Тайны эры Водолея

Когда в самом начале века удалось впервые передать радиограмму через Атлантику, нашлись скептики, утверждавшие, что это простая случайность, что регулярная передача радиоволн вдоль поверхности Земли невозможна. Что ж, для этого были основания: ведь многие физики того времени считали, что свет и радиоволны должны обладать абсолютно идентичными свойствами. Истина стала раскрываться позднее. Всего через шесть месяцев после успешного сеанса радиосвязи через Атлантический океан Оливер Хэвисайд высказал свою точку зрения на строение атмосферы: "Возможно существование хорошо проводящего слоя в верхней атмосфере. Если это так, то радиоволны будут задерживаться им в большей или меньшей степени. Тогда будет происходить отражение: с одной стороны - от моря, с другой - от верхних слоев атмосферы".

Таким образом, получалось, что длинные волны могли огибать поверхность земного шара из-за дифракции, а более короткие - из-за отражения от слоя Хэвисайда. Существование такого слоя было доказано прямыми экспериментами Эпплтона и Барнета в 1925 году. Отражение происходило примерно на высоте 100 километров. Исследователи наблюдали интерференционные максимумы и минимумы (биение) прямой и отраженной волн. Помимо слоя Хэвисайда, были открыты и другие "горизонты" ионосферы: оказалось, что она похожа на слоеный пирог, причем степень ионизации зависела от солнечной активности. Интенсивность солнечного света постоянна, однако в ультрафиолетовой области спектра Солнце является звездой переменной. Именно ультрафиолетовые лучи ответственны за состояние ионосферных слоев.

Подобные факты могут служить основой для объяснения результатов К. Штермера. Во всяком случае, пренебречь ими не представляется возможным.

Короткие волны, которые как раз и использовались в опытах К. Штермера, имеют наибольшее значение для связи на огромных расстояниях, сравнимых с размерами земного шара. Они сравнительно слабо поглощаются ионосферными слоями, зато отражаются достаточно хорошо одним, а иногда и двумя слоями. (Нелишним будет упомянуть и о замираниях коротковолновых сигналов, которые раньше объясняли неисправностями приемника. Американский физик Деллинджер сопоставил позднее их с солнечными вспышками - именно в них-то и была скрыта причина. Замирания возникают только днем, в пределах освещенного полушария, в иной день их можно насчитать до пяти-десяти. При продолжительности в несколько минут они довольно часто "делают погоду" на линиях радиосвязи.)

Теперь пора, пожалуй, рассказать подробнее об опытах Карла Фредерика Штермера, члена Норвежской академии наук и литературы в Осло, иностранного члена Парижской академии наук и Лондонского королевского общества, почетного члена Академии наук СССР (с 1934 года). Исследования К. Штермера снискали заслуженное уважение своей глубиной и оригинальностью. Этот замечательный норвежский ученый разработал стройную теорию полярных сияний, предложил методы расчета траекторий заряженных частиц в магнитном поле Земли, которые обогатили не только науку о Земле, но и физику и математику.

Однажды (это случилось в декабре 1927 года) сосед К. Штермера, инженер и радиолюбитель Иорген Халльс рассказал ученому о мощном эхе, свидетелем которого ему довелось быть. По его словам, через несколько секунд после сигналов коротковолновой станции в Эндховене (Голландия) слышались сильные отголоски. "Как только я узнал об этом замечательном явлении, - писал позднее К. Штермер, - мне пришла мысль, что волны беспроволочного телеграфа могли быть отражены теми токами и поверхностями электронов, на которые мысль моя была направлена в годы с 1904-го по 1907-й при теоретическом исследовании северных сияний".

В декабре 1927 года К. Штермер договорился с Эндховеном о сеансах радиопередачи. Первые опыты начались в январе. Прием вели две станции: в Форнебо и Кигде. Обе станции располагались близ Осло. Станция в Нигде - это станция уже знакомого нам инженера Халльса. Радиопередатчик в Эндховене посылал сигналы через каждые пять секунд. Они регистрировались с помощью осциллографа. Очень ясно фиксировались импульсы Эндховена. Тогда же было обнаружено и несколько других сигналов, "которые могли вызваться атмосферными пертурбациями или же эхом". Во время опытов Иорген Халльс часто звонил по телефону К. Штермеру, чтобы сообщить о своих наблюдениях. Он слышал гораздо больше запаздывающих сигналов, чем отмечала станция в Форнебо. Это, по всей видимости, объясняется тем, что у него был очень чувствительный радиоприемник (Халльс вел прием сигналов на громкоговоритель).

Летом того же года состоялась встреча К. Штермера с Ван дер Полем, работавшим в Эндховене. Они договорились посылать стандартные телеграфные посылки (три импульса, три тире). Период повторения таких тройных посылок составлял 20 секунд. От осциллографа решено было отказаться (немаловажную роль в этом решении сыграл успешный опыт Халльса).