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無線電監聽樂趣多:
超長波的世界

No.43   1996 Aug.   p113~117,   by 林茂榮 / BV5OC



    陰深的、恐佈的、叢林化的、原始的……等等形容,如果要拿來形容一個無線電頻譜,哪一段會比較恰當?當然要屬居於無線電頻譜最底層地下室的「超長波」了。本文將為您簡單介紹超長波的世界,以及如何接收超長波,並舉超長波接收機實例,供您擠身這神秘領域作參考……林茂榮 BV5OC


國際電訊聯盟都不插手的神祕淨土

    這電磁波頻譜的深坑,是指低於 14KHz 以下的世界。通常談到這方面的頻譜時,超長波的底線是 3KHz。上面那些形容聽來奇怪極了,但是總還來不及形容 3KHz 以下的奇幻世界,這底下藏著被稱為極低頻 (ELF) 的非等尋常淨土,這裡淨土是指人煙罕至的意思,甚至是掌管世界無線電分配應用的老大哥:聯合國國際電訊聯盟 (ITU),對於 10KHz 以下的那些頻譜也視若無睹,並沒有任何規劃的意思。


OMEGA 是少數的闖關者

    但是在這些深坑中的無線電活動,也有一些人為產生的訊號,有些大名星還是眾所周知的,例如航海或做其他導航用的 OMEGA 訊號,就是使用 10.2KHz 或 13.6KHz 的頻率,在夏威夷、利比亞、挪威、澳洲、日本、及阿根廷等將近十個地方都設立了極大功率的 OMEGA 發射台,形成幾乎涵蓋了全世界表層的 OMEGA 導航系統。只要在航行中的船隻或是飛機上,裝設有專用的接收設備,利用其中的某一 OMEGA 電台訊號與其他另一 OMEGA 電台訊號做比較,就可以決定出航行中的準確位置。這些系統雖然曾經風光一時,但是因為新科技的出 現,如 GPS 等,使這些技術顯得有點落後,加上電台維修及營運成本過高,OMEGA 導航電台有日漸沒落的趨勢。


超長波特性

    某些運用選用長波的理由,是這個頻率的訊號可以藉著地表傳播很遠的距離,甚至可以穿入到很深的海底,而且一點也不受可以折射高頻訊號的電離層的影響。實際上,運用這些波長達數十公里以上的超長波,地球表面與上空的電波折射層,就構成了一個有如導波管的結構,使得超長波可以在這大自然導波管內傳遞,而這導波管不像電離層一樣很不穩定,它不論白天黑夜,春夏秋冬隨時存在那裡供你差遣。


軍事用途大量入侵

Fig 01
圖 1:整個島就是一座長波電台,天線是由數千枝類似電線桿支撐著,遍佈全島。

    除了 OMEGA 訊號之外,在 10KHz 到 30KHz 之間還有其他真多的訊號在,這些訊號大多數是跟軍事用途有關,所以這些訊號也不是一般常見的語音聲音,而是可能含有很難解開的密碼無線電傳打字 (RTTY) 通訊,因為頻寬很窄,傳遞距離要很遠,因此是使用窄移頻的頻移鍵 (FSK) 調制,及很大的輸出功率。像是美國海軍在這個頻城內就有幾座分佈在世界各地的主要電台,不僅供遠距離航海聯絡,還提供對航空機下達一些指揮命令,參看圖 1,在這個島上就是一座長波電台,天線是由數千枝分佈在整個島上類似電線桿支撐著。前蘇聯的 阿爾發 (ALPHA) 無線電導航系統,也是使用這個領域內的頻率。美國空軍的戰略指揮也有用到這個頻譜。除此之外,也有不少的標準時間發播台,會使用 10KHz 到 30KHz 之間的頻率。


極長波也不放過

    就算是頻率比 10KHz 還低很多的極長波,美國海軍也不放過,把它拿來用作潛水艇在深水中與基地的通訊,當然這類通訊所需的輸出功率是很難想像的,而通訊速度地出奇的慢,因為使用的頻率遠低於 3KHz。在水深 100 公尺左右的潛水艇可以施放出長約數百公尺的天線,來接收發自基地所傳來的訊息,圖 1 就是這樣的一個長波電台。


進入奇異的世界

    當你進入到 10KHz 以下的頻譜,其實大多數這裡頭的訊號不是人為產生的,而是大自然的傑作,因此也會顯得有如奇異的夢境般,這才開始有趣呢!因為這裡面包含有各式各樣的迷人的自然現象,如何產生這些奇奇怪怪的訊號機轉,依然是人類還無法掌握的呢!


