Накатная волна что такое
Причины появления «волн‐убийц» найдены. Но спастись от них это не поможет
Загадочные и смертоносные «волны-убийцы» погубившие сотни моряков и десятки кораблей являются результатом, так называемых, нелинейных процессов. Об этом сообщила пресс-служба Института теоретической физики РАН на основании открытия, сделанного отечественными физиками и математиками.
«Волны‐убийцы» XXI века. Число катастрофических цунами стремительно увеличивается
Российские и зарубежные исследователи связали внезапное появление гигантских волн с простым решением для одной из версий уравнения Шредингера. Их возникновение подобно появлению оптических и электронных волн, мешающих работе телекоммуникационных систем.
«Волны распределены по океану не совсем однородно, из-за чего те зоны, где их оказывается больше, как бы притягивают к себе энергию. В итоге в какой-то момент в одном месте рождаются волны большой амплитуды. Еще в 1968 году академик Владимир Захаров показал, что эту неустойчивость эффективно описывает нелинейное уравнение Шредингера», — уточнил исследователь Петр Гриневич из московского ИТФ имени Ландау.
Физики считают, что существуют различные феномены, которые нельзя описать с помощью линейных уравнений. Но их реакцию на комбинацию внешних факторов невозможно представить себе как сумму изменений, возникших при действии каждой из этих сил по отдельности.
Это заметно усложняет прогнозирование подобных процессов. Причем, как сообщил Гриневич, ученые ранее считали, что хаотическими по своей природе они становятся из-за того, что исходное состояние нелинейных систем безвозвратно «забывается» даже после самых незначительных изменений.
В 50-х годах американский ученый Энрико Ферми выяснил, что в некоторых случаях возникало математическое «дежавю», после которого система возвращалась в первоначальное положение. По всей видимости, этим процессом управляли некие закономерности и законы. В частности, нелинейное уравнение Шредингера.
Виноваты волны‐убийцы: почему в Бермудском треугольнике пропадают корабли
«Хорошая аналогия — коробка передач. Чтобы делать предсказания о том, как она будет работать, не обязательно разбираться в ее детальном устройстве. Достаточно факта, что она подчиняется „золотому правилу“ механики: проигрыш в скорости дает выигрыш в силе, а выигрыш в силе — проигрыш в скорости», — рассказал Гриневич.
В опытах российских исследователей роль «коробки передач» выполнил кристалл с нелинейными оптическими свойствами. Некоторые его зоны фокусировали свет, так как были освещены сильнее. Другие — рассеивали луч лазера.
Гриневич и его коллеги выяснили, что вырабатываемый кристаллом свет и порождает периодический эффект «дежавю». Причем, его поведение описывает нелинейное уравнение Шредингера.
Проанализировав результаты наблюдений, российские ученые смогли составить набор простых формул, позволяющих очень точно просчитывать это уравнение. По этим же формулам можно описать поведение «волн-убийц», помехи в каналах связи и помочь выяснить особенности некоторых экзотических форм материй. Например, конденсата Бозе-Эйнштейна, состоящего из множества частиц, но демонстрирующего поведение одного большого атома.
Сирены и морские чудовища. Предыстория
Открытие российских ученых может подвести черту под многовековой историей «волн-убийц», которые были известны человечеству еще со времен античности. До нашего времени дошли многочисленные легенды о гигантских волнах, топивших корабли и разрушавших крупные порты. Их приписывали гневу Нептуна, активности подводных чудовищ или связывали с коварными песнями сирен.
Источник фото: Instagram
В «просвещенном» XVIII веке их уже считали баснями невежественных моряков, и серьезно к сообщениям о возникших из ниоткуда «волнах-убийцах» не относились.
Волны-убийцы появляются в океане каждые 8-9 часов — ученые
В 1826 году ученое сообщество посмеялось над свидетельствами очевидцев, сообщивших о 25-метровой волне, замеченной в Атлантике около Бискайского залива. В 1840 году Французское географическое общество отказалось верить мореплавателю Дюмону д’Юрвиль, сообщившему о 35-метровой волне, якобы виденной им лично.
Информация об огромных волнах, возникших посреди океана, продолжала поступать, но до 1933 года ученые дружно отказывались верить в их существование.
