Именно поэтому атомы в конденсатах теряют электроны и становятся источниками рентгеновского излучения. Так была найдена природа солнечного рентгена — его порождает разогрев небольших участков короны.

Исследователей особенно интересуют вспышки — гигантские взрывы в солнечной атмосфере. Для исследования вспышек в Физическом институте АН СССР имени Н. П. Лебедева была создана прецизионная аппаратура. С ее помощью ученые выяснили, что вещество вспышки нагревается до 30—50 миллионов градусов и порождает резкий всплеск жесткого рентгеновского излучения, в тысячу раз превосходящего рентгеновский поток от конденсатов.

Но где источник чудовищного взрыва, эквивалентного миллиарду водородных бомб? На Земле при современном уровне электродобычи такую энергию можно получить за 1000 лет. Ученые пришли к выводу, что вспышка черпает свою энергию из магнитного поля Солнца. При вспышке поле перестраивается таким образом, что в плазме солнечной короны возникают мощные электрические токи, подобно тому, как образуются они в динамо-машине. Эти-то токи и нагревают солнечное вещество до чудовищных температур. Но иногда при вспышке происходит как бы «разрыв» токовой цепи, и в этом месте частицы плазмы ускоряются до колоссальных энергий и вырываются в пространство. Некоторые из них — протоны, обладающие высокой проникающей способностью, могут быть опасными для космонавтов. Но не только Солнце источник космического рентгена, в настоящее время обнаружено более сотни галактических объектов — источников рентгеновского излучения.

За рентгеновским диапазоном лежат еще более жесткие, то есть несущие еще большую энергию, электромагнитные волны — гамма-лучи. Подчас гамма-излучение и рентгеновские лучи не отличишь друг от друга. Обычно те электромагнитные волны, которые порождаются ядрами, называют гамма-излучением, а те, которые атомами, — рентгеновскими лучами. Но если их частота совпадает, то физически эти волны отличить уже невозможно, каков бы ни был их источник.

За свою большую энергию гамма-лучи иногда называют гамма-квантами. Их энергия столь велика, что, пройдя сквозь наше тело, они могут повредить молекулы, из которых мы состоим. Благодаря атмосфере люди защищены от губительного воздействия гамма-излучения из космоса. Встречается оно и на Земле, часто сопровождая, например, радиоактивный распад. В качестве источника гамма-лучей служат такие радиоактивные изотопы с длительным периодом полураспада, как кобальт-60 и цезий-137. Волны более высоких частот получают на ускорителях.

Пассажиры международных линий, обслуживаемых американскими самолетами, поначалу очень беспокоились, когда на завтрак стали получать бифштекс в пластмассовой упаковке, на которой было написано: «Стерильность гарантирована лучевой обработкой». Но потом привыкли. Сейчас число стран, в которых в промышленных масштабах используются гамма-лучи для сохранения пищевых продуктов, исчисляются уже десятками.

Гамма-излучение находит и другие применения: предпосевное облучение семян для улучшения всхожести и повышения урожайности, в птицеводстве — Для повышения продуктивности, в рыболовстве — Для улучшения искусственного оплодотворения икры, в медицине — в онкологической практике…

В последнее время выяснилась большая роль, которую играет гамма-излучение в космосе. Оно обнаружено у Солнца и пульсаров. Гамма-излучение создают двойные звезды, одна из которых является нейтронной. Своим сильным гравитационным полем нейтронная звезда как бы засасывает потоки газов со своего спутника. В результате энергетического взаимодействия потоков газа с оболочкой нейтронной звезды и рождается гамма-излучение. Оно возникает в различных частях нашей Галактики. Как и в случае рентгеновских лучей, исследование и объяснение причин гамма-излучения выделилось в отдельное направление — гамма-астрономию.

