Юлен Очаковский - Свет в море

Эту установку, состоящую из буя с площадкой для размещения приборов и сложного переплетения металлических тросов, закрепили на дне моря в 20–25 м от «Черномора». Буй мог погружаться на любую глубину, тем самым позволяя измерять оптические характеристики от поверхности до дна.

Опыт «Черномора» — первый в оптике моря. Он показал, какие богатейшие возможности для проведения точных и длительных измерений непосредственно в толще воды предоставляет подводная лаборатория. Ведь до сих пор подавляющее большинство гидрооптических измерений проводилось на борту научно-исследовательских кораблей, как правило, качающихся на волне или зыби. Ясно, что точность измерений здесь ниже, чем при измерениях с жестко закрепленного «Черномора». Очень важно и то, что океанавт, выйдя из люка подводной лаборатории, в любой момент может контролировать работу приборов.

Летом 1969 г. оптические исследования с помощью подводной лаборатории «Черномор» проводились на больших глубинах. Научная программа стала обширнее и разнообразнее.

Когда пишут об оптических квантовых генераторах, или лазерах, то в первую очередь приводится их длинный «послужной» список. Действительно, лазеры используют в самых разнообразных областях науки и техники. Их применяют вместо скальпеля хирурга и при сварке металлов, для наблюдения за искусственными спутниками Земли и в метеорологии. «Игольчатый» луч лазера нашел широкое применение и в оптике моря. Как известно, радиоволны плохо распространяются в морской толще, и долгое время для подводной связи использовались только акустические методы. До изобретения оптических квантовых генераторов об оптической связи не могло быть и речи.

Дальность действия сконцентрированного светового потока, излучаемого лазером в воздушной и тем более в безвоздушной среде, составляет миллионы километров. А какие расстояния луч лазера может пройти в воде? Американские исследователи сообщали, что дальность действия рубинового лазера с мощностью в импульсе 210 вт из-за сильного поглощения красного света водой всего 50–60 м. Естественно, рубиновый лазер непригоден для подводной связи. Другое дело, лазер, «работающий» в наиболее прозрачной части спектра видимого света. По данным группы американских исследователей, луч сине-зеленого лазера проходит в воде расстояние 1200 м. С помощью такого лазера открывается реальная возможность установления оптической подводной связи.

В настоящее время лазерный луч используется для создания точнейших гидрооптических приборов. В лаборатории Ерлова сконструирован и успешно эксплуатируется такой прибор для измерения характеристик рассеяния непосредственно в толще воды.

Американский оптик Шпильхауз с помощью прибора лабораторного типа, в котором в качестве источника света используется газовый неоно-аргоновый лазер, провел обширные измерения рассеяния света морской водой в Атлантическом и Индийском океанах.

Известны попытки использовать специальные оптические квантовые генераторы в качестве оптических гирокомпасов.

Гидрооптика — одна из наиболее молодых областей океанологии. За последнее десятилетие она резко шагнула вперед в своем развитии. По существу еще совсем недавно все исследования в области оптики моря сводились к наблюдениям так называемой прозрачности воды с помощью белого диска и определения цвета моря по шкале Фореля — Уле. Естественно, такие данные не могли удовлетворить растущие потребности науки и практики. Это обусловило появление новой аппаратуры и современных методов измерений оптических параметров моря.

Необходимость решения целого ряда актуальных вопросов океанологии и гидробиологии, а также прикладных задач, выдвигаемых развитием морской техники, неизбежно должна привести к значительному прогрессу этой важной и интересной отрасли гидрофизики.

Примечания

1

Бугер. Оптический трактат о градации света, т. III, М., Изд-во АН СССР, 1950.

2

Вс. А. Березкин, А. А. Гершунн, Ю. Д. Янишевский. Прозрачность и цвет моря. Л., Изд-во Военно-морской Академия ВМФ, 1940.

