"Радио Всем", №23, декабрь, 1929 год, стр. 678-679

Радио волны в межпланетном пространстве.

С. Кин.

В прошлом году радиоспециалисты всего мира, а вместе с ними и многие радиолюбители были чрезвычайно заинтересованы одним весьма загадочным явлением из области распространения коротких волн Явление это заключалось в том, что во время приема голландской коротковолновой радиовещательной станции Филлипс — в некоторых случаях наблюдались сигналы-эхо ¹. Кроме основного сигнала часто были слышны повторные сигналы-эхо, отделенные от основного промежутком времени от четырех до пятнадцати секунд, а иногда и больше.

Объяснить это явление можно было только тем, что сигналы-эхо приходят на приемную станцию не прямой дорогой, а по какому-то очень длинному пути. Но после того, как было выдвинуто такое объяснение, явление в первый момент показалось еще более загадочным. Ведь в течение пятнадцати секунд, например, сигнал, распространяющийся со скоростью света, то есть проходящий триста тысяч километров в секунду, должен совершить путь в четыре с половиной миллиона километров! Где же сигнал мог странствовать, чтобы совершить столь длинный путь? В свое время мы приводили все догадки, выдвинутые для объяснения этого явления. На земле таких огромных расстояний вообще нет. Предположение же, что сигнал, прежде чем попасть в приемник, больше ста раз обежал вокруг земного шара — совершенно невероятно. Проделав такой огромный путь, сигнал должен был бы вследствие поглощения энергии настолько ослабеть, что услышать его было бы невозможно. Точно так же пришлось отвергнуть и предположение, что сигналы попадают в верхних слоях атмосферы в такие области, в которых содержится большое число электронов. При достаточной плотности электронов (так наз. критической плотности) групповая скорость распространения радиоволн, т. е. скорость распространения целых сигналов, становится во много раз меньше скорости света. Поэтому для объяснения запаздывания сигнала-эхо по сравнению с основным сигналом, можно было бы предположить, что сигналы попадают в области с критической плотностью электронов и хотя проходят по этим областям небольшие пути, но вследствие очень малой групповой скорости задерживаются в этих областях надолго. Однако, как показали расчеты, распространение сигналов в таких областях связано с очень сильным поглощением энергии, — настолько сильным, что побывавшие в этих областях сигналы вообще нельзя рассчитывать услышать. Между тем, сигналы-эхо по своей интенсивности оказываются немногим (всего в 4—5 раз) слабее основных сигналов. Таким образом от предположения, что сигналы-эхо задерживаются в областях с критической плотностью электронов, также пришлось отказаться.

Оставалось предположить, что сигналы-эхо, прежде чем попадают в приемник, странствуют где-то в межпланетном пространстве. Однако если радиоволны оторвались от земли и попали в межпланетное пространство, то для того, чтобы они вернулись снова на землю, необходимо предположить, что где-то в межпланетном пространстве существует какое-то препятствие, останавливающее распространение радиоволн. Натолкнувшись на это препятствие и отразившись от него, радиоволны могут снова вернуться на землю и попасть в приемную антенну.

Мы уже сообщали, что предположение о существовании каких-то препятствий в межпланетном пространстве выдвигается не в первый раз. Предположение это было сделано впервые совершенно по другому поводу около двадцати лет тому назад. Астрономы Биркелянд и Штормер, изучавшие явление северного сияния, предположили, что причиной северных сияний является поток электронов или поток отрицательно заряженных частиц так называемых катодных лучей, испускаемый всяким раскаленным телом, а следовательно и солнцем. Попадая в верхние разреженные слои атмосферы, эти частицы вызывают свечение разреженных газов, составляющих атмосферу. Подробное исследование показало, что вследствие действия магнитного поля земли заряженные электричеством частицы могут достигать поверхности земли, а значит и земной атмосферы только вблизи полюсов земли. Таким образом удалось объяснить то обстоятельство, что северное сияние наблюдается только у полюсов земли.

Но если поток электронов, например, движется по направлению от солнца к земле, а затем, приблизившись к ней, изменяет свой путь и направляется к полюсам земли, то очевидно, что где-то в межпланетном пространстве должна находиться граница этого потока электронов. Вблизи земли в межпланетном пространстве электронов не должно быть, а затем на некотором расстоянии должна начинаться область, в которой электроны находятся в большом количестве. От границы этой области радиоволны должны отражаться как и от всякого проводника, например, как от поверхности земли или от границы слоя Хивисайда.

