Asiantuntija selittää: Miksi Internet-yhteys muuttuu epäluotettavaksi sateessa?

Miksi Internet-yhteytesi muuttuu epäluotettavaksi ja matkapuhelimesi alkaa aiheuttaa ongelmia sateen aikana? Syy on sähkövoiman luonteessa - ja tavoissa, joilla huono sää häiritsee sen toimintaa.

Tiellä New Delhissä 28. elokuuta 2020. (Express Photo: Amit Mehra)

Monsuunin alkaessa virallisesti vetäytyä, monet Intiassa odottavat innolla helpotusta ilmiöön, jota he ovat tottuneet odottamaan aina kun sataa: Internet-yhteydet muuttuvat epävakaiksi ja matkapuhelinverkot heikkenevät. Miksi näin tapahtuu?

Skotlantilainen fyysikko James Maxwell ennusti 1860-luvulla uudentyyppisten 'sähkömagneettisten' aaltojen olemassaolon, jotka kulkevat noin 300 miljoonan metrin sekunnissa. Pari vuosikymmentä myöhemmin Heinrich Hertz vahvisti kokeellisesti Maxwellin teorian, ja vuonna 1895 Sir Jagadish Chandra Bose osoitti Kalkutassa ensimmäistä kertaa langattoman yhteyden sähkömagneettisten aaltojen kanssa 23 metrin etäisyydellä, mikä loi perustan nykyaikaiselle viestintäjärjestelmälle.

Ymmärtääksemme, kuinka kommunikoimme tai lähetämme viestejä nykyään Internetin kautta eri mantereilla – ja sitten kuinka tämä viestintä katkeaa – meidän on ensin ymmärrettävä sähkövoiman perusluonne.

Varun Makhija on fysiikan apulaisprofessori Mary Washingtonin yliopistossa.

Elektronit viestinnässä

On olemassa kolme perusrakennuspalikoita eli 'legopalikoita', joita luonto käyttää kaiken aineen luomiseen – kahdenlaisia ​​kvarkkeja ja elektronia. Tarkoituksemme varten meidän on keskusteltava vain elektronista.

Kaikki aine koostuu monista, monista elektroneista. Kuten muillakin legopalikoilla, elektroneilla on ominaisuus nimeltä massa, joka osoittaa, kuinka voimakkaasti gravitaatiovoima niihin vaikuttaa, ja on siksi suoraan verrannollinen niiden painoon.

Toinen elektronien ominaisuus, jota kutsutaan sähkövaraukseksi, osoittaa, kuinka voimakkaasti sähkövoima vaikuttaa niihin. Elektronin varaus määrittää myös sähkövoiman voimakkuuden, jota ne kohdistavat muihin esineisiin, joilla on myös varaus (kuten esimerkiksi kahdessa muussa Lego-palikassa). Tämä voima, kuten painovoima, toimii etäisyyden päässä. Joten kaksi pitkän matkan erottamaa elektronia kohdistavat sähköisiä voimia koskettamatta koskaan. Koska elektroni on varautunut, sen ympärillä oleva tila täyttyy sähkökentällä.

Jos kuvittelet elektronin elävän valtameressä, jonka se luo, voit, jos heilutat elektronia, käynnistää aallon tässä valtameressä. Tämä on samanlaista kuin kiven heittäminen pysähdyksissä olevaan lampeen, jolloin syntyy aaltoja, jotka kulkevat pois siitä. Kun tämä aalto ohittaa toisen elektronin, joka sattuu olemaan elektronimme valtameressä, tämä toinen elektroni pomppii ylös ja alas – kuten voisit, kun valtameren aalto huuhtelee ylitsesi.

