Ученые создали оптическую модель океанских волн-убийц

Американские ученые промоделировали загадочные океанские "волны-убийцы", которые были признаны наукой сравнительно недавно, при помощи оптоволокна, сообщает журнал Nature.
Волны-убийцы (блуждающие волны, rogue waves, freak waves) - аномально высокие волны, возникающие "ниоткуда": на сравнительно гладкой морской поверхности неожиданно появляется огромная волна высотой 20-30 метров, похожая на движущуюся водяную стену. Волны-убийцы принципиально отличаются от цунами тем, что цунами вызываются сейсмическими явлениями, тогда как волны-убийцы возникают сами по себе. Кроме того, цунами могут достигать подобной высоты лишь на мелководье, а волны-убийцы появляются на любых глубинах.

Долгое время волны-убийцы считались морским мифом, однако в девяностых годах двадцатого века они были зафиксированы документально. В 1993 году была сделана фотография такой волны в Бискайском заливе, в 1995 - описано повреждение нефтяной платформы в Северном море. Дальнейшие случаи столкновения судов с этим явлением, фотографии, а также наблюдения со спутников убедительно показали, что волны-убийцы действительно встречаются и представляют серьезную угрозу для кораблей и морских сооружений.

Теории волнообразования не отрицают возможность случайного возникновения таких волн, однако чем больше волна, тем меньше вероятность, что она возникнет. Для волн-убийц вероятность случайного возникновения настолько мала, что они могли бы появляться раз в сотни лет. Это значит, что никто никогда, скорей всего, их бы не увидел. Между тем опыт моряков и спутниковые наблюдения показывают, что волны встречаются не так уж редко: по некоторым данным, раз в два дня.

Многие специалисты стремятся понять, каким образом возникают волны-убийцы, и научиться предсказывать их появление. Калифорнийские ученые решили промоделировать океанские волны волнами оптическими.

Исследователи подавали на вход нелинейной среды из оптоволокна световой сигнал. Сам сигнал имел фиксированную частоту (был чистым), однако к нему была добавлена небольшая примесь шума: "размытого" сигнала, состоящего из волн различных частот. Нелинейность волокна означает, что сигнал поведет себя плохо предсказуемым образом и неизвестно, каким он станет на выходе: простой зависимости от его параметров на входе не существует.

В нелинейной среде сигнал с примесью шума терял свою четкость и весь превращался в хаотический сигнал из волн различных частот. Однако на некоторых частотах возникали неожиданно четкие и яркие пики с интенсивностью даже большей, чем у изначального сигнала - аналог волн-убийц (волн с большой амплитудой). Грубо говоря, эксперимент сводился к следующему: волна с заданными параметрами попадала в сложную среду и вызывала в ней множество беспорядочных слабых волн с разными параметрами. В некоторых местах, однако, возникали отдельные четкие необычно большие волны.

Откуда они взялись, тоже не очень понятно. Строго говоря, неочевидно, что механизм образования у оптических и водяных волн один и тот же. Исследователи, однако, надеются, что это именно так: условия эксперимента похожи на условия в море: волны, нелинейность и шум. Возможно, удастся разработать общую математическую модель возникновения таких волн.