В начале 30-х годов корабль ВМС США «Рамапо» попал в Тихом океане в шторм, и после семи суток безостановочной качки столкнулся с волной, сначала швырнувшей его в отвесную пропасть, а затем поднявшей почти вертикально вверх. Чудом выживший экипаж зафиксировал ее высоту — 34 метра. Двигалась волна со скоростью 23 м/сек или 85 км/ч. Кстати, она до сих пор является самой большой из зафиксированных «волн-убийц».
История лайнера «Королева Мария» легла в основу голливудского блокбастера «Посейдон». В 1942 году он перевозил из Нью-Йорка в Великобританию 16 тысяч американских солдат. Неожиданно корабль столкнулся с 28-метровой волной. Находившийся на борту «Королевы Марии» доктор Норвал Картер вспоминал, что верхняя палуба резко ушла вниз, и корабль накренился под углом 53 градуса.
«Если бы угол составил хотя бы на три градуса больше, гибель была бы неизбежной», — утверждал очевидец.
От последствий столкновения с 18-метровой волной в 1966 году в Атлантике пострадал лайнер «Микеланджело». Погибли три человека и более 50 были ранены, само судно получило серьезные повреждения.
В 1980 году гигантской волной был потоплен британских сухогруз «Дербишир». Погибли все, кто находился на борту, всего 44 человека. Обломки судна были найдены разбросанными в радиусе 1,5 километра только через 14 лет. Все это время считалось, что «Дербишир» погиб из-за недочетов конструкции судна. И только в 2001 году стало ясно, что его потопила аномально большая волна.
Платформа Дропнера. Источник фото: общественное достояние
Окончательно скепсис ученых испарился после происшествия 1995 года, когда на нефтяную платформу «Дропнер» у побережья Норвегии обрушилась волна высотой 25,6 метров. Сооружение почти не пострадало, но феномен получил название «волна Дропнера» и признание ученого сообщества.
Обрадовались этому факту и приверженцы мистического объяснения природы аварий и крушений, происходивших в Бермудском треугольнике. Они немедленно свалили на «волны-убийцы» все более или менее необъяснимые случаи затопления судов. И даже попытались связать их с крушениями самолетов, которые якобы «зацепили» какие-то уже запредельно огромные волны.
Ученые раскрыли тайну Бермудского треугольника
Впрочем, есть мнение, что жертвами бродячих волн вполне могли стать низколетящие самолеты и вертолеты, участвовавшие в военных морских операциях.
Как бы там ни было, в 2011 году исследователи взялись за эту проблему всерьез и создали проект MaxWave. К участию в нем было привлечено Европейское космическое агентство, чьи спутники без труда зафиксировали сразу десяток одиноких волн, высотой свыше 25 метров.
Ученым удалось выяснить об экстремально высоких волнах много интересного. В частности, они могут появляться даже при незначительном ветре. А даже 12-балльный ураган не может образовать волну более 20 метров.
В отличие от цунами, аномальные волны не связаны с подводными землетрясениями. Цунами приобретают огромную высоту только столкнувшись с побережьем, в открытом океане они мало заметны.
Кроме того, «волны-убийцы» характеризуются небывалой крутизной, перед ними всегда бывает глубокая впадина, «дыра в море». Моряки не раз рассказывали о быстро приближающейся отвесной водной стене.
«Эдмунд Фитцжеральд». Источник фото: общественное достояние
Любопытно отметить, что на появление «волн-убийц» никак не влияют водные пространства, которые они покрывают. Они встречаются не только в мировом океане, но и в озерах. В 1975 году в озере Супериор, расположенном на границе США и Канады погибло мощное судно «Эдмунд Фицжеральд» (длиной 222 метров). Местные жители рассказали, что уже много лет подряд раз в году на озере появляются три волны, «Три сестры», идущие одна за другой и все высотой около 25 метров. Погиб весь экипаж, 27 человек. Через полгода разломленное пополам судно было найдено на глубине 150 метров.
Прогноз неутешителен
Открытие российских ученых помогает понять природу зарождения «волн-убийц», но, к сожалению, не позволяет предсказать их появление.
