専門家の説明：雨の中でインターネット接続が信頼できなくなるのはなぜですか？

なぜあなたのインターネット接続は信頼できなくなり、雨が降るとあなたの携帯電話はトラブルを起こし始めるのですか？その理由は、電気力の性質と、悪天候がその働きを妨げる方法にあります。

2020年8月28日のニューデリーの道路上。（エクスプレス写真：アミット・メーラ）

モンスーンが正式に後退し始めると、インドの多くの人々は、雨が降るたびに予想される現象、つまりインターネット接続が不安定になり、携帯電話ネットワークが劣化するという現象からの解放を楽しみにしています。なぜこれが起こるのですか？

1860年代に、スコットランドの物理学者ジェームズマクスウェルは、約3億メートル/秒の速度で伝わる新しい種類の「電磁波」の存在を予測しました。数十年後、ハインリヒヘルツはマクスウェルの理論を実験的に検証し、1895年に、ジャガディッシュチャンドラボース卿はカルカッタで23メートルの距離にわたる電磁波による無線通信を初めて実証し、最新の通信システムの基盤を確立しました。

今日、インターネットを介して大陸間でどのように通信またはメッセージを送信するか、そしてこの通信がどのように中断されるかを理解するには、まず電気力の基本的な性質を理解する必要があります。

Varun Makhijaは、メアリーワシントン大学の物理学の助教授です。

通信中の電子

自然がすべての物質を作るために使用する3つの基本的な構成要素、つまり「レゴブロック」があります。2種類のクォークと電子です。私たちの目的のために、私たちは電子だけを議論する必要があります。

すべての物質は、非常に多くの電子で構成されています。他のレゴブロックと同様に、電子には質量と呼ばれる特性があります。これは、重力が電子にどれだけ強く作用するかを示し、したがって、電子の重量に直接関係しています。

電荷と呼ばれる電子の別の特性は、電気力が電子にどれほど強く作用するかを示します。電子の電荷は、電荷を持つ他のオブジェクト（たとえば、他の2つのレゴブロックなど）に加える電気力の強さも決定します。この力は、重力と同様に、離れた場所で作用します。したがって、長距離で分離された2つの電子は、接触することなく電気力を加えます。電子は帯電しているので、その周りの空間は電界で満たされています。

電子が作り出す海に住んでいると想像すると、電子を小刻みに動かすと、この海で波を起こすことができます。これは、静止した池に石を投げるのに似ており、そこから離れる方向に波紋ができます。この波がたまたま私たちの電子の海にある別の電子を通過すると、この別の電子は上下に跳ね返ります。これは、海の波があなたを襲ったときのようにです。

これが私たちのコミュニケーション方法です。電磁波は、ある場所で電子を小刻みに動かすことによって開始され、次にある場所で電子を洗い流します。 「信号」という言葉は、具体的には電磁波を意味します。波長（波のピーク間の距離）が特定の範囲内であれば、目の中の電子もこれらの波に反応する可能性があります。この特定の波長範囲では、電磁波が見えます。彼らは軽いです！長距離通信の最も基本的な形式（明るい光を点滅させ、モールス信号を使用する）は、ある場所から別の場所への電磁波の転送を使用します。

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光ファイバと雨

これらの概念は、もはや重要な唯一の通信モードであるインターネットを理解するための準備をします。これは本質的に、世界中のコンピュータの広大なネットワークであり、電磁波を相互に転送して通信することができます。

波を輸送する主な方法は、光ファイバーとセルラータワー（衛星リンク経由）の2つです。光ファイバは、人間の髪の毛よりも太さが薄い細長いガラス棒です。全反射現象により、光はロッド内に閉じ込められます。密度の高い媒体から密度の低い媒体（たとえば、ガラスから空気）に移動する光が、2つの透明な媒体の間の表面に臨界角で当たると、完全に反射して密度の高い媒体に戻ります。このようにして、電磁波はファイバー内に閉じ込められ、ファイバーの長さ方向に伝わります。数十万キロメートルのファイバーを接合または結合し、それらを地下または海底に埋めることで、世界中の通信が可能になります。通信に使われる電磁波（赤外線）はレーザーで発生し、可視光よりも波長がやや長いため、目に見えません。

