Продолжаю публикацию книжки "Эскизы устройства мира" такими темами: 1. Внутренние гравитационные волны (ВГВ) как реинкарнация неустойчивости Рэлея-Тэйлора. 2. Почему не удалось наладить связь между подводными лодками на внутренних гравитационных волнах? 3. Как можно увидеть внутренние гравитационные волны? 2.4. Внутренние гравитационные волны. Что такое неустойчивость Рэлея-Тэйлора мы разобрались. И понимаем, что если менее плотная жидкость находится выше более плотной в поле тяжести, то никаких ничем не спровоцированных вертикальных движений в такой среде не возникнет. Например, в нашей атмосфере, где плотность воздуха с высотой уменьшается. Но если их спровоцировать, то они возникнут. И чтобы понять какими будут эти движения, поставим мысленный опыт. Представим себе, что мы выделили небольшой объем воздуха из равновесной атмосферы на какой то высоте над землей и перенесли его либо на несколько метров вверх, либо на столько же вниз. В первом случае этот объем, оказавшись в окружении менее плотного воздуха, начнет тонуть в нем. Во втором случае этот объем, оказавшись в окружении более плотного воздуха, начнет всплывать. Тем самым, устойчивое распределение плотности воздуха по высоте проявляет сопротивление попытке нарушить это распределение. Другими словами – демонстрирует упругость этого распределения. А упругость любой системы при внешнем воздействии на нее должна приводить к колебаниям этой системы. И, в случае, если система является достаточно протяженной, эти колебания проявляются в ней в виде волн. Возникающие в описанной выше системе волны называют внутренними гравитационными волнами (ВГВ). Поскольку они распространяются внутри протяженной системы и возможность их существования обусловлена гравитационным полем , обеспечившим стратификацию атмосферы по плотности. Для того, чтобы разобраться с природой этих волн, вспомним о звуковых волнах . В звуковых волнах среда испытывает сжатие-разрежение. И именно в том направлении, в котором распространяются звуковые волны. За это свойство звуковые волны называют продольными. При этом звук спокойно распространяется в среде с постоянной плотностью. Из чего следует, что ВГВ не являются звуком. И поскольку продольное направление распространения волн единственно и уже занято звуком, ВГВ должны быть поперечными . Другими словами – колебания среды в них должны быть перпендикулярны направлению распространения волны. Это означает, что вертикально вверх ВГВ распространяться не могут. Ибо горизонтальные колебания среды в них невозможны. Значит они могут распространяться горизонтально или под острым углом к поверхности Земли. Можно даже догадаться, что горизонтально распространяющие ВГВ обладают наибольшей частотой (наименьшим периодом). Потому, что упругость среды (воздуха) при вертикальных ее смещениях максимальна. 2.5. Характерные частоты ВГВ. Каковы же частоты и периоды колебаний среды во ВГВ? Для ответа на этот вопрос воспользуемся методом размерностей. Размерность частоты колебаний – 1/сек. В задачу еще входят: характерный вертикальный масштаб неоднородности воздуха в атмосфере L (в земной атмосфере по порядку величины L ~ 7-8 км) и ускорение свободного падения на Земле g ≈ 10 м/сек ² . Единственная комбинация размерности частоты колебаний воздуха во ВГВ есть квадратный корень из g/L. Тем самым, характерная частота ВГВ: ω вгв ~ √ (g/L). И для нашей атмосферы ω вгв ~ 0,03 Гц. Разумеется, ВГВ могут распространяться и в морской воде. Где характерный масштаб вертикальной неоднородности по температуре или солености может оказаться значительно меньше, чем в атмосфере – вплоть до сотен и десятков метров. В этих случаях частоты ВГВ могут оказаться на порядок-полтора больше атмосферных. Вплоть до одного герца. Такие ВГВ фиксировались в подводных опытах. Причем фиксировались порой на расстояниях в сотни километров от источника их возбуждения (эффект слабого затухания волн вдоль волновода – канала их распространения). К сожалению, из-за крайне низких частот ВГВ впихнуть в них какую-либо полезную информацию практически нереально. Поэтому идеи о налаживании связи между подводными лодками посредством ВГВ реализовать не удалось. Без иллюстрации рассуждения о ВГВ могут вызвать недопонимание. Вот вам иллюстрация: Рис. 1.3. Облачные структуры ВГВ, возбуждаемые при обтекании сильным ветром островных горных пиков на Южных Сэндвичевых островах (фото взято с сайта https://visibleearth.nasa.gov ). Напоследок замечу, что ВГВ никакого отношения к гравитационным волнам, возникающим при слиянии черных дыр в космосе, не имеют . В ВГВ колеблется среда в неизменном гравитационном поле, а во втором случае колеблется само гравитационное поле.