«Если появление волн хаотично, то предсказать его невозможно. Надеюсь, со временем удастся выяснить закономерности их возникновения, более глубокий анализ может выявить в хаосе общие черты. Пока же это невозможно», — сообщила «360» океанолог, заведующая лабораторией физики моря в Институте океанологии им. П. П. Ширшова Ирина Чубаренко.
Она также предположила, что особенности Бермудского треугольника связаны не со сверхъестественными процессами, а со сложными метеоусловиями и сложной системой течений.
«В наше время больше людей плавает, больше событий происходит, если бы на земном шаре существовали действительно аномальные места, мы бы о них давно знали. Вряд ли она одна такая. Пока не обнаружено реальных физических доказательств того, что в Бермудском треугольнике что-то не так. Нет изменений уровня океана, магнитных аномалий, все эти тайны являются продолжением людских фантазий», — резюмировала океанолог.
Загадочная волна-убийца
В 19 веке начали появляться свидетельства очевидцев о таинственных огромных волнах в океане, появляющихся из ниоткуда. И это не совпадение – в 19 веке появились первые железные морские судна, которые, при счастливом стечении обстоятельств, могли пережить встречу с таинственной волной. До этого встреча с ней была фатальной – моряки уже никогда не возвращались на берег…
С развитием судостроения сообщения о загадочных волнах только участились, но почти никто не верил в рассказы очевидцев. Считалось, что волна высотой 10 метров в открытом океане – это достаточно редкое явление, а сообщения о волнах высотой 30 метров – что-то из разряда фантастики. Но корабли, казалось бы надежно защищенные от штормов, продолжали без следа пропадать в океанах по всему миру. Хорошо задокументированное событие произошло сравнительно недавно с грузовым судном МС Мюнхен.
Этот двухсотшестидесятиметровый корабль считался непотопляемым, в 1978 году он отправился в свой 62 рейс по привычному маршруту из Германии в США. Рейс проходил нормально, а потом несколько судов и радиостанции получили от Мюнхена сигнал бедствия.
После этого – полная тишина, корабль и экипаж в составе 28 человек просто исчезли. В поисковой операции принимали участия несколько стран, были задействованы десятки самолетов и сотни морских судов. В результате были найдены спасательные шлюпки, пару спасательных жилетов, аварийные буи и часть груза. Никакого корабля и людей не нашли, поэтому мы можем только догадываться о том, что произошло с МС Мюнхен. Но повреждения на одной из спасательных шлюпок и другие косвенные признаки говорили о том, что шлюпка, крепленная на высоте 20 метров над уровнем воды, была сорвана чудовищной силой.
«Плохая погода стала причиной необычного события» — к такому выводу пришел морской суд, но сейчас большинство исследователей считает, что это произошло из-за огромной, редкостной волны, возможно даже не одной.
Согласно одной из публикаций на эту тему, всего во второй половине 20 века эти же гигантские волны вероятно потопили 22 больших корабля и стали причиной больше 500 смертей. Хорошо известный случай о затонувшем при странных обстоятельствах огромного MV Derbyshire. Без вести пропали 44 человека.
Скепсис по отношению к огромным волнам продолжался, все изменилось в 1995 году, всего чуть больше 26 лет назад. Лазерные датчики на нефтяной платформе Дропнер зафиксировали волну высотой 25 метров, это почти в 3 раза выше, чем самые высокие волны в этом регионе.
Считалось, что это просто невозможно, это не укладывалось в математические модели того времени и не подтверждалось наблюдениями. Так как данные из подобных датчиков были очень надежные и ошибка исключалась, этим случаем заинтересовались ученые и начали искать способы объяснить как это возможно, наблюдения за океаном усилились и за короткое время данные спутников показали существование огромных волн высотой больше 25 метров. Эти волны действительно возникали как-бы из ниоткуда и быстро исчезали, интересным был так же тот факт, что очевидцы описывали эти волны как стену воды, то есть они были очень крутыми. Эти волны получили называние «Волн Убийц», хотя название очень отличается в различных языках Как оказалось позже, существуют даже супер волны-убийцы, их высота превышает в 5 раз окружающие волны, они могут быть высотой больше 30 метров, можно так же встретить информацию о волнах высотой больше 40 метров, но источники мне показались ненадежными.
