Международная команда ученых создала численную модель, которая объясняет неожиданное появление аномально высоких волн. Такие колебания морской поверхности называют «волнами-убийцами», поскольку они возникают внезапно и приводят к трагическим последствиям. Исследователи полагают, что результаты их работы будут способствовать теоретическому предсказанию синхронности волн в направленных полях. Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters.
Волны большой высоты, называемые «волнами-убийцами», могут повреждать корабли и платформы в открытом море, а также разрушать прибрежные строений. Причины появления волн-убийц отличаются от хорошо изученных и не менее катастрофических цунами, происходящих из-за подводных землетрясений или оползней. Волны-убийцы возникают из-за физического механизма самомодуляции. Этот процесс происходит вследствие колебаний морской воды, которые собираются в короткие интенсивные группы без внешнего воздействия.
Исследования самомодуляции и самофокусировки волн начались в 1960-х годах. Среди пионеров изучения этих природных явлений были ученые «горьковской школы», которые открыли эффекты, актуальные и для современной физики. Недавно сотрудники НИУ ВШЭ совместно со специалистами из Австралии и Японии обобщили область применимости разработанной ранее теории самомодуляции волн, в том числе и аналитические решения — прототипы волн-убийц. Применив численное моделирование и основываясь на лабораторных экспериментах, исследовательская группа продемонстрировала, что встречные волны не ослабляют нарастания волны-убийцы.
Согласно выводам физиков, такие волны могут возникать в полях стоячих волн, образованных отражением бегущих к берегу волн от преград — стационарных конструкций, крутых утесов и других препятствий. «Полученный результат достигнут благодаря многолетнему сотрудничеству интернациональных групп. То, что предсказывают приближенные теоретические модели, мы смогли смоделировать на поверхности воды в реалистичных для моря условиях. Предполагаем, что обнаруженный эффект может иметь общий для других физических сред характер», — комментирует один из авторов статьи, ведущий научный сотрудник Международной лаборатории динамических систем и приложений НИУ ВШЭ Алексей Слюняев.
Физики проводили эксперименты в Сиднейском университете. В лаборатории ученые установили специально оборудованный волновой лоток, оснащенный волнопродуктором. Участники исследования запускали одну за другой две последовательности волн. Когда первая достигала противоположной стенки, она отражалась от нее и двигалась навстречу второй. Физические процессы, возникавшие при таком движении волн, значительно увеличивали их в размере — примерно так в природе и появляются волны-убийцы. Чтобы охарактеризовать эти эффекты, научная команда использовала численное моделирование. Применение простых уравнений позволило им воссоздать эволюцию волн на расстояниях, превышающих возможности существующих в мире лабораторных установок.
В дальнейшем научная команда планирует продолжить изучение родственных эффектов в усложненных волновых конфигурациях, таких как скрещенные волновые системы или волны с разными длинами.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
