Поиск - новости науки и техники

Следствие ведут математики. Волны-убийцы дают признательные показания.

В очередном материале о проектах, победивших в конкурсе РФФИ для ведущих молодежных коллективов, читатель узнает о том, как дальневосточные ученые разгадывают причины опасных явлений в океане.
О том, что цунами могут разрушить целые поселения, известно всем. Но порой неменьшую опасность несут гигантские водяные валы (волны-убийцы), возникающие в океанах почти без видимых причин. Для исследования механизма опасных явлений на Сахалине даже создан Научный центр по изучению волн-убийц. В числе его организаторов – Институт морской геологии и геофизики (ИМГиГ) ДВО РАН. Одним из инициаторов создания нового центра и его руководителем стал заместитель директора ИМГиГ доктор физико-математических наук Роман ШАМИН. Работы по прогнозу коварных волновых процессов, которые ведутся под его началом, недавно получили поддержку РФФИ, выиграв в конкурсе научных проектов, выполняемых ведущими молодежными коллективами. Как считает ученый, высокая оценка экспертов известного фонда – еще одно подтверждение того, что путь, который он выбрал в юности, был единственно верным.

– Я пришел в океанологию через математику, – говорит Роман Вячеславович. – Начал научную работу еще студентом Московского авиационного института. Моим наставником был профессор Александр Леонидович Скубачевский. Тогда мы занимались довольно абстрактной математикой. После защиты кандидатской диссертации решил сменить направление деятельности. Наука – самое интересное для меня занятие в жизни, и хочется попробовать себя во многих областях. В итоге стал работать в Институте океанологии им. П.П.Ширшова РАН под руководством академика Владимира Евгеньевича Захарова. Мне повезло: я попал в интересную научную группу, которая исследовала экстремальные явления в океане – огромные водяные валы, возникающие внезапно и несущие большую опасность. Их называют по-разному, чаще – волны-убийцы. Мой опыт математика оказался очень кстати. Я начал с доказательства теорем и построения численных методов для описания нелинейной динамики поверхностных волн в океане. Дальше стал развивать идеи вычислительной океанологии, необходимые для изучения нелинейных явлений в океане. В 2011 году защитил докторскую диссертацию. Но потом снова решил изменить свою судьбу и в начале 2012-го принял решение переехать вместе с семьей из Москвы… на Сахалин, в Институт морской геологии и геофизики ДВО РАН. Сразу же полюбил Южно-Сахалинск за постоянное солнце, обилие снега и, конечно, интересных людей. Для меня, коренного москвича, этот шаг был очень непростым, но я нисколько не жалею о своем выборе. Сейчас работаю в должности заместителя директора по научной работе, а недавно был избран заместителем председателя Сахалинского научного центра.
– Роман Вячеславович, расскажите поподробнее о волнах-убийцах, о том, как вы их изу­чаете.
– Наши исследования, как я уже говорил, связаны с экстремальными явлениями на поверхности океана. Для мореплавателей и жителей прибрежных районов огромную опасность представляют не только штормы и цунами. Даже в спокойном море без видимых причин не­ожиданно возникают гигантские одиночные волны, высота которых может достигать 30 метров. Довольно часто они становятся причиной кораблекрушений, и, кстати, наибольшую опасность представляют для больших современных судов – те просто переламываются, таких случаев было немало. Часто жертвами волн-убийц становятся морские буровые платформы.
Долгое время ученые не воспринимали всерьез рассказы моряков о “стене воды” (со стороны волна выглядит как вертикальная стена) или, наоборот, о “дырке в море”, а также о “трех сестрах” – трех наиболее высоких волнах. Лишь в последние десятилетия появились достоверные подтверждения таких явлений, после чего началось их всестороннее изучение. Приятно отметить, что многие ученые нашей страны – лидеры в этой области. Мировым признанием отмечены фундаментальные работы профессора Ефима Наумовича Пелиновского из Института прикладной физики РАН. Научные группы других академических коллективов – Института океанологии им. П.П.Ширшова, Физического института им. П.Н.Лебедева и Института теоретической физики им. Л.Д.Ландау получили важнейшие теоретические результаты о нелинейных волновых процессах в океане, которые приводят к формированию аномально больших поверхностных волн. Также это направление развивается и в российских вузах. Например, в Новосибирском государственном университете на средства мегагранта Минобрнауки была создана лаборатория нелинейных волновых процессов, что позволило сконцентрировать усилия большого числа ученых, занимающихся этой темой. Математические проблемы волн-убийц разрабатываются на кафедре дифференциальных уравнений и математической физики Российского университета дружбы народов. Исследования по нелинейным волнам в последнее время стали активно вести и в филиале Дальневосточного федерального университета в Южно-Сахалинске. Признанием заслуг российских ученых в этой области может служить тот факт, что их доклады регулярно включают в программы пленарных заседаний крупнейших международных конференций, посвященных волнам-убийцам.
Специфика этого вида исследований в том, что их основа – вычислительный эксперимент. В настоящее время возможности компьютеров возросли настолько, что в ряде случаев математическое моделирование позволяет изучать явления значительно лучше, чем другие средства. А в случае с волнами-убийцами оно играет решающую роль. Так как мы имеем дело с экстремальным явлением в природе, которое возникает внезапно и протекает короткое время, то лучший способ его рассмотреть – это провести точный вычислительный эксперимент. Наша исследовательская группа создала уникальную установку, благодаря которой впервые в мире удалось получить оценки вероятности возникновения волн-убийц в определенных районах океана. Кроме того, мы смогли построить количественную картину процессов концентрации энергии при формировании экстремальных волн, что имеет принципиально важное значение для оценки рисков их опасного воздействия.
