Наша сеть партнеров Banwar
Частина спектра сигналу, виміряного станцією HA01
Usama Kadri et al / Scientific Reports
Якщо врахувати вплив гравітації на поширення в воді низькочастотних звукових хвиль, можна визначити відстань до їх джерела. Міжнародна група математиків розробила більш точну теорію цього явища, експериментально перевірила її і застосувала для пошуку впали в океан об'єктів - метеоритів і Boeing 777 рейсу MH370 , Який пропав у 2014 році. Стаття опублікована в Scientific Reports.
Зазвичай при описі підводних акустичних хвиль впливом гравітації нехтують, оскільки швидкість звуку у воді значно перевищує фазову швидкість гравітаційних хвиль . Однак для низькочастотних хвиль, що утворюються в результаті землетрусів, підводних вибухів або через падіння в воду об'єктів, гравітаційними ефектами нехтувати не можна. Раніше вже робилися спроби теоретично дослідити цей вплив і пояснити з його допомогою, наприклад, поширення цунамі .
У своїй роботі математики розробили теоретичну модель поширення хвиль з урахуванням гравітації і знайшли, як змінюється з відстанню від джерела тиск води і частота сигналу. З іншого боку, можна вирішити зворотну задачу і знайти відстань до джерела, вимірюючи цю частоту в різні моменти часу і порівнюючи, як змінюється спектр. За допомогою чисельного моделювання вчені показали, що відносна похибка визначення відстані таким способом складає менше 0,02 відсотка на відстанях понад тисячу кілометрів.
Також вчені перевірили отриману ними залежність експериментально, гублячи в басейн круглі кулі різного розміру і маси і спостерігаючи за спектром розходяться від них хвиль. Виявилося, що виміряний спектр збігається з теоретично передбаченим і має кілька яскраво виражених особливостей, що відповідають власне падіння тіла в воду, кавітації і реверберації . Потім дослідники порівняли цей спектр зі спектром деяких сигналів, зареєстрованих гідроакустичної станцією HA01, що належить Організації Договору про всеосяжну заборону ядерних випробувань ( CTBTO ), І виявили, що вони мають ту ж форму.
Залежність тиску від часу і спектр сигналу для одного з дослідів з кулями в басейні
Usama Kadri et al / Scientific Reports
Залежність тиску від часу і спектр сигналу, зареєстрованого на станції HA01
Usama Kadri et al / Scientific Reports
Гідроакустичні станція HA01 знаходиться недалеко від західного берега Австралії і включає в себе три мікрофони, які розташовані на різній глибині (від 1400 до 1500 метрів) і утворюють трикутник зі стороною близько двох кілометрів. Завдяки цьому час реєстрації прийшли хвиль трохи відрізняється для різних мікрофонів, що дозволяє встановити за допомогою тріангуляції зразковий напрям, в якому знаходиться джерело. Звичайно, при такому способі неминуче виникають помилки, але за допомогою чисельного моделювання ( методом Монте-Карло ) Математики показали, що для досить великих відстаней (багато більше сторони трикутника, тобто двох кілометрів) похибка визначення напрямку становить не більше 0,4 градусів.
В ході дослідження вчені проаналізували близько 18 годин записаних на станції HA01 даних і знайшли кілька подій, сигнали від яких були дуже схожі на передбачені. Дві події відповідали підводним землетрусів, що сталися 28 листопада 2016 і 7 січня 2017. Їх епіцентри були визначені раніше іншими, більш точними методами, і це дозволило переконатися в правильності прогнозів, які дають розробленою теорією. Також дослідники зареєстрували третій сигнал біля берегів Антарктиди, який, на їхню думку, відповідає падінню метеорита. Його положення вони додатково уточнили за допомогою даних станції HA08.
Приклади визначення положення епіцентрів землетрусів (EQ1, EQ2) і місця падіння метеорита (Impact)
Usama Kadri et al / Scientific Reports
Передбачуване місце падіння Боїнга MH370 (E1) і другий сигнал, зареєстрований приблизно в той же час (E2)
Usama Kadri et al / Scientific Reports
Крім того, математики застосували розроблений ними підхід до пошуку сумнозвісного малайзійського Боїнга MH370 . Для цього вони більш пильно вивчили дані станції HA01 за 8 березня 2014 роки (день, коли літак пропав з радарів). Протягом проміжку між 00:00 і 2:00 UTC вони зареєстрували два сигнали, і джерело одного з цих сигналів (випущеного між 1:11 і 1:16 UTC) якраз знаходився неподалік від останнього відомого розташування літака. На жаль, через низьку якість визначити точні координати події не вдалося, і воно може відповідати удару літака як про воду, так і про океанське дно. Так чи інакше, це трохи уточнює передбачуване місце катастрофи.
Вчені сподіваються, що надалі розроблений ними метод дозволить більш оперативно і точно визначати координати падіння в воду різних цікавих тел (наприклад, тих же літаків або метеоритів).
Раніше ми писали про те, як фізики розробили модульний конструктор, за допомогою якого можна діяти на звукову хвилю і формувати голограму.
Дмитро Трунин