Вторая стихия

Древние философы считали, что Вселенная и все сущее в ней имеет четыре начала, четыре составляющие: огонь, воду, воздух, землю. Начала эти и поныне называют стихиями.

Сейчас нам предстоит на время покинуть привычную третью стихию и совершить путешествие в глубины второй - воды.

Людям издавна знакома эта могучая и своенравная стихия. В борьбе с ней, стремясь покорить ее, они многому научились, многое изобрели. Они научились строить корабли, порты, мосты, волноломы и плотины, водяные мельницы и гидростанции, торпеды и подводные лодки; изобрели морской компас, секстант, астролябию. Не перечесть всего, чему обучила человека вода - его прародина.

Физические свойства воды сильно отличаются от свойств воздуха. Вода во много раз тяжелее и плотнее воздуха, она во много раз хуже пропускает световые волны и почти совсем не пропускает радиоволны, она оказывает гораздо большее сопротивление движущимся телам, чем воздух. Зато вода несжимаема, и поэтому в ней почти беспрепятственно на огромные расстояния и гораздо скорее, чем в воздухе, распространяются звуковые волны. Не менее замечательны и химические свойства воды. Именно благодаря им вода стала родиной жизни, и ее населяет бесчисленное множество самых разнообразных живых существ: от микроскопических одноклеточных и до самых больших в мире животных - китов. И конечно, бионике есть чему поучиться у обитателей моря.

Но хотя жизнь человека всегда была тесно связана с водой, еще и теперь, в годы невиданного расцвета научных исследований, мы едва начали изучать эту стихию и ее обитателей. И наверняка не знакомы со всеми существующими морскими и пресноводными животными. Некоторые даже утверждают, что мы не знаем не только многих мелких животных, но даже и крупные не все нам известны, и считают, что нам еще предстоит познакомиться с гигантским морским змеем, будто бы встречавшимся в океанских просторах мореплавателям, и чудовищем шотландского озера Лох-Несс.

Нет ничего удивительного в том, что мы мало знаем о морских глубинах и их обитателях - проникнуть в эти глубины необыкновенно трудно. Но, говоря откровенно, инженеры и ученые уделяли и уделяют основное внимание третьей стихии - воздуху. И не случайно, что покорена стратосфера, что над Землей кружатся искусственные спутники и человек уже вышел в открытый космос, а Венеру и Марс начали обследовать автоматические межпланетные станции.

Первое свободноплавающее судно, пригодное для погружения на рекордные глубины, - батискаф - было создано жителями самой сухопутной страны на свете: швейцарцами Огюстом Пикаром, одним из первых покорителей стратосферы, и его сыном Жаком, покорителем самой большой глубины мирового океана. Лишь в январе 1960 года, всего за четыре месяца до полета Юрия Гагарина в космос, Жак Пикар и американский моряк Дон Уолш опустились на дно глубочайшей в мире океанской впадины - Марианского желоба.

Теперь уже все понимают, как важны исследования второй стихии. Ведь почти три четверти земной поверхности занимает мировой океан - дом несметного количества животных, в водах которого растворены соединения множества ценнейших химических элементов, а на дне хранятся богатейшие россыпи руд. И не надо быть пророком, чтобы с уверенностью сказать, что в ближайшие пятьдесят - сто лет завоевание мирового океана окажет на жизнь человечества влияние не меньшее, чем завоевание космоса.

Первыми начали осваивать морские глубины военные моряки. Боевые подводные лодки принимали участие в обеих мировых войнах. Они очень грозное оружие, и их строят все крупные державы мира, а три из них - СССР, США и Англия - имеют атомные подводные лодки. Вождение подводных лодок - искусство значительно более сложное, чем вождение надводных кораблей. Не говоря уже о том, что подводная лодка движется во всех трех измерениях, а надводный корабль только в двух, вождение подводной лодки трудно еще и потому, что штурман не может определять координаты ни по звездам и солнцу, ни по радио, ни по маякам и очертаниям берегов, хотя координаты ему нужно знать с гораздо большей точностью, чем штурману надводного корабля. Вода очень плохо пропускает свет, но, кроме того, она сильно его рассеивает и поэтому в самой чистой, самой прозрачной воде можно различать предметы на расстоянии не более 10-50 метров. Даже при скорости лодки 12 узлов (чуть более 6 метров в секунду) препятствие можно увидеть не раньше чем за три секунды. У лодки не может быть тормозов, она не успеет остановиться за три секунды, не успеет и повернуть. А ведь современные лодки даже под водой плавают со значительно большей скоростью. Это значит, что командир лодки должен еще издалека узнавать о препятствиях: скалах, мелях, затонувших кораблях, о других подводных лодках.

Как же все-таки удается капитанам водить подводные лодки? Что заменяет им зрение, беспомощное и почти бесполезное в морских глубинах?

