Рыбий «телефон»…

…позволяет транслировать звуки за тысячи километров

«Нем как рыба», — говорили когда-то. Теперь известно, что океан полон звуков. Свистят и хрюкают дельфины, «поют» киты-полосатики, ворчат рыбы, щелкают клешнями креветки и омары… А время от времени исследователям удается услыхать и вообще какие-то неведомые звуки…

Впервые о «звуках моря» заговорили всерьез во время Второй мировой войны. Громкий треск, похожий на стрельбу, издаваемый раками-щелкунами, сильно затруднял работу «слухачей гидроакустиков, выслеживавших в морских глубинах субмарины противника. Пришлось специально разбираться, какие звуки издают обитатели моря, а какие — созданная человеком техника. Это оказалось не так уж просто, поскольку, например, японцы сконструировали мини-подлодку-торпеду с таким расчетом, чтобы шум ее винтов как можно больше походил на звуки, издаваемые косяком рыб.

После войны специалисты противоборствующих флотов, в первую очередь СССР и США, продолжали совершенствовать устройства, позволявшие за многие десятки, а то и сотни миль расслышать шум винтов атомных субмарин или надводных кораблей потенциального противника.

Нашим исследователям под руководством академика Леонида Бреховских удалось даже обнаружить подводные каналы-волноводы, по которым звук может распространяться от берега до берега через весь океан, за многие тысячи километров.

Обычно такие каналы находятся на глубине от нескольких сот метров до километра с небольшим. Природные волноводы образуются между слоями воды с различной соленостью, а значит, и плотностью. Звук последовательно отражается от «пола» и «потолка» такого волновода и распространяется очень далеко.

Этим обстоятельством стали пользоваться командиры атомных субмарин для переговоров между собой или с берегом. А чтобы прослушать переговоры вероятного противника, проследить маршруты передвижений его подлодок, в воде было размещено множество станций-гидролокаторов.

Со временем гидролокаторами-сонарами системы SOSUS (Sound Surveillance System — «система слежения за звуками») стали пользоваться и ученые-океанологи. И оказалось, что время от времени из морских глубин доносятся совершенно невероятные, загадочные звуки, источника которых никто не знает.

Чтобы хоть как-то различать их между собой, звукам этим стали давать своеобразные обозначения-клички: Carpenter («плотник» — он был похож на стук молотка или топора), Boeing (звук авиационных двигателей), Whistle («свист») и т. д.

По словам главного научного сотрудника Института океанологии РАН Кира Несиса, часть этих звуков со временем удалось идентифицировать. Так, в середине 90-х годов прошлого века американцы совместно с французами и таитянами установили, что источником звука Upsweep («подъем») был подводный вулкан, в конце конце приведший к образованию нового острова. Затем американец Э.Окап обнаружил, что звук Slowdown («торможение») исходил от гигантского антарктического айсберга, раздвигавшего воду с шумом авианосца, идущего полным ходом.

Тем не менее, далеко не все звуки еще разгаданы. Как сообщил журнал New Scientist, последнее время исследователей больше всего донимает звук Bloop. Таким термином диск-жокеи обозначают щелчки, доносящиеся из динамика, когда звукоснимающая головка магнитофона попадает на место склейки магнитной ленты.

Однако судя по интенсивности звука, океанский «магнитофон» должен быть размерами с небоскреб средних размеров. Ведь в 1997 году, например, звук этот удалось зафиксировать на расстоянии в 3000 миль от его возможного источника.

Перебрав всевозможные причины, могущие привести к появлению такого звука, зарубежные океанологи пришли к выводу, что, возможно, эти щелчки издают своими клювами супергигантские кальмары. Говорят, в морских глубинах водятся такие громадины, которые в Средние века могли утопить целый галеон. Да и ныне эхолоты время от времени ловят в глубине отметки от каких-то объектов размерами с атомную субмарину. Хотя точно известно, что никаких подлодок в данном районе нет. Да и редко какая из них может нырять глубже километра. Неведомый же объект перемещался на глубинах в несколько тысяч метров.

Впрочем, наши специалисты относятся к подобной версии с недоверием, считая, что даже кальмары-громадины вряд ли способны щелкать клювами столь громко. Так что источник загадочного звука остается неопознанным. Может, вы предложите свою гипотезу?

В.ЧЕРНОВ

 

Не слышно шума городского…

На это открытие испанского физика Франциско Месегуэра из Мадридского института материаловедения натолкнул случай. Прогуливаясь как-то после работы по улицам испанской столицы, он обратил внимание на скульптуры Эусебио Семпере. Не то чтобы творения авангардиста ему уж очень понравились. Исследователь заметил, что поблизости от них городской шум заметно стихает. Почему?