Вот гифка, показывающая данные наблюдений за волнами на воде, там где области смещаются в сторону красного цвета, там бушуют штормы, высота волн там может достигать 11 метров.
Стоит сказать, что существуют такие понятия, как столетняя волна, тысячелетняя волна, десяти тысячи летняя волна, это как бы необычное редкое отклонение от среднего значения, например раз в 10 тысяч лет может появиться волна высотой около 20 метров, это берут во внимание проектируя корабли, порты и нефтяные вышки. Но регулярные появления волн высотой больше 20 метров, а иногда даже больше 30 метров… как? Что за сила создает их, откуда такая энергия? Я бы могла сказать «Наука не может объяснить», но эти слова обычно используют для кликбейта и на самом деле это означает «наука имеет предположения, гипотезы, но общепринятого мнения и однозначного ответа нет». Кратко расскажу об основных двух гипотезах.
В общем самое простое объяснение – это интерференция, суперпозиция разных волн, ну или в более привычном смысле – наложение волн. Несколько различных волн с разной длиной волны и амплитудой накладываются одна на другую и создают в некоторых местах одну большую волну.
Тут очень много дополнительных параметров учитывается, например не просто синусоидальная форма волн, а крутые гребни и впадины, течения, ветер, разность температур и так далее, но суть в двух словах можно передать как наложение различных волн в некоторых условиях.
Другое объяснение пришло из квантовой механики, образование волн с необычно большой амплитудой описывает одно из модификаций Уравнения Шредингера, которое используется в оптике и физике плазмы.
Решение обычного уравнения Шредингера – это волновая функция, тут так же, только имеет немножко более сложный вид и тоже в комплексную форму, называется «Солитон Перегрина», графически выглядит примерно вот так:
Обычная волна, как можно часто заметить, она очень нестабильна, когда она набирает высоту, то гребень начинает закручиваться и волна обрушивается. А Солитон – это одиночная волна, которая сохраняет свою форму более длительное время, вот например нервные импульсы можно рассматривать как солитоны, но вообще солитон Перегрина применяется для описаний солитонов в оптике и физике плазмы. Как оказалось, это все можно применить и к гравитационным волнам, гравитационные волны – это волны на воде, не следует путать и другими гравитационными волнами в пространстве и времени, которые следуют из общей теории относительности.
В итоге ученым удалось смоделировать волну убийцу на воде в бассейне на фото:
Это не единственная модель, но одна из, тут теория вполне согласуется с практикой. В чем суть в двух словах: тут происходит не интерференция, а как бы всасывание соседних волн в одну большую, стабильную волну, в океане это может происходить вполне регулярно, все условия позволяют.
Что забавно – такими волнами в моделях могут быть не только гребни, но и впадины – и это подтверждается очевидцами волн убийц в океанах. Но скорее всего волны убийцы не описываются только каким-то одним процессом и возникают в следствии различных причин.
Наверное стоит вспомнить о цунами, почему не берут во внимание процесс, который отвечает за формирование цунами. Тут все просто – цунами в открытом океане почти незаметна, она увеличивается в высоту при приближении к берегу, ну, если это не цунами вызванное падением огромного астероида. На ютубе много видео о волнах убийцах, но почти на всех таких видео нет никаких волн убийц, а просто автор решил написать ошибочное название сам того не осознавая, вот одно из редких видео, на котором был заснят момент столкновения с волной убийцей, правда не очень большой, но как и все видео о необычных явлениях, снято на кирпич:
Реальных фото волн убийц тоже очень мало, в основном используют фотошоп для того, чтобы впечатлить людей, но на самом деле волны в море, даже самые большие, не выглядят так впечатляюще, как в фильмах. На реальных фото просто трудно с чем-то сравнить их размер. Вот фото, которое я использовала для превью, вообще не впечатляет, я не знаю какая высота этой волны, наверное где-то около 20 метров, найти оценку ее высоты в оригинальных источниках не удалось.
Но на самом деле эта тема интересна даже не из-за самих волн-убийц, а из-за универсальности волновых феноменов, ведь волны убийцы появляются не только на воде, но и в других системах, где есть волны различной природы, в оптических средах, плазме и даже экономике.