3

Список литературы, посвященной общим вопросам оптики моря, весьма невелик: глава из «Физики моря» В. В. Шулейкина, статья профессора С. Даитли в «Журнале Американского оптического общества» и глава из известной книги «The Sea», написанная американскими учеными Дж. Тайлером и Р. Прайзендорфером. Лишь в 1968 г. вышла в свет монография известного шведского гидрооптика профессора Н. Ерлова «Optical Oceanography».

4

1 нм = 10-9 м = 10 А

5

Эти цифры относятся к молекуле Н2O, когда она находится в газообразном состоянии.

6

Н. Н. Зубов. Морские воды и льды. М., Гидрометеоиздат, 1938.

7

Мы здесь умышленно не рассматриваем поглощение на взвешенных в воде частицах, так как эти частицы вносят гораздо больший вклад в процесс рассеяния света, чем в его поглощение.

8

Сосуды специальной конструкции, с помощью которых берутся пробы воды определенного объема с любой глубины

9

Н. И. Евгенов. Морские течения. М., Гидрометеоиздат, 1954.

10

В. Г. Ажажа, О. А. Соколов. Подводная лодка в научном поиске. М., «Наука», 1966.

11

Ж.-И. Кусто, Ф. Дюма. В мире безмолвия. М., «Молодая гвардия», 1957.

12

Дивергенция (расхождение) — граница или граничная зона между противоположно направленными течениями внутри циклонических круговоротов.

13

В результате сравнительно недавних исследований доказано существование глубоководной флоры. Это прежде всего жгутиковые и синезеленые водоросли (Cyanophyceae), обладающие способностью усваивать растворенное в морской воде органическое вещество без помощи солнечной энергии.

14

Ж.-И. Кусто, Ф. Дюма. В мире безмолвия…

15

Получение таких пучков стало возможно с появлением лазеров. Изучать явления подобного рода — задача специального раздела оптики — нелинейной оптики.

16

Вс. А. Верезкин, А. А. Гершун и Ю. Д. Янишевский. Прозрачность и цвет моря

17

Т. Хейердал. Путешествие на «Кон-Тики». М., «Молодая гвардия», 1956.

18

Ж.-И. Кусто, Ф. Дюма. В мире безмолвия…

19

П. Бугер. Оптический трактат о градации света…

20

В. Биб. На глубине километра. М.—Л., Детгиз. 1937.

21

300 000 км/сек — скорость света в вакууме. В воде она составляет приблизительно 225 000 км/сек.

22

Существует много и других типов тепловых приемников света, таких, как болометры, молекулярные радиометры и т. п., но они пока не нашли широкого применения в практике гидрооптических исследований.

23

Г. Титов. 700 000 километров в космосе. М., «Правда», 1961.

24

Под углом зрения Н. Н. Зубов подразумевает угол между направлением наблюдения и поверхностью моря.

25

Н. Н. Зубов. Морские воды и льды…

26

О. Е. Коцебу. Путешествие в Южный океан и Берингов пролив для отыскания северо-восточного морского прохода, предпринятое в 1815–1818 гг. на корабле «Рюрик». СПб., 1821.

27

S. Q. Dantley. Underwater visibility. — «The Sea». N. Y. — London, 1962.

28

Р. Кэррингтон. Биография моря. Л., Гидрометеоиздат, 1966.

29

Ж. Верн. Собр. соч., т. 4. М… ГИХЛ. 1956.

30

Хроматическая аберрация — искажение изображения, возникающее из-за различия в преломлении световых волн разной длины.

31

А. А. Рогов, Фотосъемка под водой. М., «Наука», 1964.

32

Ослабление направленного радиоизлучения в воде происходит по тому же закону, что и светового потока: Iz = I0 ∙ 10-γz, где γ показатель ослабления.

33

К. А. Тимирязев. Солнце, жизнь и хлорофилл, т. 1. М., Сельхозгиз, 1948.

34

По измерениям немецкого исследователя Г. Люиебурга, на глубине 25 см освещенность, созданная лунным светом, равна 0,011 лк, а на горизонте Зм -0,002 лк. Во время цикла измерений освещенность поверхности моря Луной колебалась в пределах 0,1–0,3 лк.