امواج امیدبخش

 

110سال پیش شرکت گولیلمو مارکونی اولین سرویس تلگراف بی‌سیم را در اقیانوس اطلس به‌کار گرفت. مارکونی که همیشه به علم و الکتریسیته علاقه‌مند بود، در اوایل دهه 1890 کار روی ایده تلگراف بی‌سیم را آغاز کرد.

 

یعنی انتقال پیام‌های تلگرافی بدون اتصال سیم و آن‌طور که در تلگراف‌های برقی انجام می‌شد. این ایده جدید نبود؛ محققان و مخترعان بسیاری بیش از 50 سال به بررسی تکنولوژی الکترومغناطیس و سیگنال‌های نوری پرداختند، اما هیچ‌کدام از نظر فنی و تجاری موفق نبودند. پیشرفت‌های نسبتا تازه‌ای از سوی هاینریش هرتز به‌دست آمد که در سال 1888 نشان داد انسان می‌تواند پرتو الکترومغناطیسی را تولید و شناسایی کند.

 

در آن زمان امواج عموما «هرتزیان» نامیده می‌شد و حالا به‌طور کل به آن امواج رادیویی می‌گویند. در جامعه فیزیک علاقه زیادی به امواج رادیویی وجود داشت، اما به‌عنوان یک پدیده علمی و نه به‌عنوان پتانسیل نهفته در آن به‌عنوان یک راه ارتباطی. فیزیکدان‌ها عموما به امواج رادیویی به‌عنوان شکل نامرئی نور نگاه می‌کردند؛ پدیده‌ای با برد کوتاه که تنها می‌توانست در امتداد خط افق دید گذر کند و درنتیجه دامنه آن به افق دیدی به شکل سیگنال‌های بصری محدود می‌شد و آن را برای ارتباط راه دور نامناسب می‌ساخت.

 

با مرگ هرتز در 1894 مطالعات پیشین او مورد بررسی قرار گرفت؛ ازجمله اثبات انتقال و تشخیص امواج رادیویی توسط فیزیکدان انگلیسی، الیور لوج و مقاله‌ای درباره کارهای هرتز توسط معلم مارکونی، آگوستو ریگی. مقاله‌ ریگی علاقه مارکونی به توسعه یک سیستم تلگرافی بی‌سیم بر مبنای امواج رادیویی را تازه کرد. موضوعی که مارکونی به آن توجه کرد، به نظر از سوی باقی مخترعان رها شده بود.

پیشرفت تلگراف رادیویی
مارکونی بیست ساله آزمایش روی امواج رادیویی را آغاز کرد و بسیاری از تجهیزات را در اتاق زیرشیروانی خانه‌اش ساخت. او آزمایش‌های اصلی هرتز را عملی کرد و به پیشنهاد ریگی از کوهرر استفاده کرد؛ یک آشکارساز اولیه براساس یافته‌های فیزیکدان فرانسوی، ادوارد برنلی در سال 1890 که در آزمایش‌های لوج هم استفاده شد که وقتی در معرض امواج رادیویی قرار می‌گرفت، مقاومت الکتریکی را تغییر می‌داد.

 

در تابستان 1894 او یک زنگ خطر توفان ساخت که با باتری، کوهرر و زنگ الکتریکی ساخته شده بود و وقتی خاموش می‌شد که امواج رادیویی تولیدشده توسط رعدوبرق را دریافت می‌کرد. در اواخر دسامبر 1894 مارکونی یک فرستنده و گیرنده رادیویی را به مادرش نشان داد؛ سازه‌ای که باعث می‌شد با فشار دادن یک دکمه از راه دور، یک زنگ در آن سوی اتاق به صدا دربیاید.

او با حمایت مالی پدرش به مطالعه و تحقیق ادامه داد و از ایده فیزیکدانانی که امواج رادیویی را آزمایش می‌کردند ایراد گرفت و به توسعه دستگاه‌ها ادامه داد. دستگاه‌هایی نظیر سیستم‌های فرستنده و گیرنده قابل حمل که قادر بودند از فاصله دور کار کنند. به این ترتیب آنچه را که اساسا یک تجربه آزمایشگاهی بود به سیستم ارتباطی مفیدی تبدیل کرد. در تابستان 1895 او تنظیمات و اشکال مختلف آنتن را امتحان کرد اما با وجود پیشرفت‌های به‌دست آمده، می‌توانست سیگنال‌ها را تنها تا نیم مایل بفرستد؛ فاصله‌ای که در سال 1894 الیور لوج آن را به‌عنوان حداکثر فاصله برای ارسال امواج رادیویی پیش‌بینی کرده بود.