– Насколько я понимаю, такие знания нужны не только практикующим специалистам, но и будущим исследователям. Передаете ли вы свой научный багаж студентам?
– Да, конечно. Вообще, считаю, что без связи с образованием научная работа менее плодотворна. Делиться своими знаниями начал, еще учась в МАИ, организовав там так называемое Молодежное студенческое действие. Защитив кандидатскую, читал лекции и вел спецкурсы в родном вузе, затем – в РУДН. Сейчас преподаю в филиале Дальневосточного федерального университета в Южно-Сахалинске. Для меня, как исследователя, очень важно видеть глаза заинтересованных студентов. Ученики – они как дети, постоянно требуют “быть на уровне”, и это гарантирует постоянный динамизм в работе. Часто приходится слышать, что упал уровень образования, что “молодежь сейчас пошла не та”. Я считаю, процент талантливых юношей и девушек, которые хотят идти в науку, не меняется. Творческие биографии многих отечественных ученых начинались в период войны, в тяжелые послевоенные годы. Помню, мне попалась научная монография, которая была издана, вдумайтесь, – осенью 1941 года! Неужели сейчас более сложные времена? В нашей стране есть хорошие студенты и аспиранты. Проблема в том, как удержать их после защиты дипломов и кандидатских диссертаций. И надо сказать, этому очень способствуют гранты РФФИ. Говорю со знанием дела, как неоднократный участник проектов, поддержанных фондом. Большую роль сыграет и грант, полученный недавно на развитие исследования волн-убийц в вычислительных и натурных экспериментах.
– Как происходит исследовательский процесс в такой, казалось бы, сложной области, как математическое моделирование?
– В науке часто постановка проблемы – половина дела. После этого происходит анализ задачи и поиск новых идей для ее решения. Этот поиск идет постоянно: в дороге, во время отдыха и даже во сне. Я не стесняюсь “придумывать” идеи. Не важно, если 99 процентов из них окажутся глупыми, они ведь останутся только в моей голове. Но один процент будет полезным. Этот “сухой остаток” уже можно просчитывать, обсуждать с коллегами. Специфика нашей работы в том, что главные инструменты в ней – компьютер и численные опыты. Надо уметь быстро писать программы, чтобы проверить замысел. Если он оказывается удачным, я на какое-то время откладываю его, продолжаю заниматься другими задачами. Это нужно, чтобы мысль “дошла в духовке” подсознания. Наконец, когда идея принята, начинается длительная работа: проведение больших серий вычислительных экспериментов, постоянные обсуждения результатов… Нередко приходится начинать все сначала! Но мы не падаем духом, знаем: победа впереди и все зависит от нас. Итогом такой творческой деятельности становится строгая научная статья, доклад на международной конференции. Затем работа над очередной проблемой. Мы всегда находимся в поиске новых задач и решений.
– А что уже удалось сделать к нынешнему времени?
– Если говорить о последних достижениях, то это “добавление” в наши результаты географии. До этого мы работали с волнами-убийцами как с физическим процессом. Реальным, но оторванным от конкретного места в океане. Сейчас мы поняли, как можно “наложить” наши результаты на известные данные по режимам волн и ветров на различные районы Мирового океана. Это позволит районировать его просторы по критерию опасности встреч с волнами-убийцами. Также мы можем оценить вероятность их опасного воздействия на суда, проходящие по известным маршрутам, или нефтяные платформы.
Другое наше достижение – построение количественных оценок процессов концентрации энергии при образовании экстремальной волны. Нам удалось “препарировать убийцу” и заглянуть внутрь. Это очень интересно и открывает дополнительные перспективы в исследовательском процессе.
Возвращаясь к гранту РФФИ, подчеркну, что он помогает сохранить и расширить нашу научную группу. В том числе поддерживать исследования той части моих учеников, которая осталась в Москве. Правда, некоторые из них уже отважились на переезд в наши края. Была мысль купить на выделенные ассигнования мощные компьютеры, но я все-таки решил, что главный “вычислительный ресурс” – это творческие, увлеченные коллеги, и в первый год средства гранта были использованы на поддержку участников проекта.
– И несколько слов о новом центре, который появился на Сахалине. Что входит в его задачи?
– Научный центр по изучению волн-убийц открыт совсем недавно, в конце 2012 года. Среди его организаторов помимо ИМГиГ несколько институтов из разных городов России. Основная задача центра – консолидация и поддержка научных исследований в нашей стране. Мы планируем издавать регулярный бюллетень, проводить конференции и другие мероприятия. Еще одна задача, которую мы поставили перед собой, – создать свое­образный “интерфейс” – систему связей и взаимодействия между учеными, органами государственной власти, коммерческими структурами. Тема, над которой мы работаем, относится к безопасности на море и имеет большое прикладное значение. Инциденты с волнами-убийцами происходят достаточно часто, но немногие ответственные лица имеют представление о том, чем это грозит и как можно избежать опасности. Мы могли бы выступать в качестве экспертного органа по этой проблеме. Надеемся, что эта прикладная сторона наших исследований окажется востребованной.

Фирюза ЯНЧИЛИНА
Фото из архива С.Шамина

Нет комментариев