Американские геофизики обнаружили в атмосфере канал, передающий звуки на сотни километров
Волноводы позволяют передать звук (или свет) на огромное расстояние, заключив их будто бы в узкий коридор. Один из таких волноводов недавно обнаружили американские исследователи, услышав инфразвук от ракеты за сотни километров от запуска. В Институте физики атмосферы РАН "Газете.Ru" заявили, что этот феномен давно предсказывался теоретически и его практическая польза не очень велика.
Микрофон на аэростате смог расслышать звук запуска ракеты за 400 километров. Об этом сообщает журнале Science.
В 1940-х годах геофизик Морис Юинг обнаружил в мировом океане Подводный звуковой канал, благодаря которому звук может распространяться на сверхдальние расстояния. Моряки применяют его для наблюдения за подводными лодками, а горбатые киты переговариваются с сородичами на дистанциях в тысячи километров.
Он образуется за счет того, что скорость звука в океане в первую очередь зависит от двух факторов - температуры и давления. Температура понижается с глубиной вместе со скоростью звука, но ниже определенного уровня выходит на плато и остается стабильной. Ниже этого плато давление продолжает расти и повышать скорость звука. Таким образом, возникает зона минимума скорости звука, выше и ниже которой скорость повышается. Поэтому, если изнутри этой зоны от взрыва под неким углом пойдет вверх акустический луч, он будет загибаться книзу из-за рефракции и, в конце концов, развернется ко дну. Поскольку ниже уровня минимума скорость звука также растет, то луч по той же причине развернется обратно вверх, и так циклически множество раз. Так образуется океанский волновод.
Источник изображения: HAL and Open Science
Дальнейшую работу Юинг посвятил поиску аналогичного канала в зоне тропопаузы, границе между атмосферой и стратосферой, расположенной на высоте около 17 километров. Американские военные надеялись с помощью этого канала подслушивать советские ядерные испытания, и потому был начал проект Mogul, в рамках которого в небо запускали аэростаты с инфразвуковыми микрофонами. Один из них разбился неподалеку от Розуэлла в штате Нью-Мексико в 1947-м и породил одну из самых известных теорий заговора об НЛО. Вскоре проект закрыли в связи с неудовлетворительными результатами.
В наши дни Сара Альберт, геофизик из Национальных лабораторий Сандия в Нью-Мексико, решила вновь опробовать аэростаты для фиксации инфразвука, уже оснащенные солнечными панелями и системой беспроводной передачи данных. Ученых мотивировал тот факт, что компьютерные модели стабильно показывали образование звуковых каналов на высотах от 10 до 40 километров.
Альберт запустила один из аэростатов 14 апреля 2021 года, и инициатива увенчалась успехом: команде удалось услышать звук ракеты New Shepard компании Blue Origin. Ракету запускали приблизительно в 400 километрах от аэростата, и на записи ученые увидели три четких сигнала: при запуске, при подъеме через тропопаузу и при спуске через нее же. По словам Альберт, это первое наблюдение настолько удаленного инфразвукового источника с помощью приемника на борту летательного аппарата.
К удивлению ученых, на записи были и другие звуки. "Инфразвуковые явления неизвестной природы происходят несколько раз в час, и для них нет хорошего объяснения", - сказал один из участников исследования.
В том числе, это происходит из-за того, что атмосфера куда менее стабильна, чем океан, на нее влияют перепады температуры, смена ветров. И действительно: когда команда ученых попробовала повторить успех в сентябре 2021 и расслышать космический запуск на авиабазе Ванденберг, у них ничего не вышло. Возможно, это связано с тем, что аэростат был удален от ракеты на 1300 километров.
В дальнейшем исследователи планируют прослушивать космические запуски с помощью нескольких аэростатов, расположенных в шахматном порядке на разных высотах, чтобы выяснить, где эффект наиболее силен. Кроме того, их интересует природа необычных инфразвуковых шумов. Пока авторы предполагают, что их производят падающие из космоса болиды или северное сияние.
"Исследователи из Америки пишут, что долгое время верили в существование такого волновода в атмосфере и наконец нашли его… Хотя общеизвестно, что в атмосфере существует множество областей минимумов скорости звука. То есть волноводов, подобных океаническому волноводу, в атмосфере множество. Заметим, что такие волноводы эффективно проявляются только в случае, если источник и приемник звука находится на оси волновода - горизонте минимума скорости звука", - говорит "Газете.Ru" Сергей Куличков, доктор физико-математических наук, руководитель Института физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН.
Всего же, отмечает Куличков, в атмосфере существуют три разных типа волноводов, и описанный американскими учеными не самый полезный из них. Например, с помощью волновода другого типа, чья верхняя граница находится на высоте 100 километров, в конце XIX века зарегистрировали звук удаленных вулканов и открыли существование стратосферы.
Василий Зайцев