人體的腦波

    人腦也會出現因為電離子游動而產生的電波,我們稱它為腦波,其中有三角波 (DELTA),這是人深睡時會出現的腦波,頻率介於 1~3Hz 之間。4~7Hz 之間的腦波稱為係它 (THETA),這腦波與人情緒的變化息息相關。而在 8~12Hz 之間的腦波稱為阿爾發 (ALPHA) 波,人凡在放鬆狀態下,就會出現這腦波。人一旦注意力集中,就會出現頻率介於 13~22Hz 之間的貝它 (BETA) 波。


行星的電波

    人腦有腦波,星球也會產生電波。行星與大氣層之間也會出現共振。出現在世界各地的微小地震也會產生尖峰頻率是 0.16Hz 的雜波。被認為與地震活動有關的訊號,也在 0.05Hz 到 10Hz 之間被偵測到。上述這些頻率低到幾乎貼近坑底的訊號,就被拿來進行預測地震的研究。

    另外有個大自然的共振,就是由地球表面與電離層形成的,這個現象被發現至今已經超過 40 年了,這個被稱為「舒曼共振」 (Schumann Resonance),下面我們就要把焦點集中在這上頭。


上天啪地發出聲音、煤炭渣材火猛燒的爆裂聲、爆玉米花的聲音、還有那口哨聲

    第一次世界大戰期間,德國物理學家亨利.巴克豪森 (Henrich Barkhausen) 在地面上植入一根地棒,另外在離約百來公尺光景再植入另一根地棒,他相信利用這樣的地棒透過感應可以拾取到聯軍電話線路所洩漏出來的微小電流,然後這訊號可以利用電纜線饋送到後方的德軍,在那裡巴克豪森利用放大器把這訊號放大,戴起耳機來,就可以竊聽


聯軍的軍事通訊了。

    這類計畫並不複雜,卻可以奏效,可惜的是監聽過程當中常常受到口哨聲的干擾,經過簡單的初步探討,已經把聯軍故意施放的干擾排除在外,起初都認為這是由於機器設備自身所產生的,因此就把這些設備拆卸下來再重組回去,發現設備也是完全正常的,這才開始懷疑吹口哨聲是一種大自然的現象。

    巴克豪森日後寫道:大戰期間,在敵我雙方的前線部會利用放大器來監聽敵軍的通訊,但是常會在耳機裡聽到明顯的口哨聲,這種聲音很難形容,聽起來就如「批歐」 (PEOU) 的模樣。以物理學家的角度去看,這應該是一種振盪現象所產生的聲響,這種振盪的振幅應該保持固定,但是頻率變化卻很快速,初發生,聽到的是高音調的聲音,然後很快地往低音調掃過,直到頻率低到聽不見為止,這整遇過程的時間大約在一秒光景。

    戰後竊聽用的放大器還是不斷地大量採用,陸陸續續也有監聽者提出同樣的「口哨聲」報告,甚至是電話公司的水底電纜也有同樣的現象發生,工程師們才努力探討起這聲音的由來。

    後來發現這是一種超長波,比廣播或當時任何無線電台訊號波長還長的電波,這種無線電波的頻率甚至低到人類耳朵可以感應的範圍,所以這類的無線電訊號,只要有龐大的天線感應,然後以放大器放大之後,就可以把這大自然的振盪訊號直接轉換成聲音讓耳朵聽到。

Fig 02
圖 2:打雷就是出現大自然長波現象的源頭。

    這些訊號我們稱它為口哨聲,但是這些口哨聲從何而來?當地球大氣層發生雷電之後,就會釋放出巨大的能量,其中很大部分是以電磁波的方式出現,當頻率分佈在低端的訊號進入到有如導波管的環境中時,就產生了口哨聲振盪,這種現象並不是常有,不是每次雷電都會發生這種現象,而真正的原因,當今還是沒有很合理的模型來解釋,實際上,口哨聲是由雷電引起的假設,也是到 1953 年才由美國劍橋大學 (Cambridge University) 的研究學者肯定下來的,像圖 2 這樣的打雷,在地球上一直發生著從未間斷。

    研究「口哨聲」這大自然現象持續不斷進行著,科學家也發現了更多在極長波頻譜內所發生的大自然奇怪現象,這些包括名為嗡聲 (TWEEK)、爆米花聲 (POP)、咻聲 (SWISH)、喧囂聲 (RUMBLER)、合聲 (DAWN CHORUS)、噓聲 (HISS)、以及滴答聲 (CLICK) 等。

