قد يتنبأ العلماء قريبًا بموجات المحيط المارقة

الموجات المارقة الخطيرة ليست عشوائية، بل يمكن التنبؤ بها

بقلم أفيري شويلر نان حرره سارة لوين فريزر

تحت سماء رمادية ضبابية في اليوم الأول من عام 1995، اصطدمت منصة دروبنر للغاز الطبيعي في بحر الشمال بشيء كان لفترة طويلة يعتبر من الفولكلور البحري: جدار من الماء يبلغ ارتفاعه 84 قدمًا أدى إلى قذف معدات ضخمة عبر سطح السفينة وشوه الدعامات الفولاذية. قدمت “موجة دراوبنر” أول دليل دامغ على أن الموجات المارقة كانت حقيقية للغاية.

وبعد مرور ثلاثة عقود، كشف العلماء عن بعض الفيزياء وراء هذه الحالات الشاذة. يكشف تحليل حديث لـ 27505 قياسات لموجات بحر الشمال، تم تسجيلها على مدى 18 عامًا بواسطة أجهزة استشعار ليزر على منصة للنفط والغاز، كيف يمكن للفيزياء الطبيعية الغريبة لأمواج المحيط أن تنتج عملاقًا وحيدًا عندما تتقاطع سلسلة (أو “قطارات”) متعددة من الأمواج. الدراسة التي نشرت في التقارير العلميةيصف كيف يمكن لهذه الظاهرة تضخيم ارتفاع موجة معينة مقارنة بارتفاع جيرانها. كما أنها تحدد “بصمة” مميزة في بيانات الموجة – نمط تداخل متكرر يظهر عندما يتقارب قطاران أو أكثر من الموجات ويعزز كل منهما الآخر – مما يشير إلى أنه من المرجح أن يظهر عملاق مارق.

وإذا تمكن العلماء من اكتشاف هذه العلامات في وقت مبكر، فقد تتحول الموجات الشديدة من رعب لا يمكن التنبؤ به إلى مخاطر يمكن التنبؤ بها. يقول فيكتور شريرا، عالم المحيطات الفيزيائي بجامعة كيلي، والذي لم يشارك في الدراسة: “تعتمد حضارتنا بشكل حاسم على الشحن والأنشطة البحرية، وهناك جهد بحثي دولي ضخم يهدف إلى فهم الأمواج المارقة”. “حتى أكبر السفن والهياكل ليست محصنة.”

حول دعم الصحافة العلمية

إذا كنت تستمتع بهذا المقال، ففكر في دعم صحافتنا الحائزة على جوائز من خلال الاشتراك. من خلال شراء اشتراك، فإنك تساعد على ضمان مستقبل القصص المؤثرة حول الاكتشافات والأفكار التي تشكل عالمنا اليوم.

والأهم من ذلك، أن الدراسة الجديدة ساعدت في توضيح ماهية الموجات المارقة لا. وكثيراً ما قام الباحثون بتوليدها في المختبرات عن طريق إحداث “عدم استقرار تشكيلي”: توجيه موجات اصطناعية إلى قنوات ضيقة حتى تتراكم بشكل كارثي. وقد قام كبير مؤلفي الدراسة فرانشيسكو فيديل، عالم الرياضيات التطبيقية في معهد جورجيا للتكنولوجيا، بمراجعة هذه النماذج في أعماله السابقة، وتشير النتائج التي توصل إليها إلى أن هذه العملية المعملية لا تفسر ما يحدث في المحيط المفتوح.

يقول فيديل: “تخيل حشدًا من الجماهير يغادرون الملعب عبر ممر طويل وضيق”. ويقول: “الناس في الخلف يندفعون للأمام، بل إن بعضهم يتسلق فوق الآخرين، ويتراكمون وسط الزحام”. “إنها مثل موجة مارقة في خزان الأمواج. ولكن إذا فتحت أبواب الملعب على ملعب واسع، فسينتشر الناس، ولن يكون هناك أي تصادم. هذا هو المحيط المفتوح، فالموجات المارقة هناك لا تتبع نفس الفيزياء.”