Пытаясь ответить на этот вопрос, ученый обратился к научной литературе. И обратил внимание, что городские скульптуры внешне несколько напоминают так называемые фотонные кристаллы, созданные в 80-е годы XX века для управления светом. Самый простой такой кристалл: микроскопические бусинки стекла, выстроенные в некое подобие кристаллической решетки.

«А что, если скульптор случайно создал нечто вроде акустического кристалла?» Этой догадкой Месегуэр поделился со своим коллегой, экспертом по акустике из Политехнического университета Валенсии Хайме Линаресом. И исследователи вскоре пришли к заключению: если фотонные структуры увеличить до сантиметровых размеров — а именно такую длину волны имеет звук, — можно действительно получить акустический аналог светового кристалла. Внутри его, предположили ученые, звуковые волны должны взаимодействовать друг с другом и затухать.

Однако экспериментальная проверка с участием одной из скульптур, состоявшей из набора полых металлических цилиндров разной длины, поначалу не увенчалась успехом. Лишь когда экспериментаторы попросили у скульптора разрешения поэкспериментировать с самой большой из его композиций — из трехметровых труб, — им удалось обнаружить, что композиция действительно блокирует звук.

Однако и этот «кристалл» оказался далек от совершенства.

Тогда ученые решили создать собственную скульптуру-шумоглушитель. Соорудили каркас, украсили его свисающими цилиндрами из нержавеющей стали или дерева… И обнаружили, что такая структура сильно подавляет звуковые волны в слышимом диапазоне спектра, на частотах от 1400 до 1700 герц.

Скульптуры испанца Эусебио Семпере , которые натолкнули ученых на мысль создать звуковые кристаллы.

Дальнейшие опыты показали, что с помощью акустического кристалла можно не только заблокировать распространение звука, но и манипулировать им. Как пишет по этому поводу научный журнал Physical Review Letters, «подобно свету, который меняет направление под действием рефракции, проникая из воздуха в стекло, звуковые волны также отклоняются, попадая в акустический кристалл». Более того, ныне исследователям удалось создать и своего рода акустическую линзу. Она представляет собой этакий «частокол» из цилиндров. Если с одной стороны его поместить источник звука, то на противоположной стороне звуковые волны сойдутся в одну точку.

Недавно исследователи изготовили и звуковой аналог другого широко распространенного оптического устройства: интерферометра Фабри-Перо. В оптике это многослойный набор тонких пленок, а его акустическая версия — кристалл в виде плиты с гладкими поверхностями, параллельно которым свисают ряды цилиндров.

Ученые полагают, что на основе этого устройства можно создать звуковые барьеры, которые будут не только выглядеть эстетичнее нынешних шумоотражающих щитов, установленных вдоль некоторых автострад, но и действовать гораздо эффективнее.

Идею испанцев поддержали исследователи из других стран. Так, Пин Шен со своими коллегами из Гонконгского университета, создали звуковой кристалл, выполненный в виде кубической решетки из свинцовых шаров диаметром в сантиметр каждый. Шары покрыли силиконовым каучуком и закрепили в нужном месте решетки при помощи эпоксидной смолы. Как показали эксперименты, такая структура эффективно глушит акустические колебания с длиной волны около метра.

А еще один коллега исследователей, физик из Мадридского университета Хосе Санчес-Дехеса, считает, что можно даже спроектировать такой барьер, который будет превращать какофонию, скажем, строительного шума и грохота в успокаивающее шуршание или в шелест листвы, шум морского прибоя.

Теоретически можно собрать акустические «зеркала», «линзы» и «фильтры» в ансамбль, который будет превращать городской шум в некое подобие музыки. И тогда, возможно, осуществится идея поэта Владимира Маяковского, предложившего когда-то сыграть ноктюрн «на флейте водосточных труб».

С. НИКОЛАЕВ

Кстати…

• Испанские исследователи полагают, что, использовав принцип акустического кристалла, можно даже… укрощать землетрясения. Для этого надо пробурить в определенном порядке сеть скважин, которые создадут решетку. Если окружить такими решетками город, то можно избавить его жителей от угрозы землетрясений навсегда.

Правда, чтобы защититься от реального землетрясения, отверстия должны иметь километр в глубину и, по крайней мере, несколько сотен метров в ширину. «Понятно, что пока эта идея практически нереализуема, — пишет журнал New Scientist. — Хотя отдельное здание защитить все же можно».

• Как утверждает китайский исследователь Че Тиньчэн, акустические кристаллы можно использовать и для того, чтобы заблокировать сигнал гидролокатора. Если поставить акустические решетки на корпус подводной лодки, ее невозможно будет обнаружить с корабля или с другой субмарины.

