מומחה מסביר: מדוע חיבור אינטרנט הופך לבלתי אמין בגשם?

מדוע חיבור האינטרנט שלך הופך לבלתי אמין והטלפון הסלולרי שלך מתחיל לעשות בעיות כשיורד גשם? הסיבה נעוצה באופי הכוח החשמלי - והדרכים שבהן מזג אוויר גרוע משבש את פעולתו.

על כביש בניו דלהי ב-28 באוגוסט 2020. (צילום אקספרס: עמית מהרה)

כשהמונסון יתחיל לסגת רשמית, רבים בהודו מצפים להקלה מסוימת מתופעה שציפו לה בכל פעם שיורד גשם: חיבורי האינטרנט הופכים לא יציבים, ורשתות הטלפונים הסלולריות מתדרדרות. למה זה קרה?

בשנות ה-60, הפיזיקאי הסקוטי ג'יימס מקסוול חזה את קיומם של סוג חדש של גלים 'אלקטרומגנטיים' שנעים במהירות של ~300 מיליון מטר לשנייה. כמה עשורים לאחר מכן, היינריך הרץ אימת בניסוי את התיאוריה של מקסוול, ובשנת 1895, סר Jagadish Chandra Bose הדגים לראשונה תקשורת אלחוטית עם גלים אלקטרומגנטיים על פני מרחק של 23 מטרים בכלכותה, והקים את הבסיס למערכת תקשורת מודרנית.

כדי להבין כיצד אנו מתקשרים או שולחים הודעות היום דרך האינטרנט על פני יבשות - ולאחר מכן כיצד התקשורת הזו מופרעת - עלינו קודם כל להבין את הטבע הבסיסי של הכוח החשמלי.

Varun Makhija הוא פרופסור עוזר לפיזיקה באוניברסיטת מרי וושינגטון.

אלקטרונים בתקשורת

ישנן שלוש אבני בניין בסיסיות, או 'לבני לגו' שהטבע משתמש בהן כדי ליצור את כל החומר - שני סוגים של קווארקים והאלקטרון. למטרותינו, עלינו לדון רק באלקטרון.

כל החומר מורכב מהרבה מאוד אלקטרונים. בדומה ללבני הלגו האחרות, לאלקטרונים יש תכונה הנקראת מסה, המציינת באיזו עוצמה פועל עליהם כוח הכבידה, ולכן קשורה ישירות למשקלם.

תכונה נוספת של אלקטרונים הנקראת מטען חשמלי מציינת באיזו עוצמה הכוח החשמלי פועל עליהם. מטען האלקטרון קובע גם את עוצמת הכוח החשמלי שהם מפעילים על עצמים אחרים שגם להם יש מטען (כמו שתי לבני הלגו האחרות, למשל). כוח זה, כמו כוח הכבידה, פועל במרחק. אז, שני אלקטרונים המופרדים על ידי מרחק רב מפעילים כוחות חשמליים מבלי ליצור מגע. מכיוון שאלקטרון טעון, החלל מסביבו מתמלא בשדה חשמלי.

אם אתה מדמיין שאלקטרון חי באוקיינוס ​​שהוא יוצר, אתה יכול, אם תניע את האלקטרון, ליזום גל באוקיינוס ​​הזה. הדבר דומה לזריקת אבן בבריכה דוממת, מה שיוצר אדוות שמתרחקות ממנה. כאשר הגל הזה יעבור ליד אלקטרון אחר שנמצא במקרה באוקיינוס ​​האלקטרון שלנו, האלקטרון השני הזה יקפוץ למעלה ולמטה - כפי שאתה יכול כשגל אוקיינוס ​​שוטף אותך.

