Ухом к земле

Дедал размышляет о резонансных свойствах Луны, открытых во время полетов космических кораблей «Аполлон». Дедал вспомнил о том, что солдатам, марширующим по мосту, подается команда «сбить ногу» — это предотвращает возможность опасного резонансного раскачивании конструкции ([4], с. 43, 182). Дедал полагает, что подобные меры предосторожности будут не лишни и на Луне. Шутники-ученые уже успели вызвать гнев защитников природы предложением взорвать на Луне ядерный заряд, чтобы исследовать лунные резонансы. Фирма КОШМАР планирует еще более радикальный эксперимент, в ходе которого установленный на Луне молот станет упорно колотить по ее поверхности с частотой, подобранной таким образом, что в конце концов Луна как бокал, резонансно возбуждаемый голосом оперного певца, — разлетится вдребезги. В результате вокруг Земли образуется кольцо, напоминающее кольцо Сатурна, что будет приятно разнообразить наше ночное небо. К счастью, из-за значительного затухания сейсмических волн на поверхности Луны подобная адская машина не будет обладать достаточной разрушительной силой. Однако техника регистрации слабых сейсмических колебаний достигла в наши дни такого совершенства, что Дедал предлагает проект сейсмической системы связи, состоящей из передатчика, возбуждающего колебания земной поверхности, и приемного устройства, включающего датчик (что-то вроде граммофонного звукоснимателя), усилитель и наушники. Использование стандартных принципов частотной и амплитудной модуляции позволит выделить большое число каналов связи, а узкополосные фильтры отсеют посторонние шумы, вызванные землетрясениями и подземными ядерными взрывами. Дальность такой связи принципиально не ограничена, хотя для действительно дальней связи в качестве передатчика придется использовать некое подобие непрерывно модулируемого взрыва. Поэтому Дедал направляет свои усилия на создание системы связи ближнего радиуса действия, он уже разработал конструкцию приемопередающих ботинок, острорезонансные, чувствительные к колебаниям подметки которых соединяются со шлемофоном. Аппарат предполагается даже снабдить звоночком для оповещения о вызове. На Луне, где радиосвязь затруднена из-за отсутствия ионосферы и большой кривизны поверхности, эта система не будет иметь себе равных.

New Scientist, January 8, 1970

Изотропные сейсмические волны, распространяясь в объеме Земли, затухают пропорционально квадрату расстояния. Рэлеевские поверхностные волны, распространяющиеся, подобно морским волнам, вдоль поверхности твердого тела, затухают пропорционально расстоянию в первой степени и поэтому, вероятно, более пригодны для наших целей. (По всей видимости, именно благодаря рэлеевским волнам индеец, припавший ухом к земле, слышит топот коней приближающегося неприятеля.) Скорость распространения поверхностных волн составляет примерно 90 % скорости распространения сдвиговых возмущений (скажем, 3 км/с в граните), так что время прохождения сигнала не слишком велико. Для возбуждения поверхностных волн подметка ботинка должна колебаться наклонно, а не перпендикулярно к поверхности Земли. В качестве передатчика изобретенные Дедалом ботинки обладают немаловажным достоинством: масса и звукопоглощающее свойство человеческого тела способствуют тому, что основная доля энергии колебаний направляется вниз, в землю. Однако их использование в качестве приемника, наверное, будет затруднено наличием скрипа и прочих шумов, исходящих от владельца. Поэтому, быть может, есть смысл использовать для приема трость, соединенную проводом со шлемофоном. Пьезоэлектрическим преобразователям следует отдать предпочтение перед электромагнитными: они легче, проще по конструкции, надежнее и, кроме того, лучше приспособлены для возбуждения поперечных колебаний. Для работы в режиме передачи потребуется надежный источник питания, способный давать высокое напряжение.

Комментарий Дедала

С этим проектом фирма КОШМАР потерпела полное фиаско. Вскоре после появления нашей заметки мне попалась статья К. Икрата и У. Шнайдера «Связь при помощи сейсмических волн с использованием резонансных сейсмопреобразователей на частоте 80 Гц» (IEEE Transactions, COM-16(3), June 1968, p. 439). Сотрудники электронного подразделения армии США, используя электромагнитные преобразователи мощностью 10 и 200 Вт, показали возможность передачи сигналов на расстояние до 1 км. В основном они возбуждали, по-видимому, изотропные сейсмические возмущения; исключение составляют несколько интересных опытов, проведенных на льду озера, в ходе которых удавалось возбудить изгибные моды колебаний льда, распространяющиеся вдоль поверхности с малыми потерями. Иногда, однако, возбуждались также связанные колебания прилегающего слоя воздуха. В одном эксперименте удалось осуществить передачу колебаний льда и воздуха в связанном режиме. «Отчетливо слышимый треск, похожий на шум ломающегося льда, заставил команду ретироваться на берег», — пишут авторы статьи.