Canal SOFAR

Canalul SOFAR ( canal de fixare și amplificare a sunetului, „sunet și oscilație a canalului de fixare”) sau canal de sunet profund, CSP (canal de sunet profund, DSC), ^[1] este un strat orizontal de apă din ocean la o adâncime în care viteza sunetului este minimă. Canalul SOFAR acționează ca un ghid de undă pentru sunet, iar undele sonore de joasă frecvență din cadrul canalului pot parcurge mii de mile înainte de disipare. ^[2] Acest fenomen este un factor important în războiul submarin . Canalul de sunet profund a fost descoperit și descris independent de Maurice Ewing și Leonid Brekhovskikh în anii 1940 . ^[3]

Viteza sunetului în funcție de adâncime într-o locație la nord de Hawaii în Oceanul Pacific , preluată din Atlasul Oceanului Mondial din 2005. Axa canalului SOFAR este la o adâncime de aprox. 750 m.

Canalul SOFAR se concentrează pe adâncime, unde efectul cumulativ al temperaturii și al presiunii hidrostatice (și, într-o măsură mai mică, al salinității ) se combină pentru a crea regiunea cu cea mai mică viteză a sunetului în coloana de apă . Presiunea din ocean crește liniar cu adâncimea, dar temperatura este mai variabilă, în general scăzând rapid în termoclina principală de la suprafață la aproximativ o mie de metri adâncime, rămânând apoi aproape neschimbată de acolo până la fundul oceanului în marea adâncă . Aproape de suprafață, temperatura în scădere rapidă determină o scădere a vitezei sunetului, care este un gradient negativ al vitezei sunetului. Pe măsură ce adâncimea crește, creșterea presiunii are ca rezultat o creștere a vitezei sunetului, care este un gradient pozitiv al vitezei sunetului. Adâncimea în care viteza sunetului este cea mai mică se numește axa canalului de sunet.

În apropierea Bermudelor , axa canalului sonor are loc la o adâncime de aproximativ 1.000 de metri. În apele temperate, axa este mai mică, iar la latitudini mari (aproximativ peste 60 ° N sau sub 60 ° S) ajunge la suprafață.

Sunetul se propagă în canal prin refracție , ceea ce face ca sunetul să se deplaseze aproape de adâncime cu cea mai mică viteză. Dacă o undă sonoră se propagă departe de acest canal orizontal, partea undei cea mai îndepărtată de axa canalului se deplasează mai repede, astfel încât unda revine la axa canalului. Ca urmare, undele sonore trasează o cale care oscilează de la un capăt al axei canalului SOFAR la celălalt. Acest principiu este similar cu transmisia la distanță a luminii într-o fibră optică .

Sunetele misterioase de joasă frecvență atribuite cocoașei și altor balene sunt o apariție obișnuită în canal. Oamenii de știință cred că balenele cu cocoașă se pot scufunda în acest canal și pot „cânta” pentru a comunica cu alte balene cu cocoașe aflate la mai mulți kilometri distanță. ^{[ fără sursă ]}

În timpul celui de-al doilea război mondial , Maurice Ewing a sugerat că lansarea în ocean a unei mici sfere metalice (numită o bombă SOFAR ) concepută special pentru a imploda în canalul SOFAR ar putea fi folosită ca semnal secret de primejdie de către piloții doborâți. ^[4]

Romanul The Hunt for Red October descrie utilizarea canalului SOFAR în sondajul submarin.

Ipoteza existenței unui canal similar în atmosfera superioară , teoretizată de Ewing, a condus la proiectul Mogul , realizat din 1947 până la sfârșitul anului 1948 .

Pulsurile acustice parcurg distanțe mari în ocean, deoarece sunt prinse într-un „ ghid de undă ” acustic. Aceasta înseamnă că, atunci când impulsurile acustice se apropie de suprafață, acestea sunt trimise înapoi în fund și, atunci când se apropie de fundul oceanului, sunt trimise înapoi la suprafață. Oceanul conduce sunetul foarte eficient, în special la frecvențe joase, adică la mai puțin de câteva sute de Herz.

Termeni înrudiți

Terminologie legată de SOFAR sau canal de sunet profund de la Suplimentul US Navy la Dicționarul DOD al termenilor militari și asociați : ^[1]