• Петер Матик и Нарендра Батра из Исследовательской лаборатории ВМС США, Вашингтон, округ Колумбия, полагают, что подобная защита сможет сделать практически бесшумными и современные двигатели, включая реактивные.

 

Пришельцы из космоса давно уже живут на Земле

Их находят высоко в горах, во льдах Арктики и Антарктиды, в горячих источниках с температурой воды свыше 80 °C и даже внутри известковых глыб… Их так много и они столь вездесущи, что некоторые ученые посчитали своим долгом предупредить человечество: они — наши враги. Обитая в воде, проникая сквозь фильтры даже в водопровод, они могут вместе с жидкостью попасть в организм. Речь идет о сине-зеленых водорослях, о потомках космических пришельцев, некогда попавших на Землю из космоса.

На вид «пришельцы» невзрачны. Попробуй угадай, что в этой пробирке — одно из самых удивительных созданий на свете.

В 1907 году известный шведский ученый Сванте Аррениус, пытаясь объяснить возникновение жизни на Земле, выдвинул так называемую гипотезу панспермии, предположив, что во Вселенной существуют некие споры жизни. Они сколь угодно могут переносить холод и вакуум космического пространства, путешествуя от планеты к планете, от звезды к звезде на ядрах комет и метеоритах.

Долгое время Аррениусу никто не верил. Но со временем на поверхности некоторых «небесных камней» — метеоритов были обнаружены остатки неких органических соединений. А позже обнаружили и сами споры водорослей, очень напоминающие сине-зеленые, которые существуют на нашей планете около 3 млрд. лет. В те времена формы жизни были столь примитивны, что сейчас ученые не могут однозначно назвать это чудо природы ни растениями, ни бактериями. Точнее, считают и тем, и тем. Именно от них, от цианей, полагают исследователи, и произошли затем в ходе эволюции все последующие формы жизни. При этом сами цианеи за это время не выродились и не вымерли.

Эти одноклеточные насчитывают три класса, около 150 родов, свыше 2000 видов и распространены буквально везде. Однако, на наше счастье, они совершенно не опасны.

Исследователи так и не обнаружили следов размножения цианей в живом организме. Между тем, мы, сами того не ведая, потребляем эти водоросли и на завтрак, и в обед, и на ужин. Ведь сине-зеленые водоросли, названные так за свой цвет, входят, например, в состав планктона — основной пищи многих рыб и даже китов, живут в почве, помогая растениям усваивать азот из воздуха. Скажем, водоросль спирулина — одна из разновидностей синезеленых — издавна входила в пищевой рацион древних японцев, ацтеков, индусов…

Видимо, слава спирулины была в свое время столь громкой, что на нее не смог не обратить внимания знаменитый писатель-фантаст Жюль Верн. Его капитан Немо, судя по роману «20 тысяч лье под водой», происходивший из рода индийских правителей, регулярно приправлял свою пищу «соусом из морских водорослей» и прожил долгую жизнь.

Сине-зеленые водоросли, иногда вызывающие «цветение» воды, способны вызвать существенный прирост урожая риса и других сельскохозяйственных культур.

Спирулина нужна как подводникам, так и исследователям космоса. Впрочем, и обыкновенные жители планеты Земля тоже благодарны ей за многое.

В наши дни медики пришли к выводу, что спирулина — настоящий кладезь микроэлементов, которые усваиваются человеческим организмом на 95 процентов!

Из спирулины теперь делают специальные таблетки, которые назначают не только больным, но и здоровым людям. Их принимают желающие избавиться от бессонницы, мигрени, диабета и даже ожирения. Спирулина входит и в рацион спортсменов, готовящихся штурмовать мировые рекорды.

С некоторых пор спирулину стали брать с собой в полеты и американские астронавты, полагая, что лучшего источника микроэлементов им не найти. А наши исследователи космоса большие надежды возлагают на зеленую водоросль хлореллу — ближайшую родственницу спирулины. Они полагают, что в дальнем межпланетном рейсе она может стать не только источником пищи, но и вырабатывать космонавтам кислород.

Еще один интересный космический проект — засеять верхние слои атмосферы Венеры все теми же микроводорослями. Первым такую идею выдвинул наш исследователь Игорь Михайлович Забелин, затем его поддержал известный американский астрофизик Карл Саган. Оказавшись в плотной венерианской атмосфере, микроводоросли начнут поглощать углекислоту, усваивая водород и высвобождая кислород. Это, как полагают, уменьшит «парниковый эффект» и температура на поверхности Венеры постепенно начнет снижаться. Со временем Венера превратится если не в гостеприимную, то во вполне сносную для существования человека планету, станет пригодной для дальнейшего обустройства.

Вот так пришельцы из космоса снова возвращаются в свою родную стихию. И мы наверняка еще о них услышим.

Станислав ЗИГУНЕНКО