Как работает маяк

Ориентир на берегу

Маяк — навигационный ориентир, по которому моряки опознают берег и определяют, где находится судно ^[1]. Обычно это башня с сильным источником света наверху. Маяк должен быть виден и узнаваем в любую погоду и в любое время суток^[1].

Маяком считается огонь, который виден дальше чем на 10 морских миль (около 18,5 км); те, что слабее, называются навигационными знаками^[1].

Башню строят высокой из-за кривизны Земли: чем выше огонь, тем дальше линия горизонта, из-за которой его видно. Высоту маяка рассчитывают так, чтобы моряк заметил огонь ещё до того, как подойдёт к опасному месту ^[2].

Главное — оптика

Сама лампа светит во все стороны, и большая часть света уходит в небо и в воду. Поэтому маячный огонь — это прожектор: зеркала или линзы собирают свет в узкий горизонтальный луч. Чем больше площадь собирающего элемента, тем сильнее свет в нужном направлении^[1][2].

Но огромная обычная линза получается неподъёмно тяжёлой. Решение нашёл французский физик Огюстен Френель. Он разрезал линзу на концентрические кольца-ступеньки: каждое кольцо преломляет свет так же, как соответствующий участок толстой линзы, но стекла нужно гораздо меньше^[3][1]. Похожую идею ещё в 1748 году предлагал Бюффон, но Френель изобрёл её заново — именно для маяков^[3].

Кордуан, 1823 год

Прежние зеркальные отражатели возвращали лишь около половины света^[3]. В 1819 году Френель предложил Комиссии маяков заменить их своими «ступенчатыми линзами»^[3].

Его вращающийся аппарат из восьми линз проверили 20 августа 1822 года на недостроенной Триумфальной арке в Париже: король Людовик XVIII и члены комиссии видели свет за 32 километра. А 25 июля 1823 года первая в мире маячная линза Френеля засветилась на маяке Кордуан во Франции — свет был виден до самого горизонта ^[3].

Позже Френель добавил сверху и снизу стеклянные призмы, которые отражают свет полным внутренним отражением. Так получилась маячная линза, какой мы её знаем: огромный стеклянный «улей» вокруг лампы^[3].

Вспышки и «почерк»

В старых маяках линзы вращались вокруг лампы. Их крутил часовой механизм с грузом, который смотритель заводил иногда каждые два часа^[2]. А чтобы тяжёлая сборка вращалась легко, она плавала в ртути ^[1][2]. Моряк видел не ровный свет, а вспышки — каждый раз, когда луч проходил мимо.

У каждого маяка — свой световой «почерк»: ритм, число и цвет вспышек. Например, маяк в голландском Схевенингене даёт вспышки с интервалами 2,5 и 7,5 секунды^[1][2]. Сверив почерк с картой, моряк точно знает, какой маяк перед ним. Так же огонь маяка не спутаешь с огнями города или другого судна^[1].

Сегодня вращающиеся линзы чаще заменяют импульсной лампой, которая сама даёт короткие яркие вспышки ^[1][2].

Белый, красный, зелёный

Многие маяки светят разными цветами в разные стороны — это секторные огни^[1]:

• белый — безопасный сектор, по нему можно идти;
• красный — слева от безопасного сектора;
• зелёный — справа от него.

А створные огни работают парой: дальний маяк всегда выше ближнего. Если судно идёт точно по курсу, моряк видит оба огня один над другим; если огни разошлись — понятно, куда поправить курс^[1][2].

Днём маяки узнают по форме и окраске: полосы и спирали — это «дневная метка». Маяк на мысе Хаттерас в США, например, раскрашен чёрно-белой спиралью^[2].

Фарос — чудо света

Сначала маяками служили костры на берегу^[1]. А самым знаменитым маяком в истории стал Александрийский, построенный в III веке до н. э. при царях Птолемее I и Птолемее II на острове Фарос у Александрии. Его высота, по оценкам, — не меньше 100 метров: три яруса, квадратный, восьмигранный и круглый. Это одно из семи чудес света^[4][1].

Маяк пострадал от землетрясений и к XIV веку превратился в руины, а в 1480 году из его камней построили крепость Кайт-Бей^[4]. Но имя осталось: от «Фароса» — греческое φάρος, «маяк», французское phare, итальянское faro, а в русском — «фара»^[4].

О том, как корабли находят дорогу сегодня, — в статье «Как работает GPS».