Как известно, многие физики специализирующиеся на дифференциальном исчислении уходят в область экономики, финансов, там просто больше платят, на каком-нибудь Волл Стрит, они применяют физику и математику для анализа ситуаций на рынке финансов, там очень сложные формулы, но иногда удается найти закономерности и предсказать поведение инвесторов например, ну наверное самый известный для широких масс инструмент при анализе бирж – это уровни Фибоначчи, это что-то из той же серии, только более продвинутое.
Есть даже такой термин – Эконофизика, и волновые процессы играют там не последнюю роль.
Волны-убийцы
На протяжении более чем тысячелетней истории мореплавания люди старались совладать с опасностями водной стихии. Появились лоции, указывающие безопасные маршруты. Синоптики заранее предупреждают об изменении погоды. Спутники отслеживают айсберги и прочие опасности, а корабли становятся все совершеннее. Однако по сей день неясно, как уберечься от гигантских волн-убийц, которые возникают будто из ниоткуда, зачастую безо всяких видимых причин.
Следует сразу отметить, что 30-метровые волны-убийцы не имеют ничего общего с описанными ранее волнами цунами, кроме, разумеется, размеров. К тому же последние абсолютно безопасны в открытом море, в то время как волны-убийцы возникают именно там при вполне нормальной погоде, слабом ветре и малом волнении. Такая волна способна играючи утопить даже самый современный корабль.
Многие ученые-океанологи до недавнего времени были склонны отрицать существование гигантских волн в открытом океане, считая, что перепуганные очевидцы не могут оценить реальные размеры волны. Причем не только в силу того, что у страха глаза велики. Из-за ощутимой впадины, которая всегда возникает перед волной, а также за счет того, что судно располагается под наклоном к горизонту в момент наблюдения, возникает иллюзия восприятия. Волна может казаться значительно больше, чем есть на самом деле. Выжившие очевидцы описывают волну именно так — как приближающуюся стену воды колоссальной высоты.
Волны-убийцы — абсолютная реальность
Еще 20 лет назад существование волн-убийц считалось одним из расхожих мифов, выдуманных древними мореплавателями, которые рассказывали о роковых (в большинстве случаев) встречах с пресловутым девятым валом. Ведь согласно современным теориям волнообразования волны выше 20,7 м в открытом океане существовать, в принципе, не могут, даже при сильнейшем шторме. Что уж говорить об их появлении при тихой погоде. От этого и вовсе веяло мистикой.
Кроме того, ученые рассчитали, что вероятность появления волн-гигантов крайне мала. Соответственно, ничтожны и шансы судов встретиться с такой волной на бескрайних просторах Мирового океана. Однако свидетельства о загадочных волнах-монстрах продолжали поступать, подкрепленные характерными повреждениями кораблей, показаниями локаторов и даже уникальными фотографиями.
Вскоре ученые смогли окончательно убедиться в существовании волн-убийц и в том, что рассказы об их колоссальных размерах — вовсе не фантазии незадачливых мореходов.
Изучив архивные документы, они убедились в том, что в период с 1968 по 1994 г. волны-монстры погубили 22 супертанкера. А ведь справиться с каждым таким судном ой как непросто!
В 2000 г. ESA (Европейское космическое агентство) инициировало проект исследования волн-убийц, получивший название Max Wave («Максимальная волна»).
Уже в первые три недели мониторинга поверхности Мирового океана при помощи радарных спутников ERS-1 и ERS-2 исследователи зафиксировали на планете около десяти одиночных супер-волн с высотой, превышающей 25 м. Это вынудило научную общественность взглянуть на проблему совсем иными глазами. Аналогичный проект в Соединенных Штатах запустило Управление морских исследований, занявшись систематическими наблюдениями и обработкой полученных при помощи спутников, авиации и радаров данных.
Еще один новый проект, называющийся Wave Atlas («Атлас волн»), поставил своей целью составление полноценного всемирного атласа наблюдений за волнами-убийцами, а также статистическую обработку поступающей информации.
