Открывая тайны океана - Евгений Сузюмов

В августе 1984 г. подобный эксперимент был повторен, причем отрабатывались именно методические задачи по дистанционному определению характеристик водной поверхности. Съемки отдельных участков акватории вновь велись одновременно со станции «Салют-7», специализированного геофизического спутника «Космос-1500», самолетов-лабораторий, с борта НИС «Михаил Ломоносов» и «Профессор Колесников». Это был международный эксперимент, в подготовке и проведении которого наряду с учеными СССР приняли участие специалисты Болгарии, ГДР, Польши.

Впервые в отечественной практике подобные крупномасштабные и долговременные эксперименты были проведены с участием ИСЗ «Космос-1500», «Космос-1602», «Интеркосмос-20», «Интеркосмос-21», орбитальной станции «Салют-7» и целой группы НИС. Целью эксперимента было создание научно-технических основ глобальной системы наблюдения и контроля за состоянием океана в интересах службы погоды, а также в интересах промыслового и торгового флота СССР.

Во время комплексной съемки Каспийского моря в августе 1986 г. подобные подспутниковые исследования проведены в районе специального полигона на границе Северного и Среднего Каспия. Впервые на Каспийском море с борта НИС «Акватория» осуществлялись синхронные наблюдения совместно со спутником «Метеор», самолетом-лабораторией Ту-134, оснащенным сканером высокого разрешения.

В июле 1987 г. океанологические съемки на Каспийском полигоне были повторены, причем к ним подключились орбитальная станция «Мир», самолеты-лаборатории Ту-134 и Ан-30, вертолет Ми-8, а также информационные системы ИСЗ серий NOAA, «Метеор», «Ресурс».

Проведение комплекса океанологических наблюдений на разных высотных уровнях позволило продвинуть вперед отработку методики использования дистанционных спутниковых измерений для исследования поверхностного слоя моря. Безусловно, работы на подспутниковых полигонах с участием в первую очередь НИС будут проводиться интенсивно и впредь.

Почему космонавты видят подводный рельеф в океанских глубинах?

Возможности космической океанологии поистине неисчерпаемы. И неожиданностей для ученых в этом новом деле встретилось немало.

В июне 1978 г. с борта космического корабля «Салют-6» советский космонавт В. В. Коваленок усмотрел из космоса отрезок Срединно-Атлантического хребта, вершины которого находятся на глубинах более 1000 м А в 1979 г. также с «Салюта-6» космонавты В. А. Ляхов и В. В. Рюмин наблюдали участок подводного хребта к юго-западу от Гавайских островов. Вот рассказ об этом космонавта Г. Т. Берегозого: «Шел очередной сеанс связи с экипажем научной станции «Салют-6». Космонавты В. Ляхов и В. Рюмин вели визуальные наблюдения над Тихим океаном, и вдруг слышим:

– «Заря», сообщите океанологам – видим участок подводного хребта.

– Принято, – ответила Земля. И через минуту:

– Уточните район, «Протоны». Океанологи не верят, считают, что этого не может быть. Вам не померещилось?

– Да нет, не померещилось. Ясно видим оба. Район юго-западнее Гавайских островов».

Как убедились на Земле, в этом районе действительно под водой простиралась горная цепь. Но ведь она на глубине сотен метров. А по законам физики толща воды более 100 м совершенно непрозрачна. Как могли «Протоны» заглянуть невооруженным 'глазом на такую глубину? Было от чего прийти в недоумение ученым.

В мае – июне 1980 г. подводный рельеф дна океана наблюдали с «Салюта-6» Л. И. Попов и В. В. Рюмин. В мае 1980 г. в юго-восточной части Атлантического океана они увидели бирюзовое пятно диаметром 30–40 км. Координаты и размеры пятна практически совпадали с координатами и размерами подводной горы Юинг. 27 июня космонавты дважды наблюдали рельеф дна Тихого океана. Космонавты рассказывали, что воспринимали подводные горные хребты как образы гор, а не как изменение оптических характеристик воды. Хребты выглядят из космоса так, будто их неровно покрасили в землисто-серый или бирюзовый цвет. Космонавты безошибочно отличали их от пятен планктона или взвеси в океане.

Как же можно объяснить этот физический феномен? Визуальное обнаружение из космоса элементов рельефа дна шельфовых районов моря объясняется однозначно. Ученые пришли к выводу, что атмосфера как бы отфильтровывает многократные отражения световых волн, которые «запутывают» общую картину, превращая видимые предметы в невидимые. Схематически это происходит следующим образом. Луч солнца, достигнув дна, отражается от него и возвращается на приемник излучения с небольшой, но вполне достаточной интенсивностью, а все попутные многократные отражения поглощаются атмосферой.

