Учёным удалось создать оптическую «волну-убийцу» – электромагнитный аналог редчайших океанских волн высотой в десятки метров, наводящих ужас на моряков. Это поможет в проверке теории происхождения таких волн и возможности предсказывать, где и когда они появятся.
Гигантские «волны-убийцы», заинтересовавшие, наконец, естествоиспытателей, искусственно синтезированы в лабораторных условиях.
Никому до сих пор не известно, каким именно образом эти громадные волны формируются в океанских водах, однако группе ученых из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и Института нелинейной оптики и короткоимпульсной спектроскопии имени Макса Борна в Берлине удалось создать их аналоги в световых колебаниях. Исследователи надеются, что их работа поможет разобраться в природе огромных волн, до сих пор являющихся причиной гибели многих судов.
Изначально научное сообщество не проявляло никакого интереса к «волнам-убийцам», или блуждающим волнам, как их иногда называют. Волны-одиночки высотой в десятки метров оставались лишь предметами моряцких рассказов и мифов. Однако в конце девяностых факт существования гигантских волн был запечатлен на пленку и не раз. Одна из таких волн обрушилась на нефтяную платформу в Северном море в 1995 году, другая была сфотографирована в Бискайском заливе в 1993 году. Позже появилась масса других свидетельств, а в прошлом году появились и первые математические теории образования «девятых валов».
Первое достоверное изображение "волны-убийцы", опубликованное в конце 1993 года в Mariner's Weather Log // wikipedia.org
И эти волны продолжают представлять угрозу для морских судов.
Так, в 2001 году волна высотой 30 метров накрыла пассажирский лайнер в
Южной Атлантике. По оценкам специалистов, за два последних десятилетия
жертвами «волн-убийц» стали более 600 человек и около 200 морских судов.
Различные
теории образования и распространения гласят, что максимальная высота
волн, нагнанных ветром, в земных условиях не может превышать двух
десятков метров, однако свидетельства очевидцев сообщают о волнах,
высота которых превышала 30 метров. Даже допуская аномальную высоту
волн, образующихся в ходе процессов, описанных в теории, эти выкладки
предсказывают очень низкую вероятность их образования и уж тем более
обнаружения на бескрайних просторах мирового океана.
На самом деле эти волны образуются гораздо чаще, чем ученые могли себе представить.
Несколько лет назад назад научное сообщество заставило-таки Европейский
Союз начать межнациональный проект под названием MaxWave, в котором
задействовали два европейских спутника, осуществляющих радарную съёмку
океанов. Этот проект и был нацелен на поиск гигантских «волн-убийц», в
существовании которых уже мало кто сомневался.
Всего за три недели наблюдений в 2004 году участники проекта засекли с десяток бродячих волн высотой не менее 25 метров.
Это, с одной стороны, указывает на отличие механизма образования таких
волн от тех, что изучены и описаны, и одновременно ставит ученых в
тупик – ни одна теория образования волн-убийц, представленная на
сегодняшний день, не в состоянии полностью объяснить частоту и характер
этих явлений и остаются недоказанными гипотезами.
Выдвинутые
теории ссылаются на интерференцию и агрегирование более мелких морских
волн в более крупные, кроме того, существуют предположения о вине
необычных подвижек воздушных масс в формировании блуждающих волн.
Одно
ученым известно наверняка – «волны-убийцы», распространяясь по водной
глади, могут в течение долгого времени сохранять свою форму и размер.
Именно поэтому острые пики таких волн при непосредственном наблюдении
производят впечатление гигантской водяной стены.
Такое свойство волн-гигантов роднит их с хорошо изученными
типами волн, названными солитонами, – одинокими волнами, способными
преодолевать большие расстояния без разрушения и изменения своей формы
и размера.
Солитоны
были впервые обнаружены в XIX веке в одном из шотландских каналов и
привлекли к себе немалый интерес. В настоящее время они хорошо изучены
и могут быть без труда воспроизведены в лабораторных условиях как в
водной среде, так и в виде световых колебаний.
Именно
поэтому Дэниел Солли, руководитель работ, и предположил возможность
использования технологий создания световых солитонов для генерации
световых «волн-убийц».
Процесс создания световых солитонов
требует испускания света в виде импульсов в нелинейном оптическом
волноводе, форма и частота импульсов света, выходящих из которого,
зависят от параметров входящих волн нетривиальным образом. Ученые
добавили в исходный сигнал немного шума – случайных импульсов различной
продолжительности и амплитуды, предназначенных для создания световых
солитонов.
Выходной сигнал, полученный в результате наложения
шума на исходный поток световых импульсов, оказался очень насыщенным,
состоящим из большого числа световых волн различной длины.
Однако среди этой световой какофонии ученым удалось с легкостью
различить чрезвычайно узкие и интенсивные пики, превышающие по этим
параметрам даже входные сигналы.
В своей публикации
в последнем номере Nature Солли и его коллеги называют эти импульсы не
иначе как световые «волны-убийцы», хотя они и безопасны для человека в
отличие от своих соленых морских собратьев.
В принципе, эти световые аномалии могут иметь и случайный
характер, однако Солли отмечает, что их распределение во времени сильно
отличается от статистического. Положение здесь также похоже на ситуацию
с океанскими «волнами-убийцами» – стандартные теории образования волн в
океане предсказывают их случайное появление, но в среднем лишь один раз
в тысячелетие, а не по нескольку штук в неделю. Это несоответствие
статистических характеристик, считает Солли, определенно указывает на
созидательную роль шумовых сигналов, фокусирующих энергию отдельных
импульсов в узкие и крайне интенсивные выбросы света.
По
словам руководителя команды специалистов Бахрама Джалали, это первое
наблюдение искусственных световых «волн-убийц», и эти волны очень
близки по своим свойствам к своим морским аналогам.
Однако
ученые не делают аналогичных заявлений относительно механизма
формирования этих двух феноменов – они могут в корне различаться.
Впрочем, ученые осторожно предполагают, что формирование морских
«волн-убийц» также происходит из-за сочетания таких факторов, как
небольшое волнение, нелинейность и слабый шумовой сигнал.
Нелинейность распространения морских волн – известный факт, а
наличие небольшого шумового сигнала вполне может обеспечить
переменчивый морской ветер.
Несмотря на то что «волны-убийцы» исследуются уже довольно давно и
интенсивно, новые результаты группы американских и германских ученых
могут не только внести вклад в понимание механизмов их образования, но
и привести к формированию стройной теории формирования блуждающих волн.
И
уж, по крайней мере, у учёных появилась отличная модель для проверки
своих теорий образования волн-одиночек. Если учёные научатся
прогнозировать появления безобидных оптических гигантских волн, то
может быть, дело дойдёт и до океанских. В том, что это необходимо,
сомневаться не приходится.
http://gazeta.ru/extreme/2007/12/13_a_2424963.shtml |