Существует гипотеза, что когда-то космический ливень жестких электромагнитных волн все-таки проникал сквозь атмосферу (либо атмосфера была потоньше, либо энергия жестких волн была больше), и именно это «вмешательство извне» породило все сказочное многообразие растений и животных. Кстати, гамма-лучи взяли на вооружение селекционеры для получения новых сортов растений. Из облученных семян вырастают мутанты, и ученые отбирают те новые формы, которые обладают нужными свойствами.

Недавно получены данные, которые опровергают сложившееся представление о том, что облучение обязательно повышает частоту мутаций в генетическом аппарате животных. Исследователи из Дальневосточного научного центра АН СССР выяснили, что воздействие гамма-лучей в малых дозах, наоборот, уменьшало в несколько раз число случайных мутаций у горбуши. Они выбрали для экспериментов горбушу именно потому, что у нее случается много спонтанных нарушений генетического аппарата. Напоминает гомеопатию, не правда ли? Там тоже используют микродозы.

Мы познакомились с «этажами» электромагнитных волн, расположенными по частотной шкале выше видимого света. Теперь спустимся вниз. Снова, только в обратном порядке, последовательно проходим гамма-, рентгеновский и ультрафиолетовый «этажи». Оставляем за собой ступеньки видимого «этажа» фиолетовую, синюю, зеленую, желтую, оранжевую, красную и попадаем на инфракрасный «этаж». Свое название этот диапазон получил за соседство с волнами красного света. Длины инфракрасных волн простираются примерно от 7400 ангстрем до одного-двух миллиметров, где уже начинается радиодиапазон.

Инфракрасное излучение невидимо, но тем не менее знакомы мы с ним давно. Оно испускается нагретыми предметами. Издревле человек ощущал его своей кожей греясь у костра.

Пятьдесят процентов излучения Солнца приходится на инфракрасный диапазон. Та часть этого излучения нашего светила, которая перехватывается Землей, застревает в основном в атмосфере. Поэтому исследование звезд, галактик, туманностей и других объектов в инфракрасном диапазоне производится с помощью спутников и межпланетных станций. Хотя первые наблюдения в длинноволновой части инфракрасного диапазона были проведены в начале XIX века английским астрономом У. Гершелем, который исследовал инфракрасное излучение Солнца с помощью призмы и термометра, только к концу 60-х годов XX века сформировался новый раздел астрономии — инфракрасная астрономия.

Приборы, использующие инфракрасный диапазон электромагнитных волн, довольно широко применяются в настоящее время. Уже девять десятилетий применяется инфракрасная спектроскопия для качественного и количественного изучения химического состава вещества.

В годы первой мировой войны начали разрабатываться теплопеленгаторы и другие устройства обнаружения. В 30—40-е годы на основе достижений фотоэлектроники были созданы приборы ночного видения. Инфракрасное невидимое излучение объекта на фотокатоде становилось видимым. Современные системы ночного видения могут вести наблюдение и прицеливание в полной темноте. Как тут не вспомнить о человеке-невидимке Уэллса? В наши дни речь, правда, идет о невидимке в инфракрасном диапазоне. В одном английском журнале рассказывалось, что ведется поиск красителей для пропитки военной формы, которые сделают ее обладателя невидимым в инфракрасных лучах, поскольку ее отражательные свойства будут такими же, как и у окружающей растительности.

По инфракрасному излучению деталей различных устройств (например, двигателей или электронной аппаратуры) можно обнаружить места даже мизерных местных перегревов (до 0,01ºС). При помощи инфракрасной фотографии удается прочитать надписи и обнаружить отпечатки пальцев, которые не видны глазом, а также выявить картины, скрытые под слоем краски.

В военном деле инфракрасная техника применяется широко. Теплопеленгаторы определяют направления на корабли, самолеты, танки и другие цели, представляющие собой нагретые тела. Они могут обнаруживать объекты и по отрицательному тепловому контрасту, например ледяные айсберги на фоне океана. Некоторые виды ракет, в частности противовоздушная американская «Стингер», снабжены инфракрасными головками самонаведения. Для обнаружения подводных лодок используется тепловой контраст кильватерного следа. Инфракрасные приемники, размещенные на спутниках, применяются для контроля за ядерными взрывами, для обнаружения запусков баллистических ракет и космических аппаратов.

