Иркутский радиофизик Александр Полетаев получил патент на устройство

Устройство в будущем, вероятно, поможет предсказывать землетрясения

К громким заголовкам, недавно появившимся в прессе, о том, что в Иркутске изобрели прибор, способный прогнозировать подземные толчки, ученый Александр Полетаев относится критически. «Предсказывают шаманы и астрологи», — замечает он. Чтобы давать научные прогнозы, в особенности в области сейсмических явлений, нужно накопить большое количество экспериментальных данных, научиться их обрабатывать, найти методику. «Мы пока создали инструмент, придумали способ для измерений», — поясняет Александр, имея в виду приемную станцию особой конструкции, которая фиксирует радиоволны длиной более 10 километров. Поведение этих сигналов благодаря авторской компьютерной программе отражается на графиках и может стать материалом для дальнейшего изучения. В более широком смысле — надеждой на предвосхищение того, что человечеству и науке предвосхитить никак не удается.

Что ищут?

Шестьдесят километров в небо и более — проходя через эти верхние слои воздушного пространства, сверхдлинные радиосигналы не только приносят информацию о космосе, что само по себе любопытно для ученых. Они еще могут и помочь заглянуть в земные недра — туда, где зарождаются загадочные сейсмические явления.
Собственно, поначалу Александру Полетаеву было просто интересно узнать, что же происходит на той самой фантастической высоте.

— Изучение ионосферы — наше основное направление, — рассказывает аспирант НИ ИрГТУ. — Исследуем ее с помощью радиоволн. В мире очень много станций, которые излучают сигналы в сверхдлинноволновом (СДВ) диапазоне: это когда длина волны больше 10 км. Антенные системы этих станций очень большие, мачты, между которыми натянуты провода, под 300—400 метров. Используются они военными для навигации погруженных субмарин, для передачи сигналов эталонных частот и единого времени. Мы эти сигналы можем принимать и смотреть, как меняются их параметры, а по изменениям параметров судить об изменениях в ионосфере.
— Проводя мониторинг состояния ионосферы, — продолжает объяснять Александр, — мы выделяем неоднородности, которые возникают вследствие очень большого количества факторов: это солнечные вспышки, магнитные бури, различные атмосферные явления, связанные с электричеством, разрядами молний, которые бьют не вниз, а вверх. Круг направлений, которые можно охватить с помощью измерений в СДВ-диапазоне, широк. В том числе сюда входят и сейсмоионосферные эффекты.
Конечно, на зависимость между беспокойным поведением радиосигналов и возможными подземными толчками иркутяне обратили внимание не сразу. Это был очередной шаг в четырехлетних исследованиях. Международное сообщество ломает голову над этой проблемой уже не один десяток лет.

— Существуют работы других ученых, которые подобными методами давно проводят дистанционную диагностику атмосферы и изучают сейсмоионосферный эффект. Накопились некоторые результаты, — говорит Александр. — Согласно этим исследованиям, примерно за неделю и за 4 дня до землетрясения в фазе радиоволн проявляются наиболее сильные аномалии, особенно это касается мощных подземных колебаний — магнитудой 5 и более. Благо сейчас в свободном доступе есть электронный каталог землетрясений, а значит, возможность получать информацию, где и когда они происходили, сопоставлять, выявлять связь между событиями. Будем пробовать.

Как измеряют?

Радиосигналы получают с приемника собственной сборки, уже, можно сказать, второго поколения. Недавно станцию и ее пострадавшую от грозы электронику модернизировали, переделали все компоненты заново, протестировали и вернули на место, где в 2010 году начинались измерения.

— Все радиоприемники чувствительны к шумам, помехам, любой электрочайник, блок питания или компьютер забивает сигналы, мы не можем их выделить. Поэтому прибор из города уехал на дачу к нашему научному руководителю Александру Геннадьевичу Ченскому — по Голоустненскому тракту, подальше от линий электропередачи.

Мы выбрали 10 станций, которые имеют мощные передатчики и излучают сигналы в диапазоне от 3 до 30 килогерц, постарались, чтобы волны приходили к нам по всем направлениям и сторонам света: самая близкая — в Японии, далекая — на Гавайских островах, от нас 8680 км. Убедились, что уровень приема довольно хороший. Стали принимать.