К слову, в дополнение к первым полученным спутниками данным анализ радарных установок нефтяной платформы «Гома», расположенной в Северном море, засвидетельствовал, что они за 12 лет наблюдений на доступной сканированию территории зафиксировали 466 волн-убийц. И это в то время, когда устаревшие теории волнообразования утверждали, что появление гигантских волн в регионе возможно не чаще чем раз в 10 тыс. лет.
Откуда берутся опасные волны
До недавнего времени ученые-океанографы полагали, что аномальные волны образуются в результате хорошо изученных линейных процессов. Такие волны являются продуктом интерференции, когда малые волны «складываются», объединяясь в одну большую.
В отдельных случаях, вероятно, так и случается. Подтверждение тому — ситуация у мыса Игольный, южной оконечности Африканского континента, где гигантские волны регулярно «нападают» на огибающие мыс корабли.
Здесь проходит условная граница между Атлантическим и Индийским океанами, и аномальные волны, как считают ученые, образуются при столкновении ветров, дующих с юга, с быстрым Агульясовым течением. Скорость потоков воды замедляется, а волны громоздятся друг на друга, образуя сверхвысокие валы.
Суперволны нередко встречаются и в течении Куросио южнее берегов Японии, и в Гольфстриме, и в пользующихся крайне мрачной славой водах вблизи мыса Горн. Там ситуация весьма схожа — быстрые течения схлестываются с противодействующими ветрами.
Интерференционные максимумы могут возникать при огибании волнами естественных препятствий, таких как острова, рифы, отмели. К примеру, пройдя вокруг острова, они встречаются с противоположной его стороны, накладываясь друг на друга.
Правда, механизм интерференции сложновато применить ко всем волнам-убийцам. Так, он абсолютно не пригоден в случае Северного моря, где быстрых течений нет и в помине.
Еще одной причиной возникновения аномальных волн считают крупномасштабные атмосферные возмущения — циклоны и антициклоны. Они приводят к понижениям или повышениям уровня поверхности океана в областях высокого и низкого давления.
В случаях, когда давление падает на десятки миллиметров (к примеру, при прохождении тайфунов), на поверхности океана образуются возвышения многометровой высоты. Перепады давления порождают и мощные резонансные явления, что также может стать причиной возникновения гигантских волн.
Причиной возникновения аномальных одиночных волн может стать также расширение зоны высокого давления — движение с определенной скоростью атмосферного фронта высокого давления по направлению зон низкого давления.
Следующая причина возникновения волн-убийц — быстрые волны, нагоняющие и поглощающие более медленные. Вероятно, до гигантских размеров могут вырасти также волны, движущиеся со скоростью распространения области пониженного давления, или волны, которые движутся против мощного течения.
Некоторые океанологи считают, что ветер, дующий в неизменном направлении более 12 часов подряд, также может сформировать огромные одиночные волны-монстры.
Классификация волн-убийц
Национальное управление океанических и атмосферных исследований Соединенных Штатов (NOAA) делит волны-убийцы на рассеивающиеся и нерассеивающиеся. Последние могут проходить в океане довольно большие расстояния: от 5 до 10 миль. В этом случае можно заметить волну заранее и попытаться уклониться от встречи с ней. А вот рассеивающиеся волны появляются буквально из ниоткуда, обрушиваются на судно и так же бесследно исчезают. Такие непредсказуемые волны-убийцы смертельно опасны.
Кроме того, подобные волны классифицируют как гребни либо как впадины. По внешнему виду гребневые волны делят на три основных типа: одиночная волна («одиночная башня»), группа из трех волн («три сестры»), а также волна «белая стена». Впадины многие моряки называют дырой в море.
География распространения аномальных одиночных волн
Как уже отмечалось, встречаются волны-убийцы на стыке Индийского и Атлантического океанов — у мыса Доброй Надежды, а также у мыса Игольный. Недаром моряки называют такие волны кейпроллерами (от англ. саре — мыс и roller — вал, мощная волна). Кейпроллеры образуются не только у южной оконечности Африканского континента, но и в районе Ньюфаундлендской банки (банка — возвышенный участок морского дна), у мыса Горн, у Бермудских островов, на периферии норвежского шельфа, в Индийском океане и даже у берегов Греции.
Аномальные волны встречаются в Куросио, Гольфстриме и других крупных океанских течениях.