وبدلا من ذلك، تنطوي الموجات المارقة على غرابة خفية في الطبيعة. الموجات المحيطية الحقيقية ليست منحنيات جيبية سلسة تمامًا؛ تميل قممها إلى النمو بشكل أكثر انحدارًا وأكثر حدة بينما تصبح وديانها أوسع وأكثر انبساطًا. يطلق العلماء على هذا الاختلال المدمج اسم “عدم تناسق الموجة المرتبطة”، وقد عرفوا عنه منذ الثمانينيات على الأقل، لكنهم غالبًا ما رفضوه باعتباره تفصيلًا بسيطًا، وفقًا لفيديلي. يشير التحليل الجديد إلى أنه عندما تتداخل الأمواج الناتجة عن عدة قطارات موجية في أنماط معينة، يمكن لهذه القمم الحادة أن تتكدس بشكل كبير لبناء جدار واحد شاهق من الماء – كما تقدم الدراسة نمطًا تمهيديًا قابلاً للقياس لهذا النوع من التراص.

وفقًا للبحث الجديد، فإن اكتشاف بصمة معينة من الأمواج التي يمكن أن تؤدي إلى موجة مارقة يمكن أن يساعد العلماء والبحارة على التنبؤ بهذه الوحوش لمدة تصل إلى دقيقة قبل أن تضرب. وقد تم رصد مثل هذه التوقيعات في البيانات الأحدث: في إحدى عاصفة بحر الشمال في عام 2023، على سبيل المثال، التقطت الكاميرات موجة يبلغ ارتفاعها 55 قدمًا يمكن إرجاع نموها إلى أنماط التداخل المنذرة هذه.

يقول كورال مورينو، المهندس في شركة الخدمات اللوجستية البحرية EDT Offshore، والذي لم يشارك في الدراسة: “أعتقد أن هذه الدراسة يمكن أن تكون خطوة أخرى في التنبؤ بالأمواج المارقة ومساعدة السفن التي قد تتعرض لها”. وتقترح أيضًا إمكانية استخدام مجموعة واسعة النطاق من العوامات أو العوامات لجمع المزيد من البيانات طويلة المدى للتنبؤ. ويأمل الباحثون في الدراسة أنه مع تحسن الذكاء الاصطناعي وجمع البيانات والأقمار الصناعية، سيتمكنون من اكتشاف بصمات الأصابع هذه عبر محيطات العالم، مما يحول ما كان يبدو في السابق وكأنه حوادث غريبة إلى شيء يمكن التنبؤ به بشكل موثوق.

حان الوقت للدفاع عن العلم

إذا استمتعت بهذا المقال، أود أن أطلب دعمكم. العلمية الأمريكية لقد عمل كمدافع عن العلوم والصناعة لمدة 180 عامًا، وربما تكون اللحظة الحالية هي اللحظة الأكثر أهمية في تاريخ القرنين.

لقد كنت العلمية الأمريكية مشترك منذ أن كان عمري 12 عامًا، وقد ساعد ذلك في تشكيل الطريقة التي أنظر بها إلى العالم. SciAm يثقفني ويسعدني دائمًا، ويلهمني شعورًا بالرهبة تجاه عالمنا الواسع والجميل. وآمل أن يفعل ذلك بالنسبة لك أيضا.

إذا كنت الاشتراك في العلمية الأمريكيةأنت تساعد في ضمان أن تغطيتنا تركز على البحث والاكتشاف الهادف؛ وأن لدينا الموارد اللازمة للإبلاغ عن القرارات التي تهدد المختبرات في جميع أنحاء الولايات المتحدة؛ وأننا ندعم العلماء الناشئين والعاملين على حد سواء في وقت لا يتم فيه الاعتراف بقيمة العلم نفسه في كثير من الأحيان.

وفي المقابل، تحصل على الأخبار الأساسية، ملفات بودكاست آسرة، ورسوم بيانية رائعة، لا يمكنك تفويت النشرات الإخبارية ومقاطع الفيديو التي يجب مشاهدتها، ألعاب التحدي، وأفضل الكتابة والتقارير في عالم العلوم. يمكنك حتى إهداء شخص ما اشتراكًا.

لم يكن هناك وقت أكثر أهمية بالنسبة لنا للوقوف وإظهار أهمية العلم. آمل أن تدعمونا في تلك المهمة.