Александр Полетаев, любитель задачек по физике, тогда еще учился на 3-м курсе и пришел работать техником на кафедру радиофизики и телекоммуникационных технологий ФТИ НИ ИрГТУ, стал помогать Александру Геннадьевичу Ченскому.

— Первый наш приемник, по сути, был собран из того, что в столе нашлось, — улыбается Александр, — простейшая измерительная установка.

— Надо сказать, что подобными устройствами занимаются более 50 лет в Стэнфордском университете, есть приборы, которые применяют в Новой Зеландии. Мы пошли по своему пути — стали делать собственный приемник, — говорит ученый. — Ориентировались при этом на разработки Стэнфордского университета. Вообще, подход стандартный: от антенны до компьютера. Но немного другие схемы, иные параметры устройства.

Александр написал две компьютерные программы — для приемника и для обработки сохраненных данных.

Амплитуды и фазы

В итоге на экране компьютера появляются графики — вечная головоломка, основа для дальнейших интерпретаций. Кривые линии, имеющие амплитуду и цикличность, уже сейчас способны немало поведать радиофизикам.

— Вот сигналы, мы получили их из Японии, — поясняет Александр. — Сразу могу сказать: это дневные амплитуды (более четкие линии), это (где размытое изображение) ночные. Есть характерные закономерности: ночью отражение происходит от одного слоя ионосферы (которая, кстати сказать, постоянно меняется), шумы накладываются более явно. Когда наступает рассвет, образуется другой слой, возникают иные процессы.

Не только изменения по суткам и сезонам научились различать иркутяне на своих графиках, но и события, которые происходит нерегулярно, — солнечные вспышки, например.

— Нашу картинку мы сопоставляем с результатами рентгеновского излучения Солнца, чтобы определить, что всплеск амплитуды, который отображен на графике, связан именно со вспышкой, — говорит Александр.

А еще нужно следить за движением Солнца, магнитными бурями, солнечным ветром, привлекая данные со спутников. И каждый раз соотносить и анализировать, чем вызвана аномалия... Сверхзадача для ученых — найти такую методику, чтобы поиск ответов на эти вопросы можно было автоматизировать.

Волны-предвестники

Разглядеть сейсмоповедение планеты Земля по этим графикам тоже есть шанс. Хотя ученые, в том числе Александр Полетаев, к формулировкам в данном случае подходят очень осторожно. Говорят так: можно будет провести мониторинг краткосрочных предвестников землетрясений или найти возможный способ краткосрочного прогноза подземных толчков.

— Вообще, измерять амплитуду оказалось недостаточно, многие процессы, в том числе сейсмика, в основном воздействуют на фазу радиосигналов — этот компонент вычислять гораздо сложнее, — делится радиофизик.

Как отделять сейсмоионосферные от других эффектов, описанных выше, — вопрос, решив который, наверное, можно будет получить Нобелевскую премию.
— Но инструмент уже есть, — считает Александр. — Мы хотим организовать сеть приемных станций, расположив их на расстоянии 30 км и более друг от друга вокруг Байкала. Ведь землетрясения у нас происходят регулярно.

Будем наблюдать за трассами радиосигналов из всех частей света, их пересечением. Если в ионосфере возникает неоднородность и на всех наших приемных станциях мы увидим эти аномальные изменения, то, используя различные методы обработки экспериментальных данных, можно будет попробовать найти объяснение, установить, где находилась неоднородность, какие имела размеры, если она передвигалась, то куда и с какой скоростью. Для сейсмоионосферного аспекта это очень важно.

— Но в поле приемник не поставишь — утащат, — улыбается ученый. — Мы рассчитываем на помощь Института солнечно-земной физики, они согласились расположить наши устройства у себя в обсерваториях, где есть помещения, сторож, розетка.

Станции должны работать в автономном режиме, без перебоев, чтобы не потерять экспериментальных данных. Их нужно собрать как можно больше.

Иллюстрации: 

Станция, улавливающая сверхдлинные радиоволны, сейчас установлена по Голоустненскому тракту и принимает сигналы.  «Для антенны приемника, который мы недавно заново собрали  и модернизировали, вполне подошли спортивные обручи», — объясняет Александр Полетаев
Станция, улавливающая сверхдлинные радиоволны, сейчас установлена по Голоустненскому тракту и принимает сигналы. «Для антенны приемника, который мы недавно заново собрали и модернизировали, вполне подошли спортивные обручи», — объясняет Александр Полетаев
baikalpress_id:  99 337