Освоение космоса открыло новые области применения инфракрасной техники. К ним можно отнести прогнозирование погоды на Земле, связь в космосе, поиск жизни на других планетах, обследование ресурсов Земли, обнаружение лесных пожаров, ориентацию космических аппаратов, слежение за ракетами и спутниками…

Широкое поле деятельности для тепловизоров (так иногда называют приборы, преобразующие инфракрасное излучение нагретых тел в видимое) предоставляет медицинская диагностика. С помощью этих приборов можно получить «тепловой портрет» пациента.

Когда мы говорим, что у нас температура 36,6 градуса, это совсем не значит, что такая температура повсюду на нашем теле. Оказывается, на различных участках поверхности тела она неодинакова и меняется в зависимости от нашего состояния.

Распределение температуры у каждого пациента индивидуальное. Вместе с тем существуют температурные распределения и контрасты, типичные для человека. В частности, одна из важнейших закономерностей — симметрия «теплового портрета». На регистрации отклонений от специфических температурных контрастов, на выявлении нарушений симметрии тепловых изображений тела человека и основывается тепловизионная диагностика. Отклонения от типичных распределений и контрастов температур связаны с заболеванием органов и тканей, прилегающих к кожному покрову. Есть предположения, что температуры определенных мест на поверхности тела человека через кровеносную и нервную системы связаны с состоянием внутренних органов. По перепадам температур, которые могут составлять как доли, так и единицы градусов, устанавливается диагноз.

Этот метод отличается абсолютной безопасностью, простотой и быстротой обследования, отсутствием каких бы то ни было противопоказаний.

Перечисленные примеры, конечно, не исчерпывают всех областей использования инфракрасных лучей, но дают представление об их больших возможностях.

КРАЙНЕ НИЗКИЕ… ГИПЕРВЫСОКИЕ

И наконец, последний диапазон электромагнитных волн — радиоволны. Самые короткие из них граничат с инфракрасными, а частота колебаний самых низких частот достигает трех герц, что соответствует длине волны в сто тысяч километров. От долей миллиметра до ста тысяч километров — вот сколь разные по длине волны, а следовательно и по особенностям их поведения обобщены одним словом «радиоволны».

Чтобы как-то разграничить их, Международный комитет по радио разделил радиоволны на 12 диапазонов и каждому дал два равноправных названия: по частотному признаку и по метрическому (когда за основу классификации берется единица измерения длины — метр).

Если идти по частотному спектру снизу, от нуля, то первый диапазон начинается с трех герц и кончается 30 герцами, или в длинах волн от 100 тысяч до 10 тысяч километров. Это диапазон крайне низких частот (КНЧ), или декамегаметровых волн. Их длина, как мы видим, сравнима с размерами земного шара, поэтому, чтобы излучать их, нужны и антенны космических размеров. Пока диапазон используется только в научных целях. Ученые выступают здесь в качестве наблюдателей: фиксируют радиоволны, которые возбуждаются в огромном резонаторе, образуемом Землей и ее ионизированной оболочкой — ионосферой. Порождают декамегаметровые волны молнии, вспышки солнечной активности и другие возмущения.

Второй диапазон — сверхнизкие частоты (СНЧ) — простирается от 30 до 300 герц или от 10 тысяч до тысячи километров. Его метрическое название — мегаметровый. Он используется для связи с подводными лодками. Конечно, речь передать нельзя: слишком уж узок Диапазон — всего 270 герц, а для передачи речи нужна полоса частот по крайней мере раз в 10 больше. Но приходится мириться: такие многокилометровые волны в отличие от более коротких слабо затухают в воде.