    1957 年規劃妥了地球物理國際年,其中有許多個人或研究機構都把注意力集中在極長波的各種奇異現象。史丹福大學甚至在西坡 (SIPLE) 設立了電台及研究設施,西坡離南極只有不到 2 千公里,該電台曾以人工的方式來產生口哨聲,這是利用一部 100 千瓦的發射機產生短的脈衝,光是天線就長達 20 公里,發射的脈衝由短逐漸加長,直到產生了口哨聲,出現了口哨聲之後,則把功率往下降,直到口哨聲消失為止。

    現在依然有許多的神祕現象圍繞著極長波,而同時也引來日漸增多的通訊愛好者,參與了監聽及研究極長波的神祕聲音。

    當然,並不是一加入到這行列當中,馬上可以聽到口哨聲之類的神祕聲音,也許成天都是嘶嘶叫聲、爆米花聲音等,但是千萬別放棄,要發生口哨聲的最好條件,就是在離監聽地幾百公里遠的地方發生雷電。

    發生雷電時,能量會向四面八方輻射開來,有些地波就造成收聽 AM 廣播時的爆米花干擾,一般我們稱之為天電干擾。但是有些向天空方向擴散的電波,被電離層折射回地表之後,就形成了天波的靜電干擾源,如果電磁波是極長波時,就不一樣了,某些電波穿過電離層,往天際長嘯而去。但是地球有如一塊磁鐵,南北極之間會有弧狀的磁場,這可以從簡單的物理實驗看出來,比如佈滿鐵粉的紙張下,拿一塊可以模擬地球南北極磁場的馬蹄型磁鐵貼近紙底,便可以發現紙上的鐵粉呈弧狀分佈,當極長波穿過電離層之後,碰到地球磁場時會 沿著這弧狀總長約 2 萬到 3 萬 5 千公里之後被折回,到達了地球對稱的另一端,之後又產生同樣的折射回,到雷電發生的原地點。在極長波內,頻率高一點的訊號回到原地點的速度快了一些,頻率越低,回到原點的時間延遲就越久,這樣一趟的旅行速度是以光速進行的,也就是大約每秒 30 萬公里。

    要收聽口哨聲根本就不要去理會當地的天氣情況,因為發生口哨聲是日日變化,每個季節都不一樣的,但是發生口哨聲以冬季的深夜到凌晨之間常發生,這可以說是口哨聲的高峰期,最多時每分鐘可以聽到上天吹的口哨聲十次。

    接收極長波實有一項季節要特別注意,那就是遠離電力公司的電源線,因為這 60Hz 的電源及其諧波,是一種很嚴重的干擾源,這會遮蓋掉想要聽的口哨聲。談到電源干擾,有一枚可以監聽口哨聲的人造衛星,是目前最理想的收聽上天口哨聲的環境,這是加拿大所屬的阿勞特衛星 (Alouette),當它在 1 萬 3 千公里高空的軌道運行時,可以監聽到不受干擾的口哨聲。


極長波的特異現象

    極長波還有另一種怪異的聲音,那就是合聲 (CHORUS),也是極長波內的自然磁電現象之一,有人懷疑除因地球發生的雷電外,也可能是導因於外天體。因為其聲神似黎明之鳥叫,因此又被稱為「黎明合聲」,通常這種合聲是由多重的升音組合而成,每一音色的頻率約從 1KHz 升到 5KHz,而且維持時間在 0.1 到 0.5 秒。這種奇異聲音容易在黎明時分聽到,但其他時間也有可能出現。

    噓聲 (HISS) 就像它的名稱一樣,像是由齒音延長所產生的雜亂聲音,通常是由振幅不斷變動的訊號組成,時間大約 1 秒左右,但是也有可能持續好幾個小時,利用音電圖 (Sonograms) 分析得知,噓聲的頻率約分佈在 2 到 30KHz。通常當南北極出現極光時,很容易出現噓聲。

    至於咻聲 (SWISHES),則是由許多不同音調的噓聲 (HISS) 所組成,它的聲音就好像是一根細竹棒或是籐絲快速揮動所產生的叫聲。這與口哨聲 (WHISTLE) 頻率往下掃的情況一樣,因此有人主張這與口哨聲有關,更有人指出這是因口哨聲受到反射而形成的,因為有許多咻聲是連續出現的,並且有非常完美的相同間隔,形成在幾秒鐘之內節奏非常準確的咻聲。

    嗡聲 (TWEEKS),一般相信是因在地球表層所形成的,極長波在地球表面與電離層之間所構成的導波管中,來回旅行,成為了嗡聲。這聲音聽來是一種很純的音調,活像是由樂器所產生的。由許多的嗡聲,可能組合成咻聲,它像是劃空而過的子彈聲。從音電圖知道嗡聲的起始頻率都在 2KHz 以上,然後很快地頻率往下掉。出現的時機只有在夕陽西下或是日出時分。