Зрение подводникам заменяет слух. Круглосуточную вахту на лодках несут акустики. С помощью гидрофонов они непрерывно вслушиваются в звуки за бортом: в шум винтов кораблей, проплывающих наверху, в шум винтов других подводных лодок. Опытный акустик умеет не только определять пеленг (направление) источника звука, но по характеру звука очень точно различает корабли.

И все-таки, как бы ни был опытен акустик, полагаться лишь на его чуткий слух было бы крайне опасно. И инженеры в течение многих лет стремились создать более совершенные приборы, помогающие вождению подводных лодок. Наконец им удалось изобрести принципиально новые акустические приборы, и вскоре возникла новая, интересная и сложная область радиоэлектроники - гидролокация.

Она близкая родственница радиолокации и звуколокации летучих мышей, ибо основной принцип действия гидролокаторов тот же самый. Но вместо радиоволн и звуковых волн в воздухе, работа гидролокатора основана на распространении звуковых волн в воде. Мы уже говорили, что звуки распространяются в воде гораздо дальше и гораздо быстрее, чем в воздухе, и знаем, что ультразвуковые волны некоторыми своими свойствами напоминают волны световые, причем сходство тем большее, чем короче длина волны. Короткие ультразвуковые волны можно, подобно свету, собирать в узкие пучки и излучать короткими импульсами. Вот это сходство и позволило инженерам создать ультразвуковые гидроакустические локаторы. Первые гидролокаторы были созданы немногим позже первых радиолокаторов. В наши дни все подводные суда, начиная от атомной подводной лодки, кончая батискафом, имеют на борту гидролокаторы.

Но, как ни совершенны гидролокаторы, не забыты и старые проверенные способы. И на подводных лодках по-прежнему чутко вслушиваются в звуки моря акустики, по-прежнему несут они свою нелегкую вахту.

Все знают поговорку: "Нем как рыба". Эта поговорка устарела. Но до самых недавних пор все были убеждены, что рыбы действительно немы. Только малайские рыбаки знали, что это не так. Они умели находить рыбьи стаи по звуку. Для этого нужно было лишь опустить уши в воду, так, чтобы воздух не мешал доступу звуков из воды.

Мы, жители третьей стихии, никогда не слышим подводных звуков, потому что поверхность воды, граница вода - воздух, почти непроходима для них.

Но еще лучше, чем малайские рыбаки (ведь они не пользовались очень чувствительными гидрофонами), могли слышать звуки, издаваемые рыбами, акустики на подводных лодках. Для этого требовалось лишь одно: чтобы лодка не распугивала рыб. Это случалось в редкие часы затишья, когда лодка, притаившись в глубине, поджидала корабль противника или, наоборот, спасалась от преследования вражеских морских охотников. И тогда акустики могли слышать странные звуки, происхождение которых они вначале не могли объяснить. Но время шло, и акустики стали догадываться, кто это стрекочет, щелкает, скрипит, трещит за бортом. Однако, поджидая корабль врага или взрыв глубинной бомбы, сброшенной преследователями, не будешь особо внимательно вслушиваться в рыбьи разговоры; вряд ли у кого в таких условиях появится охота изучать их.

Вторая стихия

Только после войны взялись за это ученые. Звуки, издаваемые рыбами, оказались на редкость разнообразными; и к счастью, почти все из них человеческое ухо легко воспринимает.

Звуки эти играют исключительно важную роль в жизни рыб. Они служат сигналами, помогающими жизни рыбьей стаи и каждой отдельной рыбы. Есть звуки ближней и дальней сигнализации. Звуки питания имеют характер шума, они слышны только на небольших расстояниях. Звуки угрозы слышны дальше. На еще большее расстояние разносятся ритмические импульсные нерестовые сигналы. Даже при волнении моря в 2-3 балла рыбы слышат их на расстоянии до 100 метров.

Вот характер и смысл некоторых уже исследованных звуковых сигналов. Наиболее ярко выраженные звуки, которые издает небольшая рыба зеленушка, напоминают цоканье и барабанный бой. Цоканье - сигнал предупреждения и привлечения внимания. Зеленушки цокают при виде пищи или перед дракой. Барабанный бой - угроза.

Много разнообразных звуков, причем иногда одновременно и скрип, и шумы, и щелчки издает белуга. Смысл этих сигналов еще полностью не расшифрован.

Но не только рыбы пользуются звуковой сигнализацией. Все морские млекопитающие тоже издают разнообразные звуки. Особо богат лексикон животных из отряда китов. Наиболее изучена сигнализация у некоторых видов дельфинов, но об этом стоит рассказать отдельно.

А пока вернемся к гидролокации и на примере одной трагической истории выясним, на что способны современные гидролокаторы.