Американские инженеры разработали систему связи для передачи на подводные лодки команд только из трех знаков, в которых содержится информация о времени и безопасном месте всплытия лодки на перископную глубину для поднятия на поверхность выдвижной антенны, чтобы получить более подробные инструкции через спутник связи. Передача команд ведется на длине волны примерно 4000 километров. На однократную передачу сообщения уходит около пяти минут. Антенной служат участки земной поверхности длиной в десятки километров. Из одного миллиона ватт мощности передатчика в эфир уходит всего лишь два ватта, а остальная мощность рассеивается в земной коре. Правда, у сверхнизкочастотной системы появился в последнее время удачливый соперник — лазерная спутниковая связь. Оказалось, что луч сине-зеленого лазера способен проникать под воду на глубину до 200 метров.

Пройдем один, пока «неинтересный» для практики диапазон — инфранизких частот (ИНЧ), простирающийся от 300 до 3000 герц, или, по-иному, гектокилометровые волны: от 1000 до 100 километров.

Следующий, четвертый диапазон, — очень низкие частоты (ОНЧ) — от 3 до 30 килогерц. Метрическое его название — мириаметровые волны. Их длина от 100 до 10 километров. Раньше они назывались сверхдлинными волнами.

Это рабочий диапазон. Хотя у него еще все те же недостатки, что и у предыдущих трех — нужны огромные антенны, большие мощности, малая скорость передачи данных, сильные атмосферные помехи, но сказываются они уже в меньшей мере. Зато преимущество сохраняется. Радиоволна мириаметрового диапазона, огибая Землю, достигает противоположной точки на поверхности нашей планеты. И главное — условия распространения стабильны. Не зависят от времени суток, мало подвержены капризам ионосферы, к которым чувствительны более короткие волны. Диапазон используется для глобальной связи с объектами, находящимися на любом удалении от передатчика, в том числе и с подводными лодками в погруженном состоянии, в общем, когда надо передать очень небольшое количество важной информации с очень высокой надежностью на очень большое расстояние. Кроме того, из-за стабильности условий распространения ОНЧ на них передаются сигналы точного времени, эталонных частот, сигналы радионавигационных систем. Раньше этот диапазон был более оживлен: здесь работало поколение доламповых передатчиков. Как видим, чем короче длина волны, тем более информативным становится диапазон.

Далее идут всем нам знакомые названия диапазонов: длинные (от 10 до 1 километра), средние (от 1000 до 100 метров), короткие (от 100 до 10 метров) волны. По современной классификации они соответственно звучат так: низкие частоты, или километровые волны, средние частоты, или гектометровые волны, и высокие частоты, или декаметровые волны.

Участок от 3000 до 800 метров отдан под длинноволновое радиовещание. Здесь можно слушать первую программу Всесоюзного радио. Большинство местных радиостанций тоже работают на длинных волнах. Когда-то диапазону прочили большое будущее, но оказалось, что выгоднее вести передачу на более коротких волнах.

Средние волны на шкале нашего приемника занимают участок от 600 до 200 метров. В самой нижней части — на волнах около 600 метров передаются сигналы бедствия SOS. Любые другие передачи на этой волне запрещены. Вечером диапазон средних волн буквально забит, а днем тут поймаешь лишь две-три станции. Причиной тому поведение ионосферы — ионизированной оболочки нашей планеты. Она несколько напоминает слоеный пирог. Слои в ионосфере — это области, где наблюдается максимумы ионизации. Обозначают их латинскими буквами D, E, F. Слой D — самый нижний, занимает высоты от 60 до 90 километров. Его порождает солнечная радиация. Концентрация ионизированных частиц в слое D не столь велика, чтобы отразить средние (и тем более короткие) волны и направить их обратно к Земле, зато поглотителем средних волн он служит отменным.

Именно слой D и уничтожает днем так называемую ионосферную волну, а земная, или поверхностная, волна распространяется вдоль земли на небольшие расстояния. Поэтому и слышны днем на средних волнах лишь местные станции. С наступлением сумерек слой D начинает исчезать и в приемник врывается ионосферная волна. Ее и называют ионосферной оттого, что не сразу она попадает в приемник, а отразившись от ионосферы, от слоя Е, который существует круглосуточно. Дальность приема в ночное время резко возрастает.

