Ураганчик: Буря в стакане
Ученые уже не первый год используют тонкие мыльные пленки для моделирования некоторых атмосферных явлений: дело в том, что и те, и другие настолько тонки в сравнении со своими размерами, что в ряде случаев ведут себя, почти как двухмерные структуры. Сравните: на Земле достаточно подняться на сотню километров вверх, чтобы оказаться уже в космосе, а если ехать в любую сторону из Москвы, то не всегда можно выехать даже за пределы области! Разница между размером атмосферы и ее толщиной составляет два порядка.
Турбулентные завихрения на плоской мыльной пленке тоже очень похожи на ураганы в земной атмосфере: они нередко образуют парные завихрения, вращающиеся в разных направлениях. Но в отличие от земной атмосферы, одинарные «ураганы» на ней не формируются. Поэтому для изучения этих процессов французские ученые во главе с Хамидом Келлаем (Hamid Kellay) сделали «мыльную модель» более реалистичной: взяв трубочку, они очень аккуратно выдули мыльную полусферу, которая покоится на окружности около 10 см диаметром.
Снизу эта полусфера слегка подогревалась, создавая прекрасную модель планетарной атмосферы. Более теплые мыльные потоки подымались к «полюсам», а на «высоких широтах» понемногу остывали. Благодаря едва измеримым перепадам толщины мыльной пленки она отражает свет под разными углами; эти волны интерферируют и создают радужные переливы, знакомые всем с детства. Это позволило ученым снять все происходящее на видео и легко проследить зарождение и весь жизненный цикл мыльных «ураганчиков».
И прежде всего они заметили, что в их модели (в отличие от плоских мыльных пленок) образуются вполне знакомые изолированные вихри «ураганчиков». По мнению Хамида Келлая, в плоской мыльной пленке течению турбулентных потоков мешают стенки, нарушающие процессы формирования таких объектов. Но на мыльной полусфере ученые наблюдали постепенное движение теплых течений с «экватора», которое иногда приводило к появлению «штормов», эпицентры которых двигались по случайной траектории со скоростью около 1 см/с.
Казалось бы, такие процессы имеют слишком мало общего с реальными ураганами в атмосфере, движение которых обусловлено рядом факторов, отсутствующих в мыльных пузырьках (к примеру, связанной с вращением планеты силой Кориолиса). Но даже траектория настоящих ураганов включает в себя массу случайностей, статистические свойства которых аналогичны этим мыльным «ураганчикам». Теперь ученые намерены заняться их детальным изучением, а также оценить их взаимодействия с окружающими мыльными течениями — по их мнению, эти взаимодействия также весьма сходны с тем, что творится в атмосфере во время колоссальных штормов.
Читайте также о колоссальном урагане Умберто («Стихия воздуха») и о том, как встретились два урагана на Юпитере («Ближе некуда»). Мы также рассказывали о технологиях, которые стоят за ежедневными — казалось бы, рутинными — сводками погоды: «Служение стихиям не терпит суеты».
По информации New Scientist Space