Данное крупное открытие в атмосферной оптике позволило создать метод исследования водных масс и топографии дна озер, рек, морского и океанского шельфа.

С его помощью, например, сквозь толщу морских вод удалось разглядеть на дне шельфовых областей погребенные русла древних рек, древние дельты, где тысячелетиями по крупинкам скапливались полезные ископаемые, выносимые течениями.

В связи с обнаружением космонавтами объектов в толще вод океанов на глубинах более 1000 м академик Г. И. Марчук высказал гипотезу. Если бы морская вода не давала многократного рассеяния солнечных лучей, то тогда освещение доходило бы до дна, отражалось бы и попадало в глаза космонавта или в объектив фотоаппарата. Но вода – среда оптически мутная, и в ней свет идет не только в прямом направлении, но и многократно рассеивается. Наблюдатель же, смотрящий в воду непосредственно с поверхности, воспринимает рассеянный свет. Из-за этого предметы на глубине более 40 м даже в чистой воде практически не видны.

На Байкале, где вода особенно чистая, уже с самолета глубина видимости предметов увеличивается до 150–200 м в зависимости от высоты полета. Не исключено, что из космоса при хорошем освещении и при наблюдении под определенным углом можно увидеть предметы на глубине 700 или 1000 м. И это действительно установили космонавты. В чем дело? Атмосфера играет роль фильтра, и чем толще ее слой, через который проходят рассеянные лучи, тем эффективнее этот фильтр. Он пропускает только однократно отраженные световые волны. Впрочем, это лишь гипотеза.

Академик АН УССР Б. А. Нелепо по поводу этого космического феномена высказывает предположение, что именно на подводных хребтах рождаются так называемые внутренние волны, которые изменяют распределение оптических характеристик воды. Видимо, космонавты наблюдают отражение этих процессов на поверхности океана, а считают, что видят сами хребты.

Но если взаимосвязи видимого и фактически существующего будут точно определены, то открывается возможность изучения рельефа дна океана путем фиксирования изменений оптических характеристик воды над элементами рельефа дна.

И еще одно возможное объяснение этого феномена. Если на дне океана залегают более тяжелые породы, то водная масса притягивается сильнее и водная поверхность как бы прогибается в сторону этих тяжелых пород. Определено, что впадинам океанского дна (где располагаются, как правило, тяжелые породы) соответствуют поверхностные водные впадины. Может быть, это явление и объясняет изменение оптических свойств водной поверхности над подводными хребтами. А в итоге появляется возможность наблюдения их с орбиты.

Известный советский географ В. И. Магидович высказывает по этому поводу еще одну гипотезу. Космонавты видели не самые подводные поднятия, а их изображения, созданные планктоном или взвешенными в воде частицами, на расположение которых оказывает воздействие рельеф дна.

По мнению доктора технических наук профессора А. И. Лазарева, лучше всего наблюдать дно морей и океанов, когда контраст между яркостью дна и океана максимальный, а он, как известно, зависит от условий освещения, наблюдения и от прозрачности морской воды. Анализ условий показывает, что глубина, на которой возможны наблюдения рельефа дна, существенно зависит от высоты, с которой ведутся наблюдения. Этот неожиданный эффект связан с тем, что в элемент разрешения зрительной системы наблюдателя попадает и прямое излучение от дна, и то, которое рассеивается толщей воды. Таким образом, космонавты могут фактически видеть подводные горы при определенном, особом сочетании условий их освещения и наблюдения из космоса.

Как видим, гипотез и предложений по поводу феномена много, но истина не раскрыта.

Глава VI

Все ли тайны океана раскрыты!

Друзья мои, где вы сейчас,

Узнать я не могу.

Давненько что-то не встречал

Я вас на берегу.

Но от разлук и непогод

Есть песни и баян.

Уходит флот, Советский флот

Работать в океан.

Океан – акустическое королевство кривых зеркал

Именно так назвал океан наш виднейший гидроакустик академик Л. М. Бреховских в одной из своих статей. И в этом метком определении заложен глубокий смысл. Вспомним, во-первых, что только звуковые волны в отличие от любых электромагнитных колебаний могут распространяться в океане на большие расстояния. Даже всесжигающий мощный луч оптического лазера в водной среде способен пройти всего лишь сотни метров. Но почему королевство кривых зеркал? Дело в том, что искривление направления распространения звуковых колебаний в водной среде связано с ее неоднородностью. Мы уже познакомились ранее с различными видами неоднородностей в океане. Океан – это слоеный пирог, где каждый слой характеризуется своей температурой, плотностью и соленостью, следовательно, и скорость распространения звука в каждом слое будет различной.