1. Introducere:

Se ştie că undele electromagnetice sunt utilizate pe scară largă la transmiterea informaţiei. Cu cât frecvenţa undei purtătoare este mai mare, creşte şi capacitatea ei de a transmite informaţie. De aceea, de-a lungul timpului, s-au căutat soluţii tehnologice pentru a utiliza în telecomunicaţii, frecvenţe din ce în ce mai mari. Totuşi, în ultima perioadă de timp, un număr restrâns de specialişti s-au ocupat intens de studiul undelor electromegnetice din extrema cealaltă a spectrului, undele electromagnetice de ultra joasă frecvenţă. Vom vedea în cele ce urmează, de ce este necesar studiul acestei categorii de unde.

2. Definitii si teminologie:

Conform Administraţiei Naţionale de Telecomunicaţii şi Informare a Statelor Unite ale Americii , undele electromagnetice ale căror frecvenţe sunt mai mici decât 30 kHz sunt denumite unde electromagnetice de foarte joasă frecvenţă (very low frequency), iar cele ale căror frecvenţă este mai mică decââ 3kHz nici nu sunt atribuite vreunei activităţi civile.

Terminologia utilizată în lucrările ştiinţifice ce se referă la undele electromagnetice de joasă frecvenţă (şi pe care o voi folosi în cele ce urmează) le clasifică în modul următor:

-unde electromagnetice de foarte joasă frecvenţă (very low frequency sau pe scurt, VLF) cu frecvenţe cuprinse între 30kHz şi 3kHz

-unde electromagnetice de ultra joasă frecvenţă (ultra low frequency sau ULF) cu frecvenţe cuprinse între 3kHz şi 300Hz

-unde electromagnetice de super joasă frecvenţă (super low frequency sau SLF) cu frecvenţe cuprinse între 300Hz şi 30Hz

-unde electromagnetice de extrem de joasă frecvenţa (extreme low frequency sau ELF) ale caror frecvenţe au valori sub 30Hz.

3. Importanta studierii undelor electromagnetice de joasa frecventa:

Dupa cum se ştie, materialele conductoare sunt opace pentru undele electromagnetice şi din acest motiv, comunicarea între doua puncte aflate in medii conductoare ( de exemplu apa sărată din mări şi oceane sau subsolul Pământului) nu se poate realiza cu echipamentele uzuale şi folosind metodele clasice de comunicare radio.

Acest fenomen de “ecranare” împiedică asigurarea unei comunicări radio clasice între o bază terestră şi submarinele aflate în submersie. În această situaţie, doar undele electromagnetice din gama SLF pot asigura legătura radio.

În cazul unor accidente miniere, când echipamentele de telecomunicaţii prin cablu sunt distruse, apare necesitatea asigurării unei căi de comunicaţie “făra fir” între minerii blocaţi în subteran şi echipele de salvare aflate la suprafaţă sau tot în subteran. Undele electromagnetice din gama ULF pot penetra prin sol la adâncimi de ordinul zecilor sau chiar sutelor de metri.

Un alt domeniu în care studiul acestei categorii de unde are aplicabilitate directă este seismologia. Apariţia unor unde electromagnetice de joasă frecvenţă (ULF sau ELF) poate anunţa un cutremur iminent, cu câteva zeci de minute inaintea unor miscări telurice de suprafaţă.

Orice explozie nucleară care are loc în spaţiul atmosferic sau extraatmosferic apropiat, este însoţită de o puternică emisie de unde VLF,ULF,SLF şi ELF. Supravegherea şi analiza atentă a acestui domeniu spectral duce la punerea în evidenţă şi localizarea oricărui eveniment de acest fel.

Furtunile tropicale (care sunt caracterizate prin descărcări electrice intense şi frecvente) generează unde electromagnetice cu spectru foarte larg, iar cele de foarte joasă frecvenţă se propagă prin ghidul de undă format între suprafaţa Pământului şi ionosferă pe distanţe foarte mari, ajungând uneori chiar să înconjoare Pământul. Analizarea acestor unde este importantă în climtologie deoarece se poate obţine o imagine la nivel global a fenomenelor meteorologice locale. Frecventele descărcări electrice ce apar în timpul unor furtuni puternice, crează unde electromagnetice din domeniul ULF şi ELF care, în cavitatea rezonantă formată (la nivel global) între Pământ şi ionosferă, pot produce o rezonanţă electromagnetică ce poate fi pusă în evidenţă în mod experimental. Acest fenomen este cunoscut în literatură sub denumirea de “Rezonanţă Schumann”.

