Наша планета окружена невидимым электрическим одеялом — ионосферой. Учёные давно научились слегка «подогревать» её с помощью мощных радиопередатчиков, чтобы изучать её свойства и использовать для связи. Но оказалось, что у этого «подогрева» есть свой физический предел, как у обычной кухонной плиты.
Установки вроде знаменитого HAARP на Аляске — это гигантские антенны, которые посылают в небо мощные радиосигналы. Учёные могут их включать и выключать с определённой частотой (например, 3000 раз в секунду). Это похоже на то, как если бы вы быстро щёлкали выключателем в комнате, заставляя лампочку мигать.
Это «мигание» нагревает электроны в ионосфере, и она сама начинает вести себя как гигантская антенна, переизлучая сигналы обратно на Землю, но уже в виде сверхдлинных низкочастотных волн. Они очень полезны, так как могут проникать под воду и в толщу земли, что важно для связи с подлодками и изучения земной коры.
Исследователи из Института прикладной геофизики им. академика Е.К. Федорова (ИПГ) и Института земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова выяснили, что нельзя бесконечно увеличивать мощность передатчика, чтобы усилить этот эффект. Представьте, что вы пытаетесь вскипятить воду на сильном огне. Сначала она нагревается быстро, но после закипания температура перестаёт расти, как бы вы ни прибавляли газ — энергия уходит на парообразование.
Так же и здесь: после определённой мощности (для HAARP это 3.6 МВт) электроны в ионосфере уже не успевают остывать в паузах между импульсами. Дальнейшее увеличение мощности просто не даёт результата. Сигнал перестаёт усиливаться.
Оказалось, что важна не только мощность, но и «рисунок» включений-выключений:
- Плавное мигание (синусоидальная модуляция): есть чёткий предел. Его HAARP уже достиг.
- Резкое включение/выключение (квадратная модуляция): Сигнал можно усилить, но для этого мощность нужно увеличивать в разы. Удвоение мощности даёт лишь мизерную прибавку к результату.
Кроме того, лучше всего работают не высокие частоты, а низкие (2.75 и 3.25 МГц). Они создают большее «пятно» нагрева в небе, что делает «антенну» эффективнее.
Это значит, что даже если построить установку в 2-3 раза мощнее HAARP, сила создаваемого ей низкочастотного сигнала на Земле не превысит 1 пикотесла. Это исчезающе малая величина, которую фиксирует только сверхчувствительная аппаратура.
Это фундаментальное открытие показывает нам предел возможностей человека в воздействии на ионосферу. Оно позволяет:
- Экономить ресурсы: понимать, когда дальнейшее наращивание мощности установок бессмысленно.
- Планировать эксперименты: точно знать, каких результатов ждать.
- Разрабатывать технологии: создавать более эффективные методы генерации волн, играя не мощностью, а другими параметрами.
В итоге, учёные нашли «потолок» для мощности ионосферных нагревателей. Это не тупик, а важный рубеж, который позволяет двигаться дальше — не в лоб, наращивая гигантские мегаватты, а через хитрость и точный расчёт.
Исследование опубликовано в журнале «Гелиогеофизические исследования».
Создано при поддержке Минобрнауки РФ в рамках Десятилетия науки и технологий (ДНТ), объявленного Указом Президента Российской Федерации от 25 апреля 2022 г. № 231.