    滴答聲 (CLICK) 訊號就很怪異了,滴答聲通常千篇一律的是由超過聲頻的頻率開始,頻率也是很快往下掉,節拍會降到大約 300Hz 到 1KHz 之間結束,出現滴答聲的過程只有百毫秒左右,最長也只有 200 毫秒左右。

    上述這些奇怪的聲音,是怎麼產生的,就靠個人豐富的想像力及實驗精神來解釋了,大部分的上天聲音都還是一團神祕之謎,發揮你自己的想像力吧!


如何收聽超長波 (VLF) 與極長波 (ELF)

    有一些拆船中古接收機器是有接收低達 10KHz 的能力,某些早期的軍用接收機也可以接收超長波,至於商用的接收機,一般有接收長波廣播能力的接收機比較常見,但也止於低到 150KHz,而許多業餘無線電用的收發機,接收頻率可以低到 100KHz。

    因此重點就在如何找到可以接收低於 100KHz 到 10KHz 或更低頻率的設備,來接收超長波或監聽導航通訊。下面列出的機種都可以接收低達 10KHz:R-389、RAK、RAL、RAZ、RBL、 R-1134/WRR-3、R-2174/URR、SRR-11、 R1655、DRAKE R7 及 R7A、TMCVLRB-1、RCA AR-8500、RACAL RA-17、HARRIS RF-505A、以及大多數航海用的接收機等。

    接收超長波 OMEGA 導航及其他訊號,有更方便且經濟的方式,那就是採用超長波轉換器,使用方法很簡單,將轉換器輸出接在一般接收機的天線輸入就可以,一般的超長波轉換器可以把 10KHz 到 500KHz 的超長波訊號,轉換到短波頻譜內,這樣就可以使用短波接收機來監聽超長波的訊號。

    如果想要歷險那種陰深的 10KHz 以下頻譜,體驗一下傾聽上天的聲音,就要另尋辦法了,這是要使用專用的接收機才行得通的。通常這類接收機線路因為頻率低,可以很簡單,但是也有很多細節要注意,比如接收 10KHz 以下的極長波訊號用的天線,就很特別。有一種天線是這樣做的,以 25 號漆包線在直徑 1.2 公尺的框架上繞 200 圈,並且以 0.02uF 的陶瓷電容做調諧。這樣的天線耦合輸出之後,可以經由分別使用 10 到 35uF 左右輸出耦合的兩級放大器,使用時還要特別注意調整天線的方向,以去除電源的 60Hz 哼聲干擾。


器材供應商

    下面是供應有超長波設備的美國廠商,名稱及通訊地址如下:

    Conversion ResearCh, P.O. BOX 535, Descanso CA 919166-0535, U.S.A.

    LF Enginering Co. Inc., 17 Jeffrey Road, East Haven, CT O6513, U.S.A.

    MFJ Enterprises,Inc., P.O.Box 494, Mississippi State, MS39762, U.S.A.

    Palomar Engineers, P.O. Box 462222, Escondide, CA 92046, U.S.A.


團體組織

    有名的美國「長波俱樂酌」是一業餘的社團,並出版有「長波漫路」 (LOWDOWN) 社團刊物,專門針對超長波相關的主題做探討,內容有超長波監聽記錄、大自然的聲音、各類實驗線路,超長波天線製作等。

    美國長波俱樂部 (Longwave Club of Amnerica) 的通訊處是:45 Wildflower Road, Levittown, PA 19057, U.S.A.


刊物

    「地球監測」 (Geo-Monitor) 是一種刊物,此刊宣稱該出版品的重點完全是有關於地震預測、業餘的地球物理監測、以及探討神祕的地球等,這包括以極長波做地震預測的研究。有關地球監測可以和該刊編揖部聯絡:Geo-Monitor, Suite 400,c65 Wahington St., Santa Clara, CA 95050, U.S.A.


結論

    對於這類奇怪的、奧祕的、非比尋常的超長波,可以淺嚐即止,也可以豪飲成性,端看你對這方面的興趣程度如何。但是這對於科學家們依舊還是一團謎的領域,你的興趣會不深嗎?機會來了,假如你有興趣,可以很經濟的方式加入這探尋宇宙奧祕的行列,甚至於可以聽到世界上只有極少數人聽過的潛水艇的通訊,OMEGA 更是很普遍的訊號,還有一些少數的坑底聲音,最重要的是,你真的不想聽聽上天的聲音嗎? END



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