Näin kommunikoimme. Sähkömagneettinen aalto saa alkunsa jossain paikassa heiluttamalla elektroneja, jotka sitten huuhtoutuvat elektronien yli jossain kaukaisessa paikassa. Sana 'signaali' tarkoittaa erityisesti sähkömagneettisia aaltoja. Silmäsi elektronit voivat myös reagoida näihin aalloille, mikäli aallonpituus – aallon huippujen välinen etäisyys – on tietyllä alueella. Tällä tietyllä aallonpituusalueella sähkömagneettiset aallot ovat meille näkyvissä; ne on kevyitä! Kaukoviestinnän alkeellisin muoto – kirkkaan valon vilkkuminen ja morsekoodin käyttö – käyttää sähkömagneettisten aaltojen siirtoa paikasta toiseen.

Express selitettyon nyt päälläTelegram. Klikkaus tästä voit liittyä kanavallemme (@ieexplained) ja pysy ajan tasalla uusimmista

Optiset kuidut ja sade

Nämä käsitteet auttavat meitä ymmärtämään ainoan viestintätavan, jolla on enää merkitystä, Internetin. Tämä on pohjimmiltaan laaja tietokoneverkko ympäri maailmaa, jotka voivat siirtää sähkömagneettisia aaltoja toisilleen ja siten kommunikoida.

On kaksi ensisijaista tapaa kuljettaa aaltoja - optinen kuitu ja solukkotornit (satelliittilinkin kautta). Optiset kuidut ovat pitkiä, ohuita lasisauvoja, joiden paksuus on pienempi kuin ihmisen hiukset. Valo rajoittuu sauvaan täydellisen sisäisen heijastuksen ilmiön vuoksi. Kun valo, joka kulkee tiheämmästä väliaineesta vähemmän tiheään (esimerkiksi lasista ilmaan), osuu kahden läpinäkyvän aineen väliseen pintaan kriittisessä kulmassa, se heijastuu kokonaan takaisin tiheämpään väliaineeseen. Tällä tavalla sähkömagneettiset aallot jäävät loukkuun kuidun sisään ja kulkevat sen pituutta pitkin. Satojen tuhansien kilometrien kuitujen liittäminen tai yhdistäminen yhteen ja niiden hautaaminen maan alle tai meren alle mahdollistaa viestinnän ympäri maailmaa. Viestinnän sähkömagneettiset aallot (infrapuna-aallot) ovat laserien tuottamia, ja niiden aallonpituus on hieman pidempi kuin näkyvällä valolla, joten ne ovat meille näkymättömiä.

Valokuituverkon Intiassa aloitti VSNL, ja sen omistaa ja kehittää tällä hetkellä Tata Communications. Kaikki Internet-palveluntarjoajat muodostavat jollakin tavalla yhteyden tähän 'Tier 1' -verkkoon ja lopulta kotiisi. Nämä toissijaiset liitännät eivät välttämättä ole optisia, ja niissä on useita sähkökomponentteja. (Huomaa: Sähkökaapelit siirtävät elektroneja sähkömagneettisten aaltojen sijaan, mutta se on toisen päivän aihe!) Sähkökomponentteja tarvitaan myös koko valokuituverkossa vahvistamaan ja kytkemään valoa päälle ja pois digitaalista viestintää varten.

Monsuunisade saattaa katkaista tämän maanalaisen verkon monin tavoin. Maahan tihkuvan veden ja maanvyörymien yhdistelmä voi vaurioittaa verkon eri sähkökomponentteja tai aiheuttaa fyysisiä vaurioita paikoissa, joissa kuidut ovat silmukoituneet yhteen.

Samanlaisia ​​vaurioita tai sähkökatkoja voi tapahtua myös välipisteissä, joissa paikallinen palveluntarjoajasi muodostaa yhteyden tason 1 optiseen verkkoon ja sitten kotiisi. Kuidussa on ydin, verhous ja muovinen suojapinnoite ja se pidetään vesitiiviissä suojakotelossa, joten sade vaikuttaa vähiten signaalin siirtoon. Pinnoite poistetaan yhdistämällä kaksi kuitua. Paikoissa, joissa kuidut alkavat tai päättyvät (tunnetaan 'liitoslaatikoina'), kuidut voivat altistua sadevedelle, mikä heikentää signaalin voimakkuutta. Lisäksi vesimolekyylit voivat löytää tien kuiduissa olevien mikrohalkeamien kautta, mikä lopulta vaikuttaa kuidun käyttöikään.

