Физики из университета Брауна (США), под руководством Брэда Марстона (Brad Marston) предложили объяснение природы волн, возникающих на экваторе Земли и во многом определяющих климат на всей ее поверхности, основанное на топологии (разделе математики). Статью об этом, опубликованную в журнале Science, пересказывает сайт этого журнала.
Речь идет об огромных (длиной в тысячи километров) водяных и воздушных волнах, возникающих на экваторе и переносящих энергию вдоль него в восточном направлении. Они известны как волны Кельвина и Янаи. Их роль в определении климата всей планеты в целом огромна — например, они участвуют в формировании Южной осцилляции Эль-Ниньо.
Марстон с коллегами во многом вдохновлялись работами Таро Мацуно (Taroh Matsuno), климатолога из университета Токио, который еще в 1966 году предсказал многие свойства экваториальных волн. Однако американские ученые упростили расчеты, взяв в качестве моделей абстрактные волны, бушующие в более высоких широтах, и сфокусировались на относительно небольших участках, на которых силу Кориолиса можно считать константой.
При взгляде под таким углом, оказалось, что полушария Земли ведут себя отчасти похоже на топологические изоляторы — материалы, которые внутри объема представляют собой диэлектрики, а на поверхности, благодаря квантовым эффектам, проводят электрический ток. Как у них на стыке изолирующих материалов образуется токопроводящая область, так и на экваторе, где сила Кориолиса меняет знак на противоположный, возникают мощные волны, затухающие на более высоких широтах.
Причем этот принцип будет действовать на планете любой формы — вплоть до тора (в просторечии, бублика). Математика же получается при этом очень простой. «С технической точки зрения, наши расчеты гораздо проще, чем те, которые проводил Мацуно в 1960-х», — сказал Марстон.
Сотрудники университета Брауна рассчитывают теперь применить разработанный ими математический аппарат к другим системам, таким, как газовые диски вокруг звезд и черных дыр, а также к атмосферам Венеры и Титана, где также есть экваториальные волны.
Работа Марстона с коллегами также показывает, что физика конденсированного состояния (твердых тел и жидкостей) может иметь неожиданные параллели с физикой глобальных процессов, происходящих в атмосфере и гидросфере Земли.
