Сейсмовидение

У сейсмологии нет выбора -
Иль прозябанье, или вибро!
Из экспедиционного фольклора

Аспирант Института физики Земли Петр Троицкий в тысячный раз всматривается в кубик парафина, просверленный в глубине крест-накрест, - простая модель кусочка земных недр, которые нужно сделать объемно видимыми, прозрачными. Надежда и сомнение борются, теснятся в его душе. И почему-то он не очень удивляется, когда на верхней грани парафинового кубика неожиданно возникает странная фигурка крошечного старичка с белой шелковистой бородкой и в островерхом капюшончике. Старичок приветливо улыбается, протягивает руку - и вот уже аспирант рядом со старичком, на гладкой парафиновой поверхности, они идут с маленьким гномом- теперь не таким уже маленьким, Троицкий немногим выше, - рука об руку они входят внутрь парафиновой модели, ясно видны тускло просвечивающие стены коридора, которые Троицкий сам сверлил дрелью. Они доходят до пересечения коридора - дырки с другим подобным накрест просверленным коридором, и старичок что-то говорит, успокаивая. Вот, мол, видишь, все правильно, все на совесть, а сейчас самое главное. Они выходят из полупрозрачной парафиновой глыбы и вступают на узкую зыбкую дорожку, прямо, как стрела, устремленную в черную даль. Троицкий догадывается: это луч лазера, сейчас они дойдут до скрещения этого луча с его отражением от голограммы... И вот уже виднеется впереди яркая точка, она все ближе, и Троицкий ясно видит: перед ним крошечное серебристое изображение того парафинового куба, что высится сзади гигантским небоскребом, а в середине голографического объемного - хочется пощупать - изображения ясно видны крест-накрест две дырки. "Ну вот, а ты волнуешься, - говорит старичок, - все получается, не бойся, работай дальше". Он куда-то исчезает, а Троицкий с радостно бьющимся сердцем протягивает руки к объемному изображению, они, как и должно это быть, проходят через призрачный образ, не встречая сопротивления, и... Троицкий просыпается. Звонит будильник, за окном голубеет небо, красно-листая по-осеннему черешня шелестит ветками по стеклу. Талгар, город-спутник Алма-Аты, предгорья заснеженного Заилийского Алатау, конец октября 1973 года.

Я должен попросить прощения у читателя за еще один пересказанный сон. Но и этот сон - факт, причем широко известный в наших экспедиционных кругах. Правда, голографическое изображение той условной неоднородности, которая будет играть важную роль в будущей диссертации. Троицкий видел не только во сне, но и наяву, в лаборатории.

Голография! Изобретение XX века, осуществившее еще одну мечту фантастов, долго казавшуюся несбыточной, - объемное, максимально близкое к оригиналу изображение реальных предметов.

Говорят, уже близко к реализации объемное движущееся изображение...

"Под сводом, возведенным на потрескавшихся, изъеденных колоннах, стояла женщина, словно ожидая меня... Я уже различал ее лицо, мерцание искорок в бриллиантовых пластинках, закрывавших уши, белую, серебрящуюся в тени ткань. Я не мог поверить. Сон? Я был в нескольких десятках шагов от нее, когда она запела... Я боялся спугнуть ее, шел все медленнее. Я был уже в световом кругу, охватившем каменную беседку... Ее голос усилился, она призывала мрак, умоляла, замирая, руки упали, как будто она забыла о них... Я не знал, что такое возможно... И вдруг за моей спиной какая-то девушка пробежала к беседке, за ней кто-то гнался... она сбежала по ступенькам вниз и пронеслась сквозь стоявшую... Я отошел в темноту с окаменевшим лицом, как ребенок, которому раскрыли, что сказка - ложь".

Это уже не из сна. Это - реал, объемное телевидение из "Возвращения со звезд" Станислава Лема. И вот к принципам голографии, объемного видения обратились сейсмологи...

Реальность фантастическому реалу придало изобретение лазеров. Это пока единственный возможный источник когерентного излучения, излучения одной частоты, чистого цвета. Обычный свет, которым мы пользуемся, даже окрашенный специальными светофильтрами, - это смесь волн разной длины. Излучение Солнца - это сплошной спектр волн разной частоты.

Если осветить когерентным излучением статуэтку и рядом - фотопластинку, то свет, попав на пластинку двумя путями - напрямую и отразившись от статуэтки, образует на пластинке хаотический на взгляд набор черных и белых пятен - интерференционную картину. Колебания в одной фазе усилят, а в противофазе ослабят друг друга. Потом луч лазера той же частоты, попав на проявленную пластинку - голограмму, сделает в принципе то же, что делает игла проигрывателя, бегущая по пластинке. Он воспроизведет запись, в данном случае - видимый оригинал, в пространстве рядом с голограммой, воспроизведет как объемное изображение.

Сейчас сейсмологи находятся в "долазерной" эпохе. Сейсмограммы обычные - это запись всех волн, приходящих от землетрясения. Можно пропустить запись через фильтры и получить сейсмограммы разного сейсмического "цвета" - 1, 3, 10 герц... Так работают частотно-избирательные сейсмо-станции, создание советского сейсмолога X. К. Запольского. Но когерентного излучения типа радиоволны в локаторе или лазерного луча сейсмологи еще практически в своем распоряжении не имели.