כך אנו מתקשרים. גל אלקטרומגנטי מופעל במקום כלשהו על ידי תנועות אלקטרונים, אשר לאחר מכן שוטף את האלקטרונים במיקום מרוחק כלשהו. המילה 'אות' פירושה באופן ספציפי גלים אלקטרומגנטיים. האלקטרונים בעיניים שלך יכולים גם להגיב לגלים האלה, בתנאי שאורך הגל - המרחק בין פסגות הגל - נמצא בטווח מסוים. בטווח אורכי הגל המסוים הזה, גלים אלקטרומגנטיים נראים לנו; הם קלים! הצורה הבסיסית ביותר של תקשורת למרחקים ארוכים - מהבהב אור בהיר ושימוש בקוד מורס - משתמשת בהעברת גלים אלקטרומגנטיים ממקום אחד לאחר.

הסבר אקספרסמופעל כעתמִברָק. נְקִישָׁה כאן כדי להצטרף לערוץ שלנו (@ieexplained) והישאר מעודכן בחדשות האחרונות

סיבים אופטיים והגשם

המושגים הללו מציידים אותנו להבין את אופן התקשורת היחיד שחשוב יותר, האינטרנט. זוהי בעצם רשת ענקית של מחשבים ברחבי העולם שיכולה להעביר גלים אלקטרומגנטיים זה לזה, ולכן לתקשר.

ישנן שתי דרכים עיקריות להעביר גלים - באמצעות סיבים אופטיים ומגדלים סלולריים (באמצעות קישור לווייני). סיבים אופטיים הם מוטות זכוכית ארוכים ודקים בעובי פחות משיער אדם. האור מוגבל במוט עקב תופעת השתקפות פנימית מוחלטת. כאשר אור העובר ממדיום צפוף יותר למדיום צפוף פחות (למשל, מזכוכית לאוויר) פוגע במשטח שבין שני מדיה שקופה בזווית קריטית, הוא מוחזר כולו בחזרה למדיום הצפוף יותר. בדרך זו, גלים אלקטרומגנטיים נלכדים בתוך הסיב, ונעים לאורכו. שחבור או חיבור של מאות אלפי קילומטרים של סיבים יחד, וקבורתם מתחת לאדמה או מתחת לים, מאפשר תקשורת על פני הגלובוס. הגלים האלקטרומגנטיים המשמשים לתקשורת (גלי אינפרא אדום) נוצרים על ידי לייזרים, ואורך גל מעט ארוך יותר מהאור הנראה, ולכן הם בלתי נראים לנו.

רשת הסיבים האופטיים בהודו הוקמה על ידי VSNL, והיא נמצאת כיום בבעלות ומפותחת על ידי Tata Communications. כל ספקי שירותי האינטרנט מתחברים בדרך כלשהי לרשת 'Tier 1' זו, ובסופו של דבר לביתך. חיבורים משניים אלו אינם בהכרח אופטיים, וכוללים מספר רכיבים חשמליים. (הערה: כבלי חשמל מעבירים אלקטרונים ולא גלים אלקטרומגנטיים, אבל זה נושא ליום אחר!) נדרשים גם רכיבים חשמליים לאורך כל רשת הסיבים האופטיים כדי להגביר ולכבות את האור לתקשורת דיגיטלית.

גשם מונסון עלול להפריע לרשת התת-קרקעית הזו בדרכים רבות. השילוב של חלחול מים לקרקע ומפולות קרקע עלול לפגוע ברכיבים החשמליים השונים ברשת, או לגרום לנזק פיזי במקומות שבהם חוברים הסיבים זה לזה.

יכול להיות גם נזק דומה, או הפסקות חשמל במקומות ביניים, שבהם ספק השירות המקומי שלך מתחבר לרשת האופטית Tier 1, ולאחר מכן לביתך. לסיב יש ליבה, חיפוי וציפוי מגן פלסטי והוא מוחזק במתחם מגן אטום למים, כך שהעברת האותות מושפעת לפחות מגשם. הציפוי מוסר תוך חיבור שני סיבים. במקומות שבהם סיבים מתחילים או מסתיימים (הידועים כ'קופסאות שחבור') קיימת אפשרות שסיבים ייחשפו למי גשם, מה שגורם להפחתה בעוצמת האות. בנוסף, מולקולות מים עשויות למצוא דרך באמצעות סדקים מיקרו בסיבים, ובסופו של דבר להשפיע על חיי הסיבים.