jos limitat: O situație care există atunci când fundul oceanului apare la o adâncime mai mică decât critică. Propagarea în zona de convergență este împiedicată să aibă loc. Propagarea în canalul de sunet profund este limitată la o sursă profundă.
adâncimea conjugată: Pentru o sursă sub adâncimea stratului de sunet, acea adâncime sub axa canalului de sunet profund în care viteza sunetului este egală cu viteza de la adâncimea sursei.
zona de convergență: Acea regiune în care razele sonore, refractate din adâncuri, revin la suprafață. Acestea sunt focalizate la sau aproape de suprafață la intervale succesive. O zonă de convergență este un canal de transmisie a sunetului în oceanul adânc (850 până la 4.500 de metri) produs de combinația de presiune și schimbări de temperatură.
frecvența de tăiere: Frecvența sub care un semnal acustic va tinde să nu fie prins într-un strat sau canal și care este o funcție a adâncimii stratului.
adâncimea critică: Adâncimea de sub axa canalului de sunet profund (CSP) la care viteza sunetului este aceeași ca și la adâncimea stratului sonic. Profunzimea critică este partea de jos a CSP.
strat adânc: În acustica subacvatică, stratul de apă dintre marginea inferioară a termoclinei principale și fundul oceanului. Se caracterizează printr-o temperatură aproape constantă și un gradient pozitiv de viteză a sunetului cauzat de presiune.
exces de adâncime , DE: În acustica subacvatică: 1. Diferența dintre adâncimea de fund și adâncimea la care viteza sunetului este egală fie cu viteza de suprafață atunci când nu există adâncimea stratului, fie cu viteza maximă în stratul de suprafață. 2. Diferența dintre adâncimea la care apare viteza maximă a sunetului în apropierea suprafeței și adâncimea fundului. Se aplică propagării în zona de convergență.
adâncimea necesară: În acustica subacvatică, adâncimea minimă necesară pentru a exista o zonă de convergență fiabilă. Este cu 200 până la 300 de brațe sub adâncimea critică.
pierderea difracției: Pierderea energiei sonore care apare atunci când razele sonore care călătoresc într-un canal sonor se confruntă cu o dispersie în afara canalului și, prin urmare, în afara frontului undei principale.
îmbunătățirea pantei descendente: Energia acustică dintr-o sursă de apă puțin adâncă se schimbă dintr-o cale de săritură de pe fund la o zonă de convergență sau o cale într-un canal de sunet, pe măsură ce se deplasează către apă mai adâncă și se concentrează de-a lungul coborârii către un receptor de apă adâncă. Numit și efect de megafon. Vedeți acumularea în sus.
jumătate canal ( jumătate canal ): În acustica subacvatică, o condiție de refracție ascendentă în care gradientul vitezei sunetului este pozitiv tot drumul de la suprafață până la fund. Într-un canal pe jumătate, undele sonore se comportă ca și cum ar fi într-un canal de suprafață foarte gros.
adâncimea limitativă: În acustica subacvatică, adâncimea sub axa canalului de sunet profund, unde viteza sunetului este egală cu viteza maximă a sunetului în apropierea suprafeței.
rază limitativă: În acustica subacvatică, fasciculul sonor care devine tangent la adâncimea la care viteza sunetului este la maxim; delimitează limita exterioară a razelor sonore directe (înainte de reflecție).
canal de suprafață, DS ( canal de suprafață , SD): În acustica subacvatică, o zonă sub suprafața mării unde razele sonore sunt refractate spre suprafață și apoi reflectate. Razele sunt alternativ refractate și reflectate de-a lungul conductei spre exterior, la distanțe relativ îndepărtate de sursa sonoră.
zona umbrelor: În acustica subacvatică, o regiune în care pătrunde foarte puțină energie sonoră, în funcție de forța limitei inferioare a conductei de suprafață. De obicei este delimitat de limita inferioară a conductei de suprafață și de raza de limitare. Există două zone de umbră: suprafața mării, sub care o umbră este aruncată de la suprafață în câmpul sonor al unui izvor superficial și fundul mării, care produce o zonă de umbră în apa de deasupra care se refractează în sus.
adâncimea stratului sonic , PSS ( adâncimea stratului sonic , SLD): Adâncimea vitezei maxime a sunetului lângă suprafața de deasupra canalului de sunet profund.
canal de sunet: În acustica subacvatică, acea regiune din coloana de apă în care viteza sunetului scade mai întâi la o valoare minimă cu adâncimea și apoi crește în valoare, datorită presiunii. Peste adâncimea valorii minime, fasciculele sonore sunt îndoite în jos; sub adâncimea valorii minime razele sunt îndoite în sus, ajungând prinse în acest canal și permițând detectarea lor la distanțe mai mari de sursa de sunet.
axa canalului de sunet: Adâncimea vitezei minime a sunetului într-un canal de sunet. Abreviat la ACSP pentru axa canalului de sunet profund (DSCA) sau la ACSS pentru axa canalului de sunet secundar (SSCA).
umbrire topografică: Perturbarea zonei de convergență (ZC) sau a propagării în canalul sonor profund prin caracteristici ale fundului mării, cum ar fi munții submarini, guyot, creste sau insule. Această tulburare provoacă zone întinse de umbră. Adâncimea în exces este distrusă de propagarea în ZC atunci când o sursă este la jumătate din distanța de ZC de acea caracteristică de jos.
îmbunătățirea versantului ascendent: Energia acustică a unei surse de apă adâncă se schimbă dintr-o zonă sau cale de convergență dintr-un canal sonor într-o cale de săritură pe fund, pe măsură ce fundul scade în adâncime și se concentrează pe ascensiunea către un receptor în apă. Cunoscut și sub numele de efect de megafon invers.
adâncimea vârfului: În acustica subacvatică, adâncimea apei la care un fascicul de sunet refractat devine orizontal.