Между тем прообраз сейсмического локатора или лазера уже есть на нашей планете... Сейсморазведчики для просвечивания недр используют взрыв, Сейсмическое широкополосное излучение такого источника колебаний тоже немало дает исследователю. Но взрыв есть взрыв. В море он глушит рыбу, на суше тоже не слишком приятен. Развернувшаяся в последние годы всемирная борьба за охрану среды обратила свои взоры и на такой источник шума, загрязнений и опасностей для всего живого, как разведочные взрывы. И появились вибраторы. Одну такую машину я видел как-то на крыше строящегося антисейсмически укрепленного здания в Алма-Ате. Несколько грузов-эксцентриков, укрепленных на могучих валах, начинают вращаться. Регулируя скорость вращения, вес эксцентриков, их взаимное положение, можно подобрать разные, строго заданные частоты искусственного землетрясения, направление колебаний (эксцентрики в горизонтальном направлении оказываются в фазе, а в вертикальном - в противофазе; вот и источник поперечной вибрации). В США вибраторы, установленные на грузовиках, служат для сейсмического просвечивания недр в целях разведки полезных ископаемых. Но Николаев и Троицкий хотят большего. Вибратор может стать "реалом" сейсмологии. И месторождение полезных ископаемых, и очаг землетрясения, и вулканическая камера в недрах огнедышащей горы, и погруженные в мантию плиты литосферы, бывшие некогда земной поверхностью, и граница между ядром планеты и мантией, где задается ход величественного кипения недр Земли и вырабатывается магнитное поле планеты, - все это объекты для будущего сейсмовидения.

Сейчас сейсмолог подобен музыканту, который, вместо того чтобы слышать мелодию, разъял музыку как труп... Или представьте себе существо, практически слепое, но научившееся с помощью приборов записывать странные колебания в окружающей его среде. Оно запишет много таких Колебаний, установит, что они исходят из определенных источников, установит много интересных закономерностей в амплитудах, частотах колебаний, их затухании и рассеяний. А теперь допустим, что это существо, равное нам по разуму, но с другими органами чувств, живет наподобие неких слепых муравьев... на красивой, покрытой цветами лужайке. И все регистрируемые этими крошечными существами колебания - это волны видимого света.

Бесспорно, такие существа могут больше нашего узнать о свойствах колебаний, частотных характеристиках разных источников излучения, но догадаются ли они о существовании лужайки? Наверное, завяжутся между ними споры о том, как подходить к замеченным ими отклонениям от строго закономерной, по их мнению, картины - с позиций ли чистого детерминизма, расследуя причины каждого отклонения, или с позиций статистического детерминизма, примирившись с такими отклонениями как с неизбежностью и пытаясь вписать их в некую картину с более широкими рамками... И победителем окажется тот, кто сможет посмотреть на явление совсем другими глазами, и не "сбоку" (по существу сейсмограмма и любая механическая запись колебаний - это механический срез ряда волн вдоль оси времени), а "в лоб", силясь увидеть целое изображение из всей совокупности приходящих волн.

Если опять перейти к Земле и сейсмологам, то здесь таким способом настоящего сейсмовидения (а не сейсмометрии), может быть, окажутся со временем именно голографические принципы высвечивания всех подробностей внутреннего устройства Земли. Интересно, что будущие сейсмоголограммы легко представить себе цветными. Цветом можно закодировать гамму частот сейсмических волн, с которыми имеет дело сейсмолог. Самые длинные - красным, оранжевым цветом, короткие - желтым, зеленым, синим... Ведь различные структуры нашей планеты весьма по-разному проводят, рассеивают и отражают сейсмические волны разных частот. Каждую область исследуют в нескольких длинах волн, и общий результат, изображение в сейсмовидении, окажется расцвеченным, а значит, и более информативным.

...Петр Троицкий взял большой кусок парафина и высверлил в нем два перекрещивающихся отверстия - неоднородность. Затем обложил брусок пьезоэлектрическими датчиками - они у него служили "сейсмографами". "Неоднородность" просвечивалась источником ультразвука (в лабораторных опытах - частая замена длинных сейсмических волн). Интенсивность "озвученности" каждого датчика была измерена и нанесена в виде по-разному зачерненных квадратов на лист бумаги. Это была голограмма. Лист потом сфотографировали, и кадрик пленки использовали как уменьшенную копию голограммы. В соответствии с масштабом этого уменьшения была подобрана частота лазера (уменьшение понадобилось потому, что световые волны намного короче ультразвуковых). Когда лазером осветили кадрик-голограмму, в черном пространстве прибора Николаев и Троицкий увидели изображение своей "неоднородности". Она была не так прекрасна, как певица из "Возвращения со звезд", - крестовина и все, но исследователям она была намного дороже самой прекрасной "неоднородности" из фантастики. Первый шаг был сделан. Звуковую голограмму можно переводить в световую. Значит, и сейсмическую можно будет. Волны есть волны, все они описываются одними законами. Значит, не за горами объемные изображения самых таинственных неоднородностей, скрытых в глубинах Земли. Повторенные через годы, такие сейсмоголограммы покажут движения в сокровенных недрах; не окажутся для них невидимыми и опасные сгущения энергии в районе готовящегося землетрясения.