Очарование физики - Глэшоу Ш.Л.
ISBN 5-93972-151-6
Скачать (прямая ссылка):
В самом деле, сама концепция электромагнитного излучения появилась лишь тогда, когда в 1864 году Джеймс Клерк Максвелл достиг блестящего синтеза законов электричества и магнетизма. Согласно его теории сам свет представляет собой чисто электрическое и магнитное явление; свет — это электромагнитная волна очень короткой длины. Те- 77 Добро пожаловать в систему радиовещания Вселенной
W : : '
Поглощение в атмосфере
Отражение ионосферой
•• • ¦ • ' і
є ;• 5
',О; Л r>i
I
10 8
т
Волны, достигающие поверхности Земли
10"
10
102
метры
Рис. 1. Электромагнитное излучение проникает сквозь ионосферу Земли и атмосферу, через два окна, или диапазона длин волн: световые волны (меньшее окно слева) и радиоволны.
ория предсказывала существование более длинных волн, но их никогда не видели в лаборатории во времена Максвелла. Генрих Герц, в Германии, вознамерился создать и обнаружить длинноволновое электромагнитное излучение — радиоволны. Его аппарат состоял из искрового промежутка, питавшегося от источника высокого напряжения, помещенного в центр параболического зеркала. Второй искровой промежуток, соединенный с простой проволочной петлей (антенной), помещался на 78 Добро пожаловать в систему радиовещания Вселенной
расстоянии пяти футов от первого, внутри своего собственного параболического рефлектора. Бах! Искра генерируется в первом искровом промежутке, и, вот!, меньшая искра создается на приемнике. Электромагнитные волны создавались, проносились от передатчика к детектору и вызывали вторую искру. Герц открыл радиоволны в 1888 году.
Гульельмо Маркони, предчувствуя коммерчески выгодную разработку, постарался усовершенствовать учебные опыты Герца, имеющие чисто наглядный характер. В ряде экспериментов он посылал радиосигнал на расстояние 10 метров, потом 300 метров, затем 3 000 метров и, наконец, через Ла-Манш. В 1901 году с помощью некоторого более сложного оборудования из Корнуэлла в Ньюфаундленд, через Атлантику, была передана буква S (точка-точка-точка: с помощью азбуки Морзе). Наконец, и это была победа, Маркони удалось послать радиотелеграфное сообщение через весь мир: из Уэльса в Австралию в 1918 году. Вскоре после этого, в ноябре 1920 года, появилась первая коммерческая радиостанция с позывными KDKA, вещающая из Питтсбурга, Пенсильвания. За эту идею тут же ухватились.
Рассмотрим область радиоволн электромагнитного спектра, сведенную в таблицу 1. Большая часть этого спектра относится к повседневным делам. Дома и в постели вы просыпаетесь от звука часов-радио, настроенных на среднечастотную АМ-радиостанцию. Свои замороженные продукты вы можете разморозить с помощью микроволн. Вы звоните по телефону диспетчеру такси, который свяжется с экипажем с помощью волн высокой частоты. Посмотрите немного ультракоротковолновое телевидение в ожидании и послушайте в наушниках свое сверхвысокочастотное коротковолновое радио во время поездки в такси. Поднимитесь на борт оборудованного радиолокатором реактивного самолета, который управляется с помощью низкочастотных инструментов. За один час вы использовали практически весь радиоспектр, использующий электромагнитное излучение. (Безусловно, свою роль сыграл и видимый свет; иначе водитель вашего такси никогда не нашел бы аэропорт.)
Карл Янский, американский радиоинженер, работал в «Телефонных лабораториях Белла» в Нью-Джерси. В 1932 году он стал первым человеком, услышавшим радиосигналы, исходящие от звезд. Янский изучал фоновые помехи электростатического происхождения, которые нередко мешают слушать радио во время непогоды. Но даже при очень хорошей погоде фоновое шипение, как заметил Янский, один раз в день усиливалось. При этом странный сигнал в каждый последующий день появлялся на четыре минуты раньше, чем в предыдущий. Янский понял, что этот любопытный радиошум связан с движением Млечного Пути по небу. Сигнал исходил из Солнечной системы, из самого центра Галактики! 79 Добро пожаловать в систему радиовещания Вселенной
Таблица 5. Радиообласть электромагнитного спектра
Частота Длина волны Обозначение и частичный список распределений частот
10-30 кГц 30-300 кГц 300-3 000 кГц 3-30 МГц 30-300 МГц 300-3 000 МГц 3 000 МГц-300 ГГц 30000-10 000 M 10000-1000 M 1000-100 M 100-10 M 10-1 M 1 м-10 см 10 см-1 мм Очень низкая частота: радионавигация, морская и подводная связь Низкая частота: морская связь, морские подвижные спутники, межспутниковая связь Средняя частота: АМ-радиове-щание, любительское радио Высокая частота: коротковолновая радиосвязь, любительское спутниковое радио, частное и служебное радио, диспетчеры такси Очень высокая частота (ОВЧ): УКВ-телевидение, коротковолновая радиосвязь, радиоастрономия Сверхвысокая частота (СВЧ): СВЧ-телевидение, радиолокатор, синхронные спутники, сотовые телефоны Микроволны: спутники авиационной радиосвязи, радиоастрономия, микроволновые печи
Судя по всему, работу Янского ученые восприняли далеко не так серьезно, как писатели-фантасты и их почитатели. В 30-е годы лишь один астроном-любитель, Грот Ребер, увлекся радиоастрономией, тогда находившейся в зачаточном состоянии. Инженер из Иллинойса, он соорудил тридцатифутовый радиотелескоп у себя на заднем дворе, откуда спокойно изучал небо. Одним из замечательных наблюдений Ребера стало открытие точечного источника радиоволн в космическом пространстве, объекта из созвездия Лебедя, который теперь известен как Cygnus А.
