Общество

Геофизик нижегородского ИПФ РАН Екатерина Диденкулова получила премию за развитие теории волн-убийц: как ее исследования помогут спасти жизни

Нижний Новгород. 27 марта. НТА-Приволжье – Нижегородский ученый из ИПФ РАН Екатерина Диденкулова получила премию за развитие теории волн-убийц.

Как сообщили "НТА-Приволжье" в пресс-службе института, научная сотрудница из сектора моделирования экстремальных волновых явлений в океане ИПФ РАН Екатерина Диденкулова получила премию для молодых учёных отделения "Нелинейные процессы в геофизике" Европейского союза наук о Земле.

Награда присуждена за развитие теории нелинейных волн в геофизике. В частности, за исследование экстремальных волн, которые также называют волнами-убийцами. Мы решили побеседовать с ученой для того, чтобы разобраться, почему этого явления действительно стоит опасаться, а нижегородкой стоит гордиться.

Екатерина, расскажите, пожалуйста, немного о премии. Почему Вы решили подать заявку и как Вам удалось ее получить?

Европейский геофизический союз - некоммерческое междисциплинарное научное общество, объединяющее профессионалов в области наук о Земле. В рамках Генеральной Ассамблеи, ежегодно проходящей в Вене и принимающей более 15 тыс участников со всего мира, союз присуждает ряд медалей и других наград за выдающиеся научные достижения в области наук о Земле.

К ним относится и премия для молодых учёных отделения "Нелинейные процессы в геофизике" Европейского Геофизического Союза, которой я была удостоена в этом году. В Генеральной Ассамблее я участвую уже несколько лет, и в нынешнем году решила, что мною получено уже достаточно важных научных результатов, чтобы можно было участвовать в конкурсе на премию. Комплект документов рассматривается независимыми рецензентами и президентом отделения, в которое направляется заявка. В моём случае — это отделение "Нелинейные процессы в геофизике". По условиям, в результате выбора экспертов из всех участников побеждает сильнейший.

Расскажите, поподробнее об области своих научных интересов. Простого обывателя могут ввести в недоумение столь страшные названия.

Область моих научных интересов связана с проблемой так называемых "волн-убийц" – аномально больших волн в океане, внезапно возникающих и наносящих большой ущерб судам и морским сооружениям. Раньше эти волны считались выдумками моряков и относились к морскому фольклору. Но с конца 90-х начали появляться натурные записи этих волн, полученные с буев, нефтяных платформ и даже со спутников, поэтому их существование перестало вызывать сомнение.

В связи с этим произошел "бум" исследований этого явления: создавались физико-математические модели, проводились эксперименты в лотках, велись натурные измерения. Были определены даже некоторые механизмы их образования и характерные параметры. Но самым главным остается вопрос прогноза, который до сих пор в какой-то степени остается открытым. Вся сложность заключается в том, что для этих аномальных волн характерно малое время жизни и большие амплитуды по сравнению с окружающими волнами. Они внезапно возникают, зачастую без видимых причин, и так же бесследно исчезают. Поэтому, находясь, например, на корабле, практически невозможно предсказать, где возникнет такая волна. В связи с этим прогностический подход, в первую очередь, связан с определением морских условий, при которых наиболее вероятно возникновение аномально большой волны: специфический рельеф дна, столкновение течений с волнами зыби, взаимодействие с берегом. То есть выделяются конкретные акватории, где образование волн-убийц особенно велико. Делается это для того, чтобы суда обходили их стороной. Выделяются и береговые участки, где людей предупреждают о риске погибнуть от аномально большой волны.

Какие конкретно исследования Вы проводите и какое выражение они смогут найти в реальном повседневном мире?

Я занимаюсь изучением недавно открытого механизма образования волн-убийц – нелинейного взаимодействия солитонов (от английского solitary wave – уединенная волна) в солитонной турбулентности (ансамбль солитонов со случайными параметрами). Свойство солитонов взаимодействовать упруго друг с другом порождает очевидную ассоциацию с газом упруго сталкивающихся частиц. Всем известно, что волны, проходя большое расстояние, затухают и искажаются. Например, если дернуть струну гитары, через какое-то время она перестанет колебаться. А солитоны – это особый класс волн, которые способны проходить большие расстояния без значительного изменения своей формы и энергии.

Нами было проведено статистическое описание солитонных ансамблей в рамках различных моделей, а также исследован эффект возникновения волн-убийц в таких волновых полях. Эти задачи важны, в первую очередь, для нелинейной оптики в связи с возможностью пробоя оптоволоконных линий связи, использующих оптические солитоны для кодирования информации: их интерференция может приводить к образованию аномального импульса.

В гидродинамике вопрос солитонной турбулентности не менее актуален. Особенно часто солитоны наблюдаются в прибрежной зоне моря и при вхождении приливной волны в устье реки. Такие волны, кстати, очень привлекательны для серферов. Поэтому пренебрегать исследованиями образования аномально больших волн в данных системах недопустимо.

Расскажите подробнее о теории нелинейных волн в геофизике. Как ее понять простому человеку?

Геофизика - комплекс наук, исследующих процессы в Земле (сейсмология) и её оболочках (гидросфера, атмосфера, ближний космос) физическими методами. Волны распространяющиеся в геосреде, окружают нас повсюду: свет, звук, тепло, радиоволны (Wi-Fi, спутниковое телевидение, телефонная связь). Другие очевидные примеры – молнии в атмосфере, океанические волны. Нет смысла объяснять, какую важную роль играют волновые процессы в нашей жизни. Волны могут быть разных амплитуд. Преимущества слабых заключается в том, что, изучив одну, мы изучаем большой класс волн. Например, тихий или громкий звук: мы крутим регулятор громкости, и сигнал возрастает, но остается таким же. Это линейные волны. Их можно складывать и легко рассчитывать. Нелинейные же волны намного сложнее, они могут качественно меняться. Например, если бы мы крутили регулятор громкости, а вдруг вместо звука получили удар. На воде две маленькие линейные волны складываются, и профиль воды останется гладким. А в случае сложения больших нелинейных волн происходит обрушение волны. Изучаемые нами волны-убийцы как раз относятся к сильно нелинейному явлению.

Вы получили такую серьезную награду. Каковы Ваши дальнейшие научные планы?

Есть еще один класс волн, похожих на солитоны, - бризеры (осциллирующие волновые пакеты). Они также сохраняют свою энергию при распространении, но являются более сложными структурами, так как описываются большим числом независимых параметров. Такие волны часто наблюдаются на записях внутренних волн в толще океанов и могут влиять на гидрологические режимы в шельфовой зоне океанов и морей. Мои дальнейшие научные планы связаны с изучением динамики ансамблей бризеров с приложением к проблеме волн-убийц.

Наталья Цуканова