پیشرفت در انتقال
پیشرفت در همان تابستان حاصل شد؛ زمانی که مارکونی متوجه شد با افزایش ارتفاع آنتن، محدوده بسیار بزرگ‌تری قابل دستیابی خواهد بود و با وام گرفتن از تکنیکی که در تلگراف باسیم استفاده می‌شد، فرستنده و گیرنده‌اش را به زمین وصل کرد. با این اوصاف این سیستم قادر بود سیگنال‌ها را تا دو مایل بفرستد.

 

آنتن تک‌قطبی فرکانس امواج را در مقایسه با آنتن دوقطبی که توسط هرتز استفاده می‌شد، کاهش داد و امواج رادیویی قطبی‌شده را عمودی ساطع می‌کرد. به این ترتیب او به این نتیجه رسید که با یافته‌ها و تحقیقات بیشتر، یک دستگاه می‌توانست مسافت طولانی‌تری را طی کند که این هم به لحاظ تجاری و هم به لحاظ نظامی ارزشمند بود. دستگاه آزمایشی مارکونی اولین سیستم انتقال رادیویی کاملا مهندسی و تجاری بود.

مارکونی در ژوئیه 1896 طرز کار اولین دستگاهش را به دولت بریتانیا نشان داد و بعد از آن سری بعدی برای بریتانیایی‌ها از راه رسید؛ در ماه مارس 1897 مارکونی سیگنال‌های رادیویی را تا فاصله 6 کیلومتری فرستاد و در ماه مه ‌اولین ارتباط بی‌سیم دنیا را به دریا فرستاد. آزمایش در ولز پایه‌ریزی شد و یک پیام از کانال بریستول از دشت هلم به پنارت در فاصله 6 کیلومتری فرستاده شد.

 

سپس تجهیزات انتقال پیام فورا به ساحل سامرست منتقل شد و فاصله به 16 کیلومتر رسید. تحت‌تاثیر این اتفاق، ویلیام هنری پریس، مهندس برق و مخترع اهل ولز، کار مارکونی را در دو سخنرانی مهم در لندن به عموم مردم معرفی کرد و او رفته رفته مورد توجهات بین‌المللی قرار گرفت.

در دسامبر 1898 سرویس شناور چراغ‌دار انگلیسی اجازه برقراری ارتباط بی‌سیم بین فانوس دریایی فورلند جنوبی در دوور و شناور گودوین شرقی را با فاصله 12 مایل صادر کرد.  در پاییز سال 1899 اولین نمایش از دستاوردهای مارکونی در ایالات‌متحده صورت گرفت. در 15 نوامبر سنت پاول اولین کشتی مسافربری اقیانوس‌پیما بود که بازگشت قریب‌الوقوعش را به‌صورت بی‌سیم به بریتانیای کبیر گزارش داد.

انتقال اقیانوسی
با شروع قرن بیستم، مارکونی شروع به بررسی روش‌هایی کرد که بتواند سیگنال‌ها را به‌طور کامل از این سو به آن سوی اقیانوس اطلس بفرستد و به این ترتیب با تلگراف‌های کابلی به رقابت بپردازد. در سال 1901 مارکونی یک ایستگاه انتقال بی‌سیم در وکسفورد راه‌اندازی کرد تا پولدوی کورنوال را در انگلستان به کلیفدن ایرلند مرتبط کند. سیگنال به کمک آنتن 150 متری که با کایت پشتیبانی می‌شد دریافت شد.

 

فاصله بین این دو نقطه چیزی حدود دو هزار و 200 مایل بود. این موضوع یک پیشرفت علمی بزرگ محسوب می‌شد اما همچنان شک و تردیدهایی در مورد این ادعا وجود داشت. طول موج دقیقی که استفاده شد مشخص نیست، اما باید چیزی حدود 350 متر با فرکانس 850 کیلوهرتز بوده باشد. آزمایش‌ها در زمانی از روز انجام شد که کل مسیر اقیانوس اطلس در روشنایی روز بود. امروز ما می‌دانیم (گرچه مارکونی نمی‌‌دانست) که این بدترین انتخاب ممکن بود.

