Климатические катастрофы: пособие по физике для старших школьников и младших студентов

Ячейки Бенара существуют не только в «пробирках» ученых. Космическая станция «Кассини» прислала фотографию облаков на полюсе Сатурна. Они образуют почти правильный шестиугольник, подобный ячейке Бенара, рис.9. Наблюдения, начатые еще станциями Вояджер-1 и Вояджер -2 и продолженные Кассини, показали, что правильная фигура, которая видна на рисунке, стабильна уже в течении более 20 лет. Предполагается, что эта структура образуется потоками тепла, которые распространяются от центра планеты-гиганта к ее поверхности. Источники тепла пока неизвестны.

Проведенные в инфракрасном диапазоне наблюдения показали, что шестигранная структура Сатурна является вихрем, имеющем прямые «стены», уходящие на глубину порядка 100 км. Таким образом, он подобен одиночной ячейке Бенара.

В атмосфере Земли тоже существуют синергетические ячейки. Но они не шестигранные, а имеют очень сложное строение. Примером служат ячейки Хедли, которые «помогают» переносить тепло от экватора Земли в ее средние широты.

Рис.9. Шестигранная ячейка на полюсе Сатурна, фото станции Кассини, https://pbs.twimg.com/media/D8r_YrQWwAAyySy.jpg

Следующим хорошо известным синергетическим явлением атмосферы Земли и других планет является турбулентность. Она заключается в том, что если поток газа или жидкости тормозится препятствиями или какими-то стенками, то возникает множество вихрей, накладывающихся друг на друга. В результате движение делается внешне беспорядочным, хаотичным. Турбулентность – это одно из хорошо известных, и очень опасных для самолетов, явлений.

Турбулентность хорошо видна в атмосферах планет-гигантов. На рис.10 изображены открытые в 2019 г. вихри планеты Юпитер. Особенность углеводородной атмосферы Юпитера и Сатурна состоит в том, что цвет облаков там заметно меняется в зависимости от изменений температуры. Поэтому вихри хорошо поддаются выявлению и анализу.

Основы науки синергетики не попали пока в школьные и вузовские учебники по физике, потому что эта наука – новая. Более подробное описание некоторых ее эффектов можно найти в электронном файле https://www.dropbox.com/s/95bqng6rgiocpmo/s7.docx?dl=0 .

Наша брошюра называется «Климатические катастрофы». Слово катастрофа здесь – это научный термин. Он означает, что объект теряет устойчивость и в нем происходят достаточно резкие изменения его состояния. Эти процессы описывает особый раздел математики, который называется «теория катастроф». Он включает такие теории, как описание «бифуркаций решений дифференциальных уравнений», классификации «разрывов, изломов и иных особенностей многомерных математических функций» и т.д. В частности, некоторые синергетические катастрофы описывается математически, как «процесс, протекающий с обострением». Впервые их открыл академик С.П. Курдюмов с сотрудниками Института прикладной математики имени М. В. Келдыша при изучении поведения плазмы.

Рис.10. Турбулентные вихри в атмосфере Юпитера, фото космической станции Юнона, https://artpa.ru/assets/components/phpthumbof/cache/9d0def8677f0bfe0b58dc524382f95c5_ce_1080x1080x0x0_cropped_800x800.a00e10b767023a95f5c88735a342a0cf.jpg

Основы науки синергетики не попали пока в школьные и вузовские учебники по физике, потому что эта наука – новая. Более подробное описание некоторых ее эффектов можно найти в электронном файле https://www.dropbox.com/s/95bqng6rgiocpmo/s7.docx?dl=0 .

Наша брошюра называется «Климатические катастрофы». Слово катастрофа здесь – это научный термин. Он означает, что объект теряет устойчивость и в нем происходят достаточно резкие изменения его состояния. Эти процессы описывает особый раздел математики, который называется «теория катастроф». Он включает такие теории, как описание «бифуркаций решений дифференциальных уравнений», классификации «разрывов, изломов и иных особенностей многомерных математических функций» и т.д. В частности, некоторые синергетические катастрофы описывается математически, как «процесс, протекающий с обострением». Впервые их открыл академик С.П. Курдюмов с сотрудниками Института прикладной математики имени М. В. Келдыша при изучении поведения плазмы.

Изменения климата, рассматриваемые в настоящей брошюре – это тоже синергетические процессы. Они отличаются самопроизвольностью, непредсказуемостью и катастрофичностью.

Почему они возникают? Это – очень важный вопрос! Механические часы работают благодаря тому, что у них внутри содержатся соответствующие механизмы: зубчатые колеса, пружины, маятники. Они создают чудо: стрелки сами собой показывают время. Синергетические катастрофы климата также происходят из-за наличия ряда соответствующих механизмов. Большинство из них открыты в последние семь лет, в частности благодаря полетам на другие планеты. Рассмотрим их кратко ниже.