海洋漩涡在数学上等同于黑洞

在数学上说，海洋漩涡是对空间中黑洞的对应物。插图：G. Haller / Eth苏黎世

根据新出版的研究，地球上的一些最大的海洋漩涡在数学上等同于神秘的空间的空间。这些漩涡如此紧密地被圆形水道屏蔽，没有任何东西可以从这些环的内部逃脱，甚至没有水。

北欧经历的温和冬季感谢海湾流，这构成了这些跨越全球影响气候的海洋电流。然而，我们的气候也受到巨大漩涡的影响，直径超过150公里，横跨海洋旋转和漂移。据报道，他们的号码是南海的崛起，增加了温暖和咸水的北方运输。有趣的是，这可能会使熔化海冰在温暖的气候中的负面影响。

然而，到目前为止，科学家无法量化这种影响，因为这些旋流水体的确切边界保持不可判断。乔治·Haller，Eth苏黎世非线性动力学教授，迈阿密大学海洋研究教授和弗朗西斯科·弗拉（Francisco Beron-Vera）现在已经提出了解决这个问题的解决方案。在刚刚发表在流体力学杂志的纸上，他们开发了一种新的数学技术，以找到具有连贯边界的水运漩涡。

寻找这种漩涡的挑战是在动荡的海洋中定位相干水群岛。旋转和漂移的流体运动在涡流内外的观察者中似乎混乱。Haller和Beron-Vera能够通过从一系列卫星观测结果中隔离相干水岛来恢复该混乱中的订单。为了他们的意外，这种相干的漩涡原始人在数学上等同于黑洞。

Agulhas戒指的动画，黑洞的海洋漩涡。

没有逃离漩涡

黑洞是空间中的物体，群众如此之大，他们吸引了一定距离内的一切。没有什么可以逃脱太近的，甚至没有光明。但在临界距离处，光束不再螺旋到黑洞。相反，它急剧弯曲并返回其原始位置，形成圆形轨道。通过闭合光轨道形成的阻挡表面被称为爱因斯坦的相对论理论中的光子球。

Haller和Beron-Vera在选择海洋漩涡周围发现了类似的封闭障碍。在这些屏障中，流体颗粒在封闭的环中移动 - 类似于光子球中的光路径。和在一个黑洞中，没有什么可以摆脱这些环的内部，甚至没有水。

正是这些障碍有助于在可用的大量观测数据中识别相干海洋漩涡。根据Haller，这种相干水轨道在复杂的洋流中存在令人惊讶的事实。

eddies作为水出租车

由于黑洞型海洋漩涡是稳定的，它们以与运输工具相同的方式起作用 - 不仅适用于像塑料废物或油等浮游生物或异物等微生物，而且还用于水和盐含量的水可以与周围的水有所不同。Haller和Beron-Vera已经验证了Agulhas Rings的观察，这是一群海洋漩涡，在非洲南部的南部海洋中经常出现，并运输温暖，西北咸水。研究人员确定了七个黑洞类型的agulhas环，它在不泄漏的情况下运输了相同的水差不多。

Haller指出，在海洋之外的其他复杂流中存在类似的连贯漩涡。在这个意义上，许多旋风也可能与黑洞相似。即使是伟大的红点 - 一个固定风暴 - 在行星木星上也可以成为黑洞型涡旋的最壮观的例子。“数学家一直在努力了解很长一段时间的湍流流动中这样的特殊连贯的漩涡”，霍尔解释道。

值得注意的是，第一个描述海洋漩涡作为连贯水群岛的人可能是美国作家，埃德加·艾伦普。在他的故«事中落入Maelstrom，他设»想了漩涡周围的泡沫稳定的腰带。这担任Haller和Beron-Vera的灵感，他们继续找到这些皮带 - 使用复杂的数学公式的海洋相当于光子球。他们的结果预计有助于解决一些海洋难题，从气候相关的问题范围到环境污染模式的传播。

伊迪尔在墨西哥湾

刚刚出版Haller和Beron-Vera的结果后，Josefina Olascoaga，也是迈阿密海洋教授，测试了他们的新数学方法。她出乎意料地发现了墨西哥湾的一个大型黑洞型涡流。（视频）Olascoaga现在使用她的发现来评估来自未来可能的溢油的污染的连贯运输。

出版物：G. Hallera和F. J. Beron-Vera，“连贯的拉格朗日涡旋：湍流的黑洞”，“流体力学/卷731/2013年9月”，R4; DOI：10.1017 / JFM.2013.391

研究报告的PDF副本：连贯的拉格朗日漩涡：湍流的黑洞

图像：G. Haller / Eth苏黎世