«Это огромные волны, которые могут нанести серьезный ущерб кораблям или инфраструктуре, но они не совсем понятны», – сказал Ник Мур, доцент математики в штате Флорида и автор нового исследования волн-изгоев.
Исследование опубликовано в журнале Physical Review Fluids, Rapid Communication.
Когда-то считавшиеся мифом, эти волны ставили научное сообщество в тупик на несколько десятилетий.
На протяжении многих лет исследователи со всего мира изучили ряд различных факторов, которые, по их мнению, могут способствовать возникновению этих волн, включая морское дно, возбуждение ветра и явление под названием Бенджамина-Фейра, когда отклонения от периодической формы волны усиливаются нелинейностью.
Большинство исследований, посвященных морскому дну, рассматривали только пологие склоны, а несколько исследований, которые довели склоны до более экстремальных значений, основывались в первую очередь на компьютерном моделировании.
«Реальные данные, которые можно получить в результате лабораторных экспериментов, где можно тщательно контролировать различные факторы, были относительно недостаточно представлены», – сказал Мур. "Часто вам нужны эти реальные данные, чтобы увидеть, дают ли компьютерные симуляции какие-либо разумные прогнозы."
Лабораторные эксперименты Мура были первыми, кто изучил влияние резких колебаний морского дна на волновую статистику.
Вместе с директором Института геофизической гидродинамики бывшего СССР Кевином Спиром и бывшим студентом бывшего СССР Тайлером Боллесом Мур создал длинную камеру с переменным дном. Используя двигатель для генерации рандомизированных волн, исследовательская группа отследила тысячи волн, чтобы увидеть, появились ли какие-либо закономерности.
После того, как волны прошли несколько футов постоянной глубины, они натолкнулись на ступеньку на дне резервуара, которая представляла резкое изменение морского дна. Мур и его коллеги обнаружили, что первоначально волны казались нормальными, следуя традиционной колоколообразной кривой. Но когда они переступили ступеньку, структура волн существенно изменилась.
Измененные волны следовали так называемому гамма-распределению, математической функции, описывающей определенные закономерности, которые определенным образом игнорируют кривую колокола.
«Удивительно, насколько хорошо гамма-распределение описывает волны, измеренные в наших экспериментах», – сказал Мур. "Как математик, это кричит мне, что есть что-то фундаментальное, что нужно понять."
Эксперименты и появление этого гамма-распределения стимулировали новые исследования происхождения волн-убийц.
«Сначала мы должны понять их на фундаментальном уровне, разработав новую математику», – сказал Мур. "Следующим шагом будет использование этой новой математики, чтобы попытаться предсказать, где и когда произойдут эти экстремальные события."
Это исследование финансировалось Национальным научным фондом и Фондом Саймонса.