Прогноз типового цунамі
Швидкість сейсмічних хвиль — кілька кілометрів на секунду, набагато більша за швидкість поширення цунамі. Хоча вона теж велика. Формула Лагранжа С = gH, де Н - глибина, а g - прискорення вільного падіння, що непогано описує швидкість цунамі, дає для Тихого океану із середньою глибиною 4 км величину 700 км/год. Часу для роздумів залишається зовсім небагато, навіть якщо джерело дуже далеко. Тим більше, що концентрація енергії в цунамі зменшується за мінімальним законом — обернено пропорційно квадратному кореню з відстані. Повна ж енергія цих хвиль майже зменшується. А вона дуже велика, тому що цунамі може увібрати до десятої частини енергії землетрусів.
Тривога звучить, якщо сейсмічні сигнали перевищують рівень сигналу від «стандартного» землетрусу з енергією приблизно рівної енергії 10 бомб, скинутих на Хіросіму, з епіцентром в 100 км від центру реєстрації. Так вдається, хоч і не завжди, вирішити проблему безпеки людей. Але є й інші питання, наприклад, економічні.
Хибні тривоги служби цунамі породжують недовіру до неї. Чилійське цунамі 1960 р. спричинило загибель понад 60 осіб з числа тих 15% жителів м. Хіло на Гаваях, які ігнорували оголошену тривогу.
Крім сейсмічного методу реєстрації, у принципі можливі й інші, але вони виглядають ще дуже гіпотетично. Виділити у відкритому океані хвилю завдовжки десятки і сотні кілометрів, а заввишки лише один-два метри практично неможливо. Лише підходячи до берега, цунамі виявляє себе, гальмуючи, набираючи висоту та «стискаючи в кулак» енергію, розподілену раніше на величезній площі.
Втім, навіть надійна реєстрація освіти цунамі ще нічого не скаже про те, що натворить хвиляконкретної гавані чи гирлі річки. І тим більше нічого не дасть довгострокового прогнозу, необхідного для оптимального ведення господарської діяльності на берегах, які зазнають постійного стресу від їх можливої появи. Важко оцінити приховані економічні втрати, але ясно, що вони великі.
Словом, потрібний достовірний оперативний та довгостроковий прогноз активності цунамі на новій основі. Такою основою є математичне моделювання. Після чималої праці вчені підійшли до вирішення цієї проблеми. Розроблено економічні обчислювальні алгоритми та комплекси програм, за допомогою яких можна швидко простежити на математичній моделі за розвитком цунамі від місця зародження до берегової зони. Швидкість розрахунку особливо важлива для оперативного прогнозу, тому що при невеликому віддаленні епіцентру від берега хвиля доходить до нього за лічені хвилини.
Початкове підвищення поверхні розпадається на дві хвилі, одна з яких йде в океан, а інша, стаючи все більш крутою, рухається до узбережжя. Розрахунки привели до важливого висновку: достатньо знати амплітуду та горизонтальні розміри початкового обурення. Тонкі деталі його форми (вони ніколи не відомі точно) менше впливають на коливання води поблизу узбережжя ніж рельєф дна. Порівняння розрахункових та реальних мареограм (залежності рівня води від часу в обраних точках спостережень) показує їх гарну згоду та переконує в адекватності обчислювального експерименту природному явищу.
Звичайно, чекає ще більша робота з прискорення розрахунків та їхньої автоматизації. Але видається, що принципові наукові проблеми вже вирішено. «Гонячи» на комп'ютерах хвилі по всій акваторії Курило-Камчатської зони, обчислювачі становлять нормативну карту цунаміраонування Далекосхідного узбережжя нашої країни. ТакМетодами математичного моделювання вирішується важливе народногосподарське завдання - зробити можливо малим збиток від «великих хвиль у гавані».
Всесвіт «у клітинку». Переходячи від масштабів Землі до космічних масштабів, вчені позбавляються можливості як безпосереднього експерименту, а й досить докладного спостереження. Віддалені об'єкти, незважаючи на постійний прогрес найтоншої вимірювальної апаратури, як і раніше, приділяють нам убогі крихти інформації про свою поведінку. Тому обчислювальна астрофізика та космологія розвиваються зараз, мабуть, не менш швидкими темпами, ніж теорія астрофізичних явищ та методи їх спостережень.
Будова атмосфер планет, спалахи наднових, процеси на околиці «чорних дірок» — це лише окремі приклади проблем, у вирішенні яких бере участь математичне моделювання. Вивчення астрофізичних явищ дає як розуміння фундаментальних властивостей матерії, але найчастіше і безпосередні практичні ідеї.
Згадаймо, що світло Сонця підказало нам думку про термоядерний синтез як про нове можливе джерело енергії для людства. Хоча, звичайно, ми ще дуже мало знаємо про світило, яке бачимо майже щодня. Наприклад, правильні міркування про природу знаменитих 11-річних циклів сонячної активності, що впливають на наші земні справи, були вперше висловлені лише 30 років тому. Але вони вимагали обґрунтованого якісного та кількісного підтвердження. До того ж існували й інші, хоч і менш ймовірні, припущення. Зокрема, «на підозрі» перебував Юпітер, період обігу якого навколо Сонця становить 11,9 років.
Точку над i поставило чисельне моделювання МГД-динамо Сонця. Так називають складну сукупність процесів, що призводять до коливання магнітного поля. Сонце впевному сенсі працює як динамо-машина. Заряджені частинки (струми), що беруть участь у різноманітних конвективних і турбулентних гідродинамічних рухах на його поверхні, генерують магнітне поле, перетворюючи в нього частину своєї енергії. У свою чергу, магнітне поле, що виникло, змінює характер їх руху, що створює передумови для виникнення періодичного процесу.