Con Das Boot, una película alemana de 1981 sobre la vida en un submarino en la guerra del Atlántico, cerramos por el momento este ciclo sobre electromagnetismo y la segunda guerra mundial. La película está disponible en Netflix (que a esta altura ya debería ser directamente el sponsor de la materia).
Los submarinos son muy difíciles de detectar, y eso les dio desde su invención una ventaja estratégica. Y la dificultad para detectarlos no es solo una dificultad visual. La invención del radar y otras aplicaciones del electromagnetismo en el siglo XX no tuvieron el mismo éxito inmediato con los submarinos que ya vimos en el caso de la aviación. Los radares no son eficientes para detectar submarinos. El principal problema con las ondas electromagnéticas es que se atenúan rápidamente en el agua: el agua tiene un espectro de absorción ancho en la región de las microondas (que por su longitud de onda más pequeña, permiten localizar mejor los objetos). El siguiente espectro de absorción para el agua líquida, tomado de Wikipedia, ilustra el problema:
Noten que la absorción es muy pequeña en la región visible (VIS) del espectro (el agua es transparente), pero la absorción crece rápidamente fuera de esa región. En particular, la región del espectro con longitudes de onda mayores a 1 milímetro (EHF) corresponde a microondas (las señales de radio, con una longitud de onda del orden del metro o mayor, están a la derecha de este espectro, y también son absorbidas y atenuadas por el agua líquida). Y, como comentario al margen, la buena absorción de las microondas por el agua líquida es una de las razones por las que usamos hornos a microondas para calentar rápidamente la comida. La energía electromagnética en las ondas es absorbida por el material, y convertida en calor.
Esto obliga a usar otras longitudes de onda (aún más grandes) si uno quiere detectar submarinos (lo que resulta en un error mayor en la localización), y como el agua sigue absorbiendo buena parte del espectro electromagnético aún en longitudes de onda más grandes, a usar electrónica para amplificar las señales. Además, los submarinos están diseñados para no ser fácilmente detectables, lo que no facilita toda esta tarea.
Así, los primeros éxitos durante la segunda guerra mundial en la detección de submarinos no fueron gracias al electromagnetismo, sino al sonido. El principio de funcionamiento del sonar activo (que en sus primeras versiones durante la guerra se conoció como ASDIC, un término usado en la película Das Boot) es similar al del radar: se emite una señal, y se observa la señal reflejada por los obstáculos en el entorno del emisor. Pero en lugar de usar una onda electromagnética se usan ondas de sonido. En Das Boot (y en muchas otras películas de submarinos durante la segunda guerra mundial o durante la posterior guerra fría) el sonar usado por los barcos se escucha como un “beep” periódico que causa pánico en los marineros en el submarino: están siendo buscados por los barcos enemigos, y podrían ser detectados. Los submarinos también pueden usar un sonar activo para detectar otros submarinos en su entorno, pero esto es peligroso: el “beep” que emiten al prender su sonar activo también los vuelve visibles al enemigo.
Buena parte del tiempo los submarinos se encuentran en “modo silencioso”: no usan su sonar activo, y tratan de emitir la menor cantidad posible de sonido. Así que también existen sonares pasivos: micrófonos que escuchan cualquier ruido ínfimo emitido por los submarinos. Estos sonares pueden ser usados por barcos, o por los mismos submarinos (mientras se encuentran en modo silencioso) para detectar a otros submarinos en el entorno. Por eso en muchas películas los submarinos apagan sus motores y ordenan a la tripulación hacer silencio cuando creen que pueden ser detectados. Más tarde los submarinos también comenzaron a detectarse por medio de otras ondas: las ondas de presión en el fluido generadas por la estela que deja el submarino a su paso.
Pero en años más recientes el electromagnetismo se volvió una herramienta útil para detectar submarinos. Hoy contamos con mapas muy detallados del campo magnético terrestre, no solo de su contribución dipolar dominante, sino también de sus anomalías, como muestra este mapa de anomalías en el ángulo que muestra una brújula respecto al polo norte de la Tierra (azul y rojo indican que la aguja tiene una desviación respecto al norte en un ángulo indicado por la intensidad de los colores):
Un cilindro metálico en movimiento en el agua (es decir, un submarino) genera cambios muy pequeños en el campo magnético local de la Tierra, ya que cuando un conductor se mueve en un campo magnético desplaza las líneas de campo, como vimos en la aproximación cuasiestacionaria. Es decir, la aproximación cuasiestacionaria puede ser usada para calcular cuánto varía localmente (en la superficie del agua) el campo magnético de la Tierra si justo debajo del agua un submarino de metal se desplaza a una dada velocidad. Esa pequeña variación del campo magnético genera cambios mínimos en la dirección en la que apunta una brújula, y si conocemos el campo magnético local (en ausencia del submarino), podemos medir su variación. Así, estas muy pequeñas variaciones del campo magnético terrestre se pueden usar para detectar los submarinos bajo el agua usando un detector de anomalías magnéticas (¡se necesita algo bastante más preciso que una brújula!).