אל תפספסו מ-Explained | 13 בועות האוויר של הודו ומי רשאי לנסוע למדינות אלו

טלפונים סלולריים בגשם

כאשר הטלפון הסלולרי שלך מחובר לאינטרנט, גלים אלקטרומגנטיים עוברים מהמכשיר שלך באוויר למגדל סלולרי. אפשר לחשוב על זה כעל אנטנה ענקית. האלקטרונים באנטנה זו קופצים למעלה ולמטה. כשהם עושים זאת, הם מייצרים גלים אלקטרומגנטיים משלהם, הנוסעים למיקום מרכזי המנוהל על ידי ספק השירות שלכם. במיקום זה, הגלים 'מעובדים' בדרך כלשהי, ונשלחים לרשת הסיבים האופטיים (האינטרנט) או לטלפון אחר (שיחת טלפון, הודעת טקסט וכו').

ישנם סוגים שונים של עיבוד שעלולים להתרחש. לדוגמה, הבדל חשוב אחד בין הגלים האלקטרומגנטיים הנפלטים מהטלפון שלך לאלו מהלייזר שעובר בסיב האופטי הוא אורך הגל. גלי הרדיו הנפלטים מהטלפון שלך ונקלטים בו, הם באורך של כמטר. לעומת זאת, אורכם של גלי האינפרה-אדום שעוברים ברשת הסיבים הוא כמיליונית המטר. שימו לב שאף אחד מאורכי הגל הללו לא משפיע על האלקטרונים בעין שלכם, מכיוון שהם אינם אורכי גל גלויים (בערך 500 מיליארדיות המטר).

איכשהו, ההודעה מהטלפון שלך צריכה להיות 'לתורגם' מרדיו לגלי אינפרא אדום. אם השתמשת בקוד מורס, אתה עשוי לדמיין שגלי הרדיו שזוהה על ידי הספק שלך מהבהבים ומכבים, המכילים את ההודעה שלך. הלייזר המנוהל על ידי הספק שלך צריך להיות מייצר את אותו רצף של הבזקים שעוברים דרך רשת הסיבים.

הסיבות להפסקה בשרשרת התקשורת הזו במהלך המונסון שונות בהשוואה לרשת הסיבים האופטיים.

גלי הרדיו העוברים בין הטלפון שלך למגדל הסלולרי עלולים לגרום לאלקטרונים בטיפות מים להתנועע, ולהפריע לתקשורת. גודל ומספר טיפות הגשם מפחיתים את עוצמת האות עקב פיזור גלי הרדיו, בעוד שאדי מים באטמוספרה סופגים את גלי הרדיו וממירים אותם לחום (כמו בתנור המיקרוגל שלכם).

יתר על כן, גשם מונסון כבד, רוח וברקים עלולים לגרום נזק למגדלי תאים, וכתוצאה מכך להפרעות באזור שהם מכסים. שימו לב שזו גם הסיבה שאתם מוצאים את עצמכם בלי שום אות באזורים מסוימים - אין מגדל סלולרי בקרבת מקום. אבל אולי הסיבה השכיחה ביותר להפרעה היא 'שיבוש'. כאשר יותר מדי אנשים מנסים לתקשר באמצעות מיקומי עיבוד אותות בו-זמנית, חלק מההודעות הולכות לאיבוד.

העברת המם האהוב מהמחשב של המחבר שלו למחשב שלך הוא, אם כן, מאמץ הכרוך בגלים אלקטרומגנטיים העוברים אלפי קילומטרים רבים. זה הישג יוצא דופן של המדע המודרני, וזה נראה מדהים שזה עובד בכלל! אולי זה יכול להקל במידת מה על התסכול שלך בפעם הבאה שהאינטרנט שלך כבה במהלך סופת גשם!

שתף עם החברים שלך: