Wyjątkowe fale optyczne odkrywają istotę monstrualnych fal oceanicznych

Ogromne fale na środku oceanu często pojawiają się znikąd i szybko znikają, ale w w trakcie swojego krótkich życia, mogą wytworzyć ściany wody od 15 do 30 metrów, upadające w dół z wystarczającą siłą, aby zatopić nawet największe statki. Chociaż takie fale powstają rzadko, to kiedy wystąpią często atakują marynarzy statków z zaskoczenia, ponieważ ich powstawanie nie jest jeszcze dobrze rozumiane, a więc są one trudne do wykrycia z wyprzedzeniem.

Ponieważ tropienie prawdziwych fal wyjątkowych w celu ich zbadania byłoby raczej trudne i niebezpieczne, badacze wymyślili inny sposób tworząc na małą skalę optyczną wersję fal w laboratorium. Ich powstawaniem rządzą podobne mechanizmy natury, jak w przypadku powstawania fal wodnych. W ciągu ostatnich kilku lat naukowcy zdali sobie przy okazji sprawę że wyjątkowe fale optyczne tworzą się czasem w światłowodach i innych systemach optycznych.

Teraz zespół naukowców Christophera J. Gibsona, Alison M. Yao i Gian-Luca Oppo z Uniwersytetu Strathclyde w Glasgow, Szkocja, zaproponował nowy sposób wytwarzania optycznych fala wyjątkowych w dwuwymiarowej przestrzeni. Ich prace zostały opublikowane w ostatnim numerze Physical Review Letters.
„Poprzez zrozumienie mechanizmu generowania fal wyjątkowych, możemy opracować metody wykrywania ich prekursorów, w naszym przypadku tzw. kolizji multi-wirowych” powiedział Oppo. „Wiedząc, gdzie istnieje duże prawdopodobieństwo wystąpienia fali wyjątkowej,  statki mogłyby zmienić kurs, aby uniknąć potencjalnie katastrofalnych zdarzeń.”
W proponowanym mechanizmie powstawania, optyczna fala wyjątkowa może się tworzyć w wyniku sekwencji zdarzeń, które zaczynają  się od małej niestabilności w regularnej fali. Ta niestabilność pierwsza prowadzi do destabilizacji fazy (kształty fal zaczynają się zmieniać), co z kolei prowadzi do niestabilności amplitudy (zmienia się wysokość fali), co ostatecznie prowadzi do utworzenia wiru. Jeśli powstanie wystarczająca ilość wirów, to mogą wystąpić kolizje między nimi a te powodują powstanie krótkotrwałych bardzo wysokich fal, które są optyczną wersją fal wyjątkowych.

„Możemy sobie to wyobrażać jak wiry kanalizują energię  i w jednym miejscu tworząc wąski pik o dużym natężeniu światłą”, powiedział Gibson.
Jak wykazali naukowcy, te piki światła mogą być do 27 razy wyższe niż średnia wahań. W oceanografii, fale ze szczytów 8 razy większe niż średnia fali są już uważane za bardzo niebezpieczne.

opticalrogue

Pik przekraczający 27 razy średnią fluktuację. Gibson, et al. ©2016 American Physical Society.
Naukowców wykazało również, że nowy mechanizm formowania fal powinny być widoczne w różnych typach układów, w tym laserach półprzewodnikowych, ciekłych kryształach i reakcjach chemicznych.

W przyszłości, badając ten mechanizm w laboratorium możemy doprowadzić do lepszego zrozumienia oceanicznych fal wyjątkowych, a w ostateczność znaleźć sposób aby ostrzegać marynarzy przed tymi rzadkimi, ale śmiertelnymi spotkaniami.

Więcej o symulacjach monstrualnych fal oceanicznych

Udostępnij
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  

Dodaj komentarz