И наконец мы подошли ко всем нам хорошо знакомым коротким волнам. Диапазон этот раньше считали бесперспективным. Своим открытием он обязан радиолюбителям 20-х годов. Осваивая диапазон, они столкнулись с парадоксальной ситуацией. Передатчики, которые не были слышны уже за несколько десятков километров, почему-то уверенно прослушивались за многие тысячи километров. Причина тому — в основном слой с максимальной концентрацией ионов — слой F. Именно он служит верхней стенкой незримого шара, который запирает короткие волны в околоземном пространстве. И они путешествуют в нем, попеременно «отскакивая» от ионосферы и от поверхности Земли. Из-за скачков возникают зоны молчания. Ионосферные волны как бы перешагивают через некоторые районы, а земная волна туда не доходит.

Существование слоя F было предсказано еще в 1902 году английским ученым Хевисайдом и его американским коллегой Кеннели, но лишь через два десятилетия оно было подтверждено экспериментально.

Есть еще один недостаток у коротких волн — фединги, или замирания. Дело в том, что в приемник одновременно приходит несколько ионосферных волн по разным путям: и длинными, и короткими скачками волна даже может «проскакать» вокруг земного шара и быть принята повторно. В этом случае, как мы знаем, будет наблюдаться явление интерференции: сигнал то ослабнет, даже может пропасть, то усилится.

Но, несмотря на недостатки, короткие волны нашли широкое применение из-за одного важного достоинства. В отличие от сверхдлинных волн коротким достаточно небольшой мощности передатчика, не больше обычной электролампочки, чтобы они «убежали» за тысячи километров. Благодаря этой замечательной способности радиосвязь стала доступной для любой точки земного шара. Без коротковолновой станции не отправится в путь ни один корабль, ни один самолет.

Еще выше начинается диапазон УКВ — ультракоротких волн. К ним относят все радиоволны короче 10 метров. Особенность его в том, что ультракороткие волны распространяются в пределах прямой видимости. Однако и здесь возможны исключения. О причудах волн, в том числе и из «семейства» радио, речь пойдет дальше.

Термин УКВ сейчас уже устарел. Официально этот участок спектра разделен еще на пять диапазонов:

— очень высокие частоты (ОВЧ), или, иначе, метровые волны — от 30 до 300 мегагерц (от 10 до 1 метра);

— ультравысокие частоты (УВЧ), или дециметровые волны — от 300 до 3000 мегагерц (от 100 до 10 сантиметров);

— сверхвысокие частоты (СВЧ), или сантиметровые волны — от 3 до 30 гигагерц (от 10 до 1 сантиметра);

— крайне высокие частоты (КВЧ), или миллиметровые волны — от 30 до 300 гигагерц (от 10 до 1 миллиметра);

— гипервысокие частоты (ГВЧ), или децимиллиметровые волны (их раньше называли субмиллиметровыми) — от 300 до 3000 гигагерц (от 1 до 0,1 миллиметра).

Американские инженеры часто пользуются термином микроволны. Он постепенно прививается и у нас благодаря переводной литературе. Под понятием микроволны подразумеваются радиодиапазоны, длины волн которых менее одного метра.

Именно с диапазонами УКВ связан расцвет радиотехники. Область УКВ настолько просторна, что в ней помещается и радиовещание, и телевидение, и радиолокация, и спутниковая и радиолинейная связь, и разного рода промышленная, медицинская, научная радиоэлектроника…

Помимо своей информационной вместимости, диапазоны УКВ экономичны. Они позволяют сконцентрировать энергию волны в узком луче, и чем короче волна, тем уже и информативнее луч.

Как же удалось человеку найти радиоволны и овладеть ими — этим богатством, которое мы почти не замечаем, но без которого современное бытие уже невозможно?