Изучение ионосферы является одной из наиболее сложных и в то же время наиболее важных отраслей современной науки, как для решения практических задач радиосвязи, так и для понимания явлений, происходящих во Вселенной. Здесь мы вынуждены немного отклониться от темы книги для того, чтобы читатель понял, почему инженеры связи после тридцатилетних поисков, находок и разочарований вновь из ионосферы опустились в глубины океана.

Ионосфера неоднородна и нестабильна. Она состоит из трёх основных слоев. Нижний слой "Е" расположен на высоте 130 километров, а два верхних слоя "F1" и "F2" - на высоте 200-400 километров. Обозначения "Е" и "F" были даны Эпплтоном, который впервые доказал существование в ионосфере не одного слоя, а нескольких. Нижний слой - ближайший к Земле, Эпплтон обозначил буквой "Е" - пятой буквой английского алфавита - на тот случай, если будут открыты слои, расположенные ниже. Сейчас мы знаем, что наличию слоев ионосферы мы обязаны ультрафиолетовым лучам, посылаемым на Землю Солнцем. В очень малых дозах ультрафиолетовые лучи полезны для человека. Но, если бы они достигли поверхности Земли неослабленными, в несколько минут всё живое на земле было бы уничтожено. К счастью для нас, ультрафиолетовые лучи высоко над поверхностью Земли проходят своего рода фильтрацию, а потому и не оказывают пагубного воздействия. Попутно во время такой фильтрации лучи ионизируют атмосферу, расходуя энергию на отрыв электронов от встречающихся на их пути атомов кислорода и азота. Наэлектризованный воздух отражает радиоволны примерно так же, как воздух при определённых температурных условиях отражает свет, создавая миражи.

Ионосфера под влиянием солнечных лучей меняет свою плотность и высоту в зависимости от времени суток и времени года. Учитывая это обстоятельство, варьируют (но только в определённых пределах) длины применяемых радиоволн.

Солнце как бы питает ионосферу; но иногда интенсивное ультрафиолетовое излучение, вызываемое взрывами на поверхности Солнца, разрывает ионосферу на части. Некоторые взрывы связывают с появлением пятен на Солнце, имеющим определённую закономерность. Замечено, что раз в 11 лет поверхность Солнца покрывается пятнами, а в остальное время она остаётся сравнительно чистой. Моменты появления пятен на Солнце совпадают с моментами наиболее сильных возмущений ионосферы, и в эти периоды радиосвязь особенно ухудшается.

Поэтому мы можем представить себе ионосферу, как зеркало, окружающее Землю и пульсирующее с изменением как времени суток, так и времени года, зеркало, которое никогда не бывает абсолютно гладким, а потому и не даёт удовлетворительного отражения. Остаётся только удивляться, каким образом радиоинженеры с успехом используют этот созданный природой, но далеко не совершенный рефлектор.

Прежде чем мы спустимся с небес в глубины океана, позвольте напомнить ещё об одном изобретении, которое явилось следствием изучения верхних слоев атмосферы.

Принцип отражения радиосигналов лёг в основу радарных установок, которые широко применялись во время второй мировой войны. Инициатором создания радара в Англии в конце тридцатых годов стал Роберт Уотсон-Уатт [51]. Не будь радиолокационных устройств, Воздушный флот Англии, возможно, был бы уничтожен в этой войне превосходящими силами немцев и, кто знает, что сталось бы тогда с Англией.

Так вот радиолокация своим возникновением обязана изучению невидимого слоя - ионосферы, о существовании которого человечество и не подозревало несколько десятков лет назад.

К сожалению, и сейчас ещё находятся люди, которые ставят под сомнение целесообразность занятий так называемой "чистой наукой". Казалось бы, какой интерес для нашей повседневной жизни представляют попытки замерить плотность электронов в определённом слое воздуха, находящемся на высоте нескольких сот километров?

Но, как следует из вышеизложенного, подобные, на первый взгляд, чисто теоретические исследования изменяют облик планеты и нередко оказывают влияние на развитие истории человечества в целом.

В книге В. Сибрука "Роберт Вуд" (Огиз-Гостехиздат, М., 1946 г.) приведен забавный рассказ Вуда о демонстрации Маркони в Лондоне (1911 г.) трансатлантической передачи радиосигналов:

«...Было объявлено, что на лекции Маркони присутствующие услышат трансатлантические сигналы из Глэс Бэй в Новой Шотландии (в Америке). В то время многие ещё сомневались в возможности этого.

Над крышей собирались запустить змей с антенной, и слушатели должны были услышать сигналы в систему телефонных трубок, разложенных по аудитории. За много дней до лекции исторические залы института наполнили рабочие, устанавливавшие аппараты Маркони. Они разобрали железную балюстраду на мраморной лестнице, ведущей на второй этаж, мешавшую поднять туда громоздкие электрические установки. Вестибюль был три дня забит огромными ящиками, и постепенно за круглым столом, где Фарадей показывал свои маленькие катушки и магнитики, скопилось столько внушительных электрических аппаратов последней конструкции, сколько можно увидеть в одном месте разве на всемирной выставке. Огромная мраморная распределительная доска с вольтметрами, амперметрами, реостатами, предохранителями, индукторами и т.д. и т.д., несколько таинственных ящиков красного дерева с блестящими медными клеммами и пластинками и ещё масса других предметов. Вечером перед лекцией два молодых ассистента Маркони залезли на крышу института, откуда запустили двойной змей и настраивали приёмные аппараты.

Всё это меня страшно интересовало, так как я сам занимался змеями в Ист Хэмптоне. Я ввязался в их работу с вопросами, предложениями, мешая им на каждом шагу своими попытками помочь.

Маркони читал свою лекцию по рукописи, облокотившись на кафедру и положив голову на руку. Мне казалось, что он меньше всех интересуется тем, что говорит, - и никаких экспериментов не было.

Только под самый конец он сказал: "Я установил здесь аппарат для передачи сигналов, и вы услышите звук искрового разряда в этом ящике, когда я нажму на ключ". Он нажал, его несколько раз и мы услышали: "Бэз-бэз-бэз, бэзззз-бэзззз-бэзззз, без-бэз-бэз" (SOS).

За десять минут до окончания я заметил, что его ассистенты нервничают. Один из них исчезал каждые несколько минут, затем появлялся, и они начинали торопливо шептаться. Я подошёл к ним на цыпочках и спросил, что случилось. Трансатлантические сигналы прекрасно приходят, но ветер затихает и змеи опускаются.

"Скажите Маркони", - прошептал я. - Пусть аудитория услышит сигналы, пока это можно, а потом кончит лекцию".

Они покачали головами. "Невозможно", - прошептал один из них. - "Сигналы обязательно должны итти под конец. Он придёт в ярость, если мы прервём его".

"Давайте я скажу ему", - предложил я. Но они ни за что не могли решиться.

Лекция монотонно продолжалась и закончилась словами: "Теперь мы услышим сигналы, перелетевшие Атлантический океан". - Он повернулся к своим ассистентам, стоявшим в стороне. Они смущённо покачали головами, и один сказал: "Змеи опустились". Маркони повернулся к присутствующим и объяснил, что отсутствие ветра сделало демонстрацию невозможной. Мнепоказалось, что он отчасти доволен, что избавился от лишних хлопот.

Идя домой с лордом Рэлеем после лекции, я спросил его: "Что вы думаете об этом?" Он ответил: "Мне кажется, что если бы вам или мне нужно было для лекции приспособление, которое делает "бэзз-бэзз", то мы обошлись бы прибором попроще, и "бэзз-бэзз" у нас всё-таки получилось бы"».