穿越海底的电缆

穿越海底的电缆

莫尔斯发明电报以后，不到20年功夫，电报这种新的通信方式就已经风靡世界。当时无线电还没有发明，莫尔斯电报只能进行有线传送，且只限于在陆地上使用，这已远远满足不了通信事业飞速的发展。英国和欧洲大陆之间、欧洲大陆与美洲大陆之间传统的邮船通信已显得太落后了，人们迫切需要在海底铺设电缆，以实现大陆之间的电报通信。1850年，英国技师雅各布·勃莱特（Jacob Brett）在英法之间的多佛尔海峡，完成了世界上最早的海底电缆的铺设。由于电缆外层没有钢丝保护层，由“巨人”号拖船敷设，只发了几份电报，在铺设的第二天，即8月28日，这条电缆就断裂了。一个捕鱼人用拖网勾起一段电缆，并截下一节，高兴地向别人夸耀他得到了珍稀的“海草”标本，说里面装满了金子。1851年，雅各布·勃莱特把由德国工程师沃纳·西门子刚刚研制成功的马来树胶绝缘法应用于这种电缆，取得了良好的效果。

由于英国担心这项工程会损坏英国与欧洲大陆之间的天然屏障，所以基本上没有支持这项计划。英国工程师斯蒂芬森甚至掀起了一场诈谤运动，倒是法国国王路易一拿破仑·波拿巴（Lonis Napoleon Bonaparte）资助了雅各布。第一条横穿英吉利海峡的海底电缆于1851年建成，正式开通了商业电报，从而开创了国际通信的历史。短短几年，多佛尔海峡电缆电报公司获得了巨额商业利润。人们要求在大西洋海底铺设跨洋电缆的呼声越来越高。然而，要铺设长达4000千米的跨洋海底电缆谈何容易！当时尚有许多理论上和技术上的问题还没有解决。1854年海峡电报的一位技术人员克拉克发现了信号延迟现象，即信号通过海底电缆时，收报比发报要滞后一定时间，他不能解释这种现象，请求科学界给予解释。对于这一现象，许多人认为很正常，并没有给予重视，然而正在格拉斯哥大学任教的年轻的大学教授威廉·汤姆逊（1824—1907），即后来的开尔文勋爵，知道这件事后，却怀着极大的兴趣研究了这个现象。

他意识到，海底电缆铺设距离越长，信号延迟的时间也越长，而且出现信号衰减和失真，以致不能正常传递电报。经过整整一年的系统研究，汤姆逊提出了关于海底电缆信号传递的理论，这一年他正好31岁。

有趣的是，麦克斯韦31岁提出电磁理论，赫兹31岁证实电磁波的存在，似乎3l岁正是电子科学家为通信作出贡献的好年华。

1855年，汤姆逊发表了信号传输理论的论文，系统地分析了海底电缆信号衰减的原因。他指出，由于海水是导体，包着绝缘层的海底电缆同海水组成了一个电容器，这就使信号传递有个充放电的过程。如果采用增大铜线截面面积来减小电阻，加厚绝缘层来减小分布电容，并且使用小电流，则可以使信号的延迟降低到最低程度。这个理论成了后来设计海底电缆通信工程的重要理论依据。