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肖立安博客

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印度洋有堂物理课  

2014-03-26 20:47:52|  分类: 学习 |  标签: |举报 |字号 订阅

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真想不到,竟在一夜之间,连街头玩耍的孩子,厨房里熬汤的奶奶,都被这该死的多普勒,狠狠撞了一下腰。马航飞机的失联,牵动每个人的心,飞机军舰大海捞针,捞了十好几天,毛都没捞到一片,马来西亚却宣布,海事卫星公司猜测,失联飞机已经“终结”,坠落在珀斯西部海域。飞机失事还靠猜啊?

什么多普勒?英国人开玩笑,如此胆大包天,“猜”出这么个结果。也许,给人算算八字,玩个巫术什么的,骗人家几个小钱,也没人跟他较真,可是,两百多条人命,航空业的大悬案,可开不得玩笑。等水一落下,石头就出来了,万一找到黑匣子,看你怎么收场。

刚上过多普勒。作为物理老师,我想,这事有谱。

多普勒何许人?一个奥地利人,父亲是个石匠,因为从小体弱,歪歪唧唧的,干不了石匠,就只好学数学,毕业后做过会计,教过中学,教过大学,快四十的时候,当上了教授。不到五十便殁了。据说,1842年,多普勒带着女儿,在铁路边上散步,火车从身边呼啸而过,汽笛先尖厉刺耳,接着越来越低沉,直到火车远去,他对此很感兴趣,经过一年的研究,他提出一个理论,观察者和波源,只要有相对运动,接收的频率就会变。后来这个理论,被叫做多普勒效应。物理学有意思,只要苹果一掉下来,砸中谁的脑壳,一个定律就出来了。看来,即使不苹果树,偶尔到树下躲躲,还是蛮有必要的。

这次大胆猜想的,不是哥德巴赫先生,是国际海事卫星组织。其副总裁麦克洛克林说,马航飞机失联以后,尽管关闭了通讯系统,机上还有一种设备,是人工无法关闭的,还会定期发射一种"握手"信号,请求卫星连接,因为马航没有注册,所以被卫星拒绝。这种“声脉冲”很简单,只有信号地址码,能判断出发射源,但不含GPS数据、时间、地点等信息,就是说不能定位。尽管如此,技术人员还是根据接收的信号频率的微小变化,捕捉到了飞机的飞行轨迹。

南海有堂物理课 - 老肖 - 肖立安博客

8时11分,飞机与卫星最后一次联络,此时距起飞七个半小时,估计燃油差不多耗尽,根据这个联络信号,可以算出飞机失联时,与卫星的直线距离,再以卫星为中心,以这个距离为半径,在地表画一个圆弧,因为油料和雷达限制,可以排除其余部分,只剩下两段红线,就是失联时可能的位置,加上军用雷达探测到的最后位置A,于是得出了一个结论,飞机从A点到红色弧线,有两条可能路径:一条是北方路径,经陆路向哈萨克斯坦方向,另一条是南方路径,经海上向印度洋南部。但究竟是哪一条,一时还无法确定。

从上图可以看出,飞机和卫星最后握手时,正在红色弧线CE上。在此之前,卫星还收到过7次“握手”信号。为了简单起见,假设发倒数第二次信号时,正在DB所标识的弧线上。A是飞机军用雷达最后探测到的地点。S为地球同步卫星,它相对于地球静止。

飞机若沿北方向ADE飞行,会一直远离卫星,根据多普勒效应,卫星接收的信号,频率会稍偏低,即往低频移动。

当飞机沿南方向ABC飞行时,离卫星的距离,先会越来越近,再越来越远,使卫星接收的信号,先往高频移动,再往低频移动。

正是频率变化特征,符合往南飞的设定,才做出南飞的结论。

为了证实这个猜测,还搞过一次模拟飞行,用一架波音777客机,也将通信和应答机关闭,分别在上述南北走廊,以巡航速度飞行,并以军用雷达跟踪,比对雷达显示的结果,在南部走廊飞行时,雷达上生成的数据,与失联当天结果一致,卫星接收的握手信号,其频率变化的特点,也与接收到的吻合。所以得出调查结论,飞机在失联以后,被人为操纵折返,穿越马来半岛,向南印度洋飞去。按照巡航速度计算,坠落在珀斯以西海域。

“不知飞机是否以固定速度飞行,也不知道是否改变了方向。我们假设飞机以自动巡航速度飞行,根据航班的燃料和航程数据,筛选出一系列电子信息。”麦克洛克林说,“马航班机未强迫发出位置信号,我们只是‘猜’出它的位置。这是从来没有做过的。”因为对信号甄别判断,是一项复杂的工程,所以花了2周时间,才最终得出这个结论。

当然,具体的信号数据分析,肯定会异常复杂,尤其是坠落地点,因为不确定的因素,例如飞行高度,飞行速度,飞行方向,是否发生了改变,都还搞不清楚,模拟计算的结果,肯定有不少出入,所以只是猜测,真相到底怎样,只能拭目以待。

其实这样的猜测,在物理学发展史上,并不是什么稀罕事。

1843年,22岁的亚当斯,还在剑桥上大学,发现天王星很怪,总是偏离预定轨道,他怀疑在他的附近,或许有其它星球,对他产生了作用,根据牛顿引力定律,花了十个月时间,经过精确的计算,“猜”出了星球的位置,就像海事组织一样,他将计算结果,寄给格林威治天文台长艾利,台长对此未予理睬。

三年后,法国人勒维列,也是一个小伙子,运气就好多了,他也花了不少功夫,猜出了这颗星球,给柏林天文台的加勒写信:请你将望远镜,对准黄道上的宝瓶星座,即经度326°的地方,离此点左右的区域,你会见到一颗九等星。(肉眼只能见到六等星)。923,加勒接到这封信,在勒维列指定位置,用了不到半小时,就找到了这颗行星,后来叫做海王星。

这样神奇的故事,无疑鼓舞了许多人,加入到猜想的行列,不久,冥王星也猜出来了。

可惜,在缺少一手资料,依靠模拟的数据,即使算得再精细,要你拿个望远镜,对着大海某个角落,把一颗针捞起来,解开这个悬案,恐怕没那么容易。

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