インドの光ファイバーネットワークはVSNLによって開始され、現在はTataCommunicationsによって所有および開発されています。すべてのインターネットサービスプロバイダーは、何らかの方法でこの「ティア1」ネットワークに接続し、最終的には自宅に接続します。これらの二次接続は必ずしも光である必要はなく、いくつかの電気部品が関係しています。 （注：電気ケーブルは電磁波ではなく電子を転送しますが、それは別の日のトピックです！）デジタル通信の光を増幅およびオン/オフするために、光ファイバーネットワーク全体に沿って電気コンポーネントも必要です。

モンスーンの雨は、この地下ネットワークをさまざまな方法で妨害する可能性があります。地面に浸透する水と地滑りの組み合わせにより、ネットワーク内のさまざまな電気部品が損傷したり、ファイバーが接続されている場所で物理的な損傷が発生したりする可能性があります。

ローカルサービスプロバイダーがTier1光ネットワークに接続し、次に自宅に接続する中間の場所でも、同様の損傷や停電が発生する可能性があります。ファイバにはコア、クラッド、およびプラスチックの保護コーティングが施され、防水保護エンクロージャに保持されているため、信号伝送は雨の影響をほとんど受けません。 2本の繊維を接合しながらコーティングを除去します。ファイバーが開始または終了する場所（「スプライスボックス」と呼ばれます）では、ファイバーが雨水にさらされ、信号強度が低下する可能性があります。さらに、水分子は繊維の微小な亀裂を介して道を見つける可能性があり、最終的に繊維の寿命に影響を与えます。

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雨の中の携帯電話

携帯電話がインターネットに接続されている場合、電磁波はデバイスから空中を経由してセルタワーに伝わります。これは巨大なアンテナと考えることができます。このアンテナの電子は上下に跳ね返ります。彼らがこれを行うとき、彼らはあなたのサービスプロバイダーによって管理されている中央の場所に伝わる彼ら自身の電磁波を生成します。この場所で、波は何らかの方法で「処理」され、光ファイバーネットワーク（インターネット）または別の電話（電話、テキストメッセージなど）に送信されます。

発生する可能性のある処理にはさまざまな種類があります。たとえば、携帯電話から放射される電磁波と光ファイバー内を伝わるレーザーから放射される電磁波の重要な違いの1つは、波長です。携帯電話から発信され、携帯電話で受信される電波の長さは約1メートルです。対照的に、ファイバーネットワークを通過する赤外線波の長さは約100万分の1メートルです。これらの波長は可視波長（長さ約5000億分の1メートル）ではないため、どちらの波長も目の中の電子に影響を与えないことに注意してください。

どういうわけか、あなたの電話からのメッセージはラジオから赤外線に「翻訳」される必要があります。モールス信号を使用している場合は、プロバイダーによって検出された電波が点滅し、メッセージが含まれていると想像するかもしれません。プロバイダーが管理するレーザーは、ファイバーネットワークを通過するのと同じ一連のフラッシュを生成するように作成する必要があります。

モンスーン期間中にこの通信チェーンが中断する理由は、光ファイバーネットワークとは異なります。

携帯電話とセルタワーの間を伝わる電波は、水滴の中の電子を揺らし、通信を妨害する可能性があります。雨滴のサイズと数は電波の散乱により信号強度を低下させますが、大気中の水蒸気は電波を吸収して熱に変換します（電子レンジのように）。

さらに、モンスーンによる大雨、風、雷により、セルタワーが損傷し、カバーするエリアが中断する可能性があります。これが、一部の地域で信号がないことに気付く理由でもあることに注意してください。近くにセルタワーがありません。しかし、おそらく最も一般的な中断の原因は「妨害」です。同時に信号処理場所を介して通信しようとすると、一部のメッセージが失われます。

したがって、その作者のコンピュータからあなたのコンピュータにそのお気に入りのミームを届けるのは、何千キロも伝わる電磁波を伴う努力です。それは現代科学の並外れた成果であり、それがまったく機能することは驚くべきことです！おそらくこれは、次に暴風雨の間にインターネットがオフになったときに、あなたの欲求不満をいくらか和らげることができます！

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