Šimtmečius jūreiviai grįždavo į uostus su istorijomis apie vandens sienas, staiga iškilusias ramioje jūroje. Krante jų klausydavosi su šypsena: atrodė, kad banga, du kartus aukštesnė už aplinkines, prieštarauja sveikam protui. Paaiškėjo, kad jūreiviai neperdėjo.
Banga, kuri pakeitė požiūrį
Lūžis įvyko 1995 m. Šiaurės jūroje. Norvegijos naftos platformą „Draupner“ pasiekė apie 26 metrų aukščio banga. Šį kartą ją užfiksavo prietaisai. Tai buvo pirmasis tikslus mokslinis įrodymas, kad tokios bangos iš tikrųjų egzistuoja.
Bangos milžinės (angl. rogue waves) apibrėžiamos paprastai: jos yra bent du kartus aukštesnės už aplinkines bangas. Pačios didžiausios gali viršyti 20 metrų – tai maždaug septynių aukštų namo aukštis.
Kodėl tiek ilgai nebuvo įrodymų? Atsakymas paprastas: vandenynas didžiulis, o matavimo prietaisų jame visada buvo mažai. Laivas, kurį pasiekia tokia banga, dažniausiai turi kitų rūpesčių nei matuoti jos aukštį. O jei laivas nuskęsta, dažnai nebelieka ir liudininkų. Todėl ilgą laiką buvo tik pasakojimai – ir beveik jokių skaičių.
Klasikinė bangų teorija taip pat neragino jais tikėti. Pagal paprastus statistinius modelius tokio aukščio bangos turėjo būti itin retos – tiek retos, kad konkretus laivas su jomis galėtų susidurti nebent kartą per labai ilgą laiką. Inžinieriai, projektuodami laivus ir platformas, rėmėsi būtent tokiais skaičiavimais.
Po „Draupner“ bangos mokslininkai nebeabejojo jų egzistavimu, tačiau liko kitas klausimas: kodėl jos atsiranda ir ar įmanoma jas numatyti?
Milijardas bangų ir viena formulė
2023 m. žurnale PNAS paskelbtas tyrimas pateikė svarbų atsakymą. Jį atliko Kopenhagos universiteto Nielso Bohro instituto doktorantas Dionas Häfneris, jo vadovas profesorius Markusas Jochumas ir Viktorijos universiteto (Kanada) mokslininkas Johannesas Gemmrichas.
Jie panaudojo plūdurų duomenis iš 158 vietų prie JAV krantų ir jos užjūrio teritorijų. Plūdurai bangas matavo ištisą parą. Iš viso surinkta daugiau nei milijardas bangų, arba maždaug 700 metų bangų aukščio ir jūros būklės duomenų. Juose tyrėjai rado apie 100 000 bangų milžinių.
Tokį kiekį analizuoti rankiniu būdu neįmanoma, todėl komanda pasitelkė dirbtinį intelektą. Tačiau ne įprastą „juodąją dėžę“. Pirmiausia neuroniniai tinklai mokėsi atpažinti, kada bangos milžinės tikimybė didesnė. Tada vadinamoji simbolinė regresija išgrynino žinias į paprastą matematinę lygtį, kurią žmogus gali perskaityti ir patikrinti.
Jochumas šį darbą palygino su tuo, kaip Johannesas Kepleris iš Tycho Brahe stebėjimų išvedė planetų judėjimo dėsnius. Duomenų buvo daug, o rezultatas – aiški taisyklė.
Kas iš tikrųjų sukuria bangą milžinę
Svarbiausias veiksnys pasirodė esąs reiškinys, žinomas jau nuo XVIII amžiaus – tiesinė superpozicija. Paprasčiau tariant, susikerta dvi bangų sistemos, atkeliavusios iš skirtingų krypčių. Kai jų keteros trumpam sutampa, aukščiai susideda, ir susidaro banga, gerokai aukštesnė už bet kurią atskirą.
Šį reiškinį galima pamatyti ir namuose. Į vonią su vandeniu vienu metu įmeskite du daiktus skirtinguose galuose. Ten, kur susitinka abiejų ratilų keteros, vanduo trumpam pakyla aukščiau nei bet kuris atskiras ratilas. Vandenyne principas tas pats, tik mastas kitas: susitinka ne ratilai, o šimtus kilometrų nukeliavusios bangų sistemos.
Tai paneigė anksčiau populiarų aiškinimą, kad banga milžinė dažniausiai susidaro, kai viena banga „pasiglemžia“ kitos energiją ir išauga. Toks mechanizmas egzistuoja, tačiau duomenys rodo, kad jis nėra pagrindinis.
Kita išvada nuskambėjo dar netikėčiau. Gemmrichas pabrėžė, kad nenormaliai aukštos bangos atsiranda nuolat. Pagal surinktus duomenis, bet kurioje atsitiktinėje vandenyno vietoje vidutiniškai susidaro maždaug viena banga milžinė per dieną. Žinoma, dauguma jų nėra 20 metrų pabaisos – tai tiesiog bangos, gerokai aukštesnės už aplinkines.
Ką tai reiškia jums
Pasaulio vandenynuose bet kuriuo metu plaukioja apie 50 000 krovininių laivų. Jie gabena didelę dalį prekių, kurias perkame parduotuvėse – nuo elektronikos iki kavos. Tyrėjų algoritmas ir duomenys paskelbti viešai. Laivybos bendrovės ir meteorologijos tarnybos gali juos naudoti vertindamos, kuriuose maršrutuose bangų milžinių tikimybė didesnė, ir rinktis saugesnius kelius.
Jei plaukiate keltu per Baltijos jūrą ar keliaujate kruiziniu laivu, nereikia baimintis. Didelius laivus projektuoja atsižvelgdami į audras, o pavojingiausios bangos milžinės yra retos. Tačiau pliaže ar ant molo verta atminti paprastą taisyklę: banga gali būti gerokai aukštesnė, nei rodė kelios ankstesnės. Todėl neikite prie pat vandens audros metu ir niekada nestovėkite atsukę nugarą jūrai.
O jūreivių pasakojimai – geras priminimas, kad kartais pasakojimas iš lūpų į lūpas yra tiesiog duomenys, kurių dar niekas nespėjo išmatuoti.