Deasemenea asa-zisele “fenomene meteorologice din spaţiul extraatmosferic” cum sunt exploziile solare, ploile de meteoriţi, fluxurile importante de particule elementare sau radiaţiile generate de surse extraterestre sau chiar extragalactice, generează unde electromagnetice din domeniile ULF, SLF sau ELF. Acestea pot produce furtuni electromagnetice , perturbări ale comunicaţiilor radio sau chiar scoaterea din funcţiune a unor sateliţi artificiali ai Pământului sau a unor echipamente de radiocomunicaţii aflate pe sol.

Importanţa acordată de NASA acestor aspecte ştiinţifice, tehnice sau militare legate de generarea şi propagarea undelor electromagnetice de foarte joasă frecvenţă este subliniată prin lansarea proiectului “INSPIRE” (Interactive NASA Space Physics Ionosphere Radio Experiments)

4. Stadiul actual al cercetarilor si dezvoltarii tehnologice legate de undele electromagnetice de joasa frecventa ( VLF, SLF, ULF si ELF):

În cadrul forţelor armate ale S.U.A. a fost dezvoltat un sistem de transmitere a informaţiei către flota de submarine aflate în submersie (numit SEAFARER iar mai târziu PROJECT ELF) ce opera pe o frecvenţa de 76Hz cu două antene de emisie, una situată la Clam Lake, Wisconsin, iar cea de a doua antenă, lângă localitatea Republic din statul Michigan. Din septembrie 2004, aceste proiecte au fost abandonate.

Sistemul de transmitere a informaţiei către submarinele forţelor armate ale Rusiei (cunoscut sub denumirea ZEVS) operează pe o frecvenţă de 82Hz şi are antena de emisie situată în peninsula Kola, lânga localitatea Murmansk, din nordul îndepărtat al Rusiei.

Forţele navale ale Regatului Unit al Marii Britanii şi a Irlandei de Nord (Royal Navy) au avut intenţia de a realiza un emiţător de unde ELF amplasat în pădurea Glengarry din Scoţia dar proiectul a fost abandonat.

Comunicarea radio în banda ELF între bază şi submarinul aflat în submersie este simplex adică informaţia este transmisă de la bază către submarin, deoarece energia necesară şi dimensiunile antenelor de emisie fac imposibilă amplasarea unor emiţători ELF pe actualele submarine. Pentru a asigura feedback-ul acestei legături (de la submarin la bază), în cadrul U.S.Navy se utilizează un sistem de comunicaţii prin satelit (dupa ce submarinul sau cel puţin o antenă a lui a ieşit din submersie): Submarine Satellite Information Exchange Sub-System cunoscut sub acronimul “SSIXS”.

Comunicaţiile de urgenţă pot fi asigurate, chiar şi în cazul unor accidente miniere, prin amplasarea unor antene tip “buclă” care sunt de fapt bobine ale căror suprafaţă acoperă proiecţia la sol a galeriilor dintr-o mină. În acest mod s-a ajuns la asigurarea comunicaţiei fără fir până la adâncimi de câteva sute de metri.

În cadrul unor studii interdisciplinare, a fost pusă în evidenţă o legatură indubitabilă între apariţia unor unde ELF cu câteva zeci de minute înaintea unor cutrmure de pământ majore. Astfel, atat cutremurul de la Loma Prieta din zona faliei San Andreas cât şi cutremurul recent din 6 aprilie 2009 din localitatea Aquila din Italia au fost asociate cu emisii evidente de unde electromagnetice ELF, precursoare producerii acelor cutremure .

Aşa cum am amintit mai sus, proiectul “INSPIRE” desfăşurat sub coordonarea NASA are ca scop acumularea a cât mai multe informaţii legate de fenomenele atmosferice naturale ce generează unde ULF, SLF si ELF şi se află în desfăşurare.

Au fost puse in evidenţă în mod experimental frecvenţe ale fenomenului de rezonanţa Schumann la valori de 7,83Hz; 14,3Hz; 20,8Hz; 27,3Hz şi 33,8Hz.

În cadrul programelor spaţiale ale ţărilor ce lanseză rachete purtătoare în spaţiul extraatmosferic, există o preocupare continuă în punerea în evidenţă a fenomenelor meteorologice spaţiale (SPACE WEATHER)

5. Concluzii:

Monitorizarea undelor electromagnetice VLF, ULF, SLF sau ELF, generate în mod natural, poate furniza informaţii utile în ceea ce priveşte climatologia globală. Totodată se pot obţine informaţii privind aşa numita “vreme spaţiala”, care produce efecte directe sau indirecte asupra echipamentelor de telecomunicaţii sau chiar asupra fiinţelor vii.

Din întreg spectrul, doar undele electromagnetice ULF pot asigura comunicarea făra fir, sol-subsol sau in mediu marin.

Punerea în evidenţă a undelor electromagnetice ELF, precursoare producerii unor cutremure majore, poate fi un punct de plecare în realizarea unor sisteme unitare şi eficiente de avertizare seismică.