در این طول موج متوسط، انتقال از فاصله طولانی در روز روشن به‌دلیل جذب شدید نور خورشید در یونوسفر امکان‌پذیر نیست. این آزمایش نسنجیده نبود، مارکونی از قبل می‌دانست که باید منتظر شنیدن سیگنال تکراری سه کلیک باشد و گزارش‌ها حاکی از آن بود که این کلیک‌ها شنیده شدند، اما ضعیف و پراکنده. هیچ تایید مستقلی از این دریافت صورت نگرفت و تشخیص آن از نویزهای جوی دشوار بود. 

 

برای مواجهه با شک و شبهه‌ها، مارکونی آزمایش سازماندهی‌ و مستندسازی‌شده بهتری را آماده کرد. در فوریه 1902 مارکونی سوار بر کشتی اس.اس فیلادلفیا از بریتانیا به غرب رفت و سیگنال‌هایی را که از ایستگاه پولدو ارسال می‌شد به دقت ضبط ‌کرد. پیام‌های صوتی تا فاصله دو هزار و 100 مایلی دریافت شد و بیشترین فاصله‌ها در شب به‌دست آمد.

این آزمایش‌ها برای اولین بار نشان داد که سیگنال‌های رادیویی برای انتقال طول موج‌های متوسط و بلند در شب بسیار دورتر از روز فرستاده می‌شوند.  در 17 دسامبر 1902 اولین پیام رادیویی دنیا از ایستگاه مارکونی در خلیج گلیس کانادا به اقیانوس اطلس فرستاده شد. در 18 ژانویه 1903 هم پیام تبریک رئیس‌جمهوری تئودور روزولت به ادوارد هفتم، پادشاه بریتانیا از طریق ایستگاه ماساچوست ارسال شد. 

 

مارکونی برای برقراری ارتباط بین کشتی‌ها در دریا شروع به ساخت ایستگاه‌هایی با قدرت بالا در دو طرف اقیانوس اطلس کرد. در سال 1904 یک سرویس تجاری برای ارسال خلاصه اخبار روزانه به کشتی‌های مشترک راه‌اندازی شد و سرانجام در 17 اکتبر 1907 یک سرویس رادیوتلگراف منظم بین کلیفدن ایرلند و خلیج گلیس برقرار شد.

تایتانیک
نقشی که شرکت مارکونی در نجات دریایی ایفا کرد، آگاهی عمومی را نسبت به ارزش و اهمیت رادیو بالا برد و مارکونی را به شهرت رساند؛ به‌خصوص با غرق شدن دو کشتی تایتانیک در 15 آوریل 1912 و لوزیتانیا در 7 مه‌1915. اپراتورهای رادیویی تایتانیک، جک فیلیپس و هارولد براید توسط شرکت ارتباطات دریایی بین‌المللی مارکونی استخدام شدند.

 

پس از غرق شدن این کشتی بزرگ، بازماندگان با کمک کشتی کارپتیا نجات داده شدند. ارتباطات بی‌سیم به مدت 72 ساعت میان کارپتیا و دیوید سارنوف که او هم توسط شرکت مارکونی استخدام شده بود، برقرار بود. در 18 ژوئن 1912 مارکونی برای رسیدگی به تلفات تایتانیک در ارتباط با عملکرد تلگراف دریایی و رویه اضطراری در دریا مدارکی به دادگاه ارائه کرد. رئیس پست و تلگراف بریتانیا با اشاره به فاجعه تایتانیک گفت: «آنهایی که زنده ماندند، به دست یک مرد و اختراع شگفت‌انگیز او نجات پیدا کردند؛ آقای مارکونی.» 

 

طی سال‌های آینده شرکت مارکونی به محافظه‌کار بودن از لحاظ فنی شهرت یافت، به ویژه با ادامه استفاده از تکنولوژی ناکارآمد جرقه که تنها می‌توانست برای عملیات رادیوتلگراف استفاده شود، آن هم تا زمانی طولانی پس از آنکه مشخص شد آینده ارتباطات رادیویی با انتقال موج مداوم بسیار کارآمدتر است.