Такое объяснение природы сигналов-эхо и было выдвинуто астрономом Штёрмером ². Но до последнего времени это объяснение носило характер только смелой научной гипотезы, не подтвержденной никакими точными расчетами и наблюдениями. И только недавно, в августе этого года, профессор Штёрмер выступил с такими доводами и расчетами, которые превращают эту смелую гипотезу в почти достоверное объяснение. С этими новыми подсчетами и доводами, ввиду их исключительного интереса, мы и хотим познакомить наших читателей.

Как мы уже сказали, исследование и расчеты тех путей, которые проходят электроны или катодные лучи вблизи земли, показали, что они могут достигать земли только вблизи полюсов. Картину, которая получается при движении электронов или катодных лучей вблизи земли, можно изобразить примерно так, как это сделано на рисунке.

Вдали от земли частицы движутся сплошным потоком и прямолинейно. На некотором расстоянии d от земли на движущиеся заряженные частицы начинает действовать магнитное поле земли, вследствие чего пути частиц искривляются и направление всего потока изменяется — частицы движутся только к полюсам. Поэтому вокруг земли существует пространство, в виде круглого кольца, в которое электроны попасть не могут. За пределами этого кольца находится та область, в которой могут двигаться электроны и катодные лучи. Ясно, что от границы кольца, то есть от границы двух областей, в одной из которых электронов или катодных частиц совершенно нет, а в другой они находятся в большом количестве, радиоволны будут отражаться так же, как и от всякой границы между проводящим и непроводящим слоем.

Если это преположение правильно, то связь между временем запаздывания сигналов-эхо и расстоянием до границы кольца, то есть расстоянием d, очень легко установить. Очевидно, что запаздывание сигнала должно быть равно времени, которое потребуется для того, чтобы радиоволны успели достигнуть границы кольца и слова вернуться на землю. Подсчеты, сделанные в этом направлении, привели к очень убедительным результатам. Расстояние до границы кольца будет различно для электронов и катодных лучей вследствие того, что они обладают разной массой и разными скоростями (поэтому они по-разному отклоняются магнитным полем земли). Расстояние до границы кольца (диаметр кольца) оказался в случае электронов равным примерно 2 200 000 километров, а в случае катодных лучей 600 000 километров. Для того, чтобы пройти путь до первой из этих границ и обратно (т. е. всего 4 400 000 км), радиоволны, распространяясь со скоростью света (300 000 км в секунду), должны затратить около 15 секунд. Для того же, чтобы достигнуть границы катодных лучей — 600 000 километров. Для то1 200 000 км), им потребуется 4 секунды.

Но как раз в этом промежутке — от 4 до 15 секунд — лежат почти все наблюдаемые опоздания сигналов-эхо по сравнению с основными сигналами. Правда, в некоторых случаях удалось наблюдать опоздания порядка 30 секунд. Такие опоздания легко объяснить тем, что радиоволны от границы кольца отражаются не один, а два раза, прежде чем попадают на землю, то есть проходят путь гораздо более длинный. Таким образом, все те расчеты, которые удалось произвести, исключительно хорошо согласуются с результатами наблюдений за сигналами-эхо.

Таким образом, казавшееся сначала, маловероятным предположение о том, что радиоволны могут попадать в межпланетное пространство, а затем снова возвращаться оттуда на землю, становится теперь все более и более вероятным и правдоподобным.

Очень убедительно также и такое обстоятельство. По некоторым соображениям (в зависимости от взаимного расположения солнца и земли) можно было предсказать, что сигналы-эхо должны наблюдаться не всегда, а в течение некоторого периода времени, главным образом в феврале. Впервые сигналы-эхо были услышаны в начале 1928 года. После этого в течение целого года их наблюдать не удавалось, и снова они были сразу в нескольких местах услышаны только в феврале 1929 года, то есть как раз тогда, когда их появления следовало ждать по теории Штёрмера. Это может служить еще одним доказательством правильности предположения Штёрмера о происхождении сигналов эхо. Словом, короткие волны, помимо всех своих других свойств и преимуществ, оказались средством и для исследования межпланетных пространств, и применение этого средства позволит нам, может быть, узнать много нового и интересного о свойствах недоступных нам до сего времени межпланетных областей.