Älä missaa Explained | Intian 13 ilmakuplaa ja kuka saa matkustaa näihin maihin

Kännykät sateessa

Kun matkapuhelimesi on yhteydessä Internetiin, sähkömagneettiset aallot kulkevat laitteestasi ilmaa pitkin matkapuhelintorniin. Voit ajatella tätä jättiläisantennina. Tämän antennin elektronit pomppivat ylös ja alas. Kun he tekevät tämän, he tuottavat omia sähkömagneettisia aaltojaan, jotka kulkevat palveluntarjoajasi hallinnoimaan keskeiseen paikkaan. Tässä paikassa aallot 'käsitellään' jollain tavalla ja lähetetään joko valokuituverkkoon (Internet) tai toiseen puhelimeen (puhelu, tekstiviesti jne.).

On olemassa erilaisia ​​​​käsittelyjä, joita saattaa esiintyä. Esimerkiksi yksi tärkeä ero puhelimen ja optisessa kuidussa kulkevan laserin lähettämien sähkömagneettisten aaltojen välillä on aallonpituus. Puhelimesi lähettämät ja sen vastaanottamat radioaallot ovat noin metrin pituisia. Sitä vastoin kuituverkon läpi kulkevat infrapuna-aallot ovat pituudeltaan noin metrin miljoonasosa. Huomaa, että kumpikaan näistä aallonpituuksista ei vaikuta silmäsi elektroneihin, koska ne eivät ole näkyviä aallonpituuksia (noin 500 metrin miljardisosaa).

Jotenkin puhelimesi viesti on 'käännettävä' radiosta infrapuna-aaltoiksi. Jos käytit morsekoodia, saatat kuvitella, että palveluntarjoajasi havaitsemat radioaallot vilkkuvat päälle ja pois ja sisältävät viestisi. Palveluntarjoajasi hallinnoima laser on saatava tuottamaan sama välähdyssarja, joka kulkee kuituverkon läpi.

Syyt tämän viestintäketjun katkeamiseen monsuunin aikana ovat erilaiset verrattuna valokuituverkkoon.

Puhelimesi ja matkapuhelintornin välillä kulkevat radioaallot voivat saada vesipisaroissa olevat elektronit heilumaan ja häiritsemään viestintää. Sadepisaroiden koko ja lukumäärä heikentävät signaalin voimakkuutta radioaaltojen hajoamisen vuoksi, kun taas ilmakehän vesihöyry absorboi radioaallot ja muuttaa ne lämmöksi (kuten mikroaaltouunissasi).

Lisäksi voimakas monsuunisade, tuuli ja salama voivat vaurioittaa solutorneja, mikä voi aiheuttaa katkoksia niiden peittoalueella. Huomaa, että myös tästä syystä tunnet olevasi ilman signaalia joillakin alueilla – lähistöllä ei ole solutornia. Mutta ehkä yleisin keskeytyksen syy on 'jumiutuminen'. Kun liian monet ihmiset yrittävät kommunikoida signaalinkäsittelypaikkojen kautta samanaikaisesti, jotkut viestit katoavat.

Tämän suosikkimeemin saaminen kirjoittajan tietokoneelta sinun tietokoneellesi on siksi työtä, joka sisältää sähkömagneettisia aaltoja, jotka kulkevat tuhansia kilometrejä. Se on modernin tieteen poikkeuksellinen saavutus, ja vaikuttaisi hämmästyttävältä, että se ylipäätään toimii! Ehkä tämä voi hieman helpottaa turhautumistasi seuraavan kerran, kun Internet katkeaa sademyrskyn aikana!

Jaa Ystäviesi Kanssa: