科學家發現海洋渦流酷似“神秘黑洞” 2013年09月25日 07:25
來源：鳳凰科技 鳳凰科技訊 北京時間9月25日消息，國外媒體報道，近日瑞士蘇黎世聯邦理工學院和美國邁阿密大學的研究人員表示，地球上某些巨大的海洋渦流從數學角度看相當於太空的神秘黑洞。墨西哥灣流使得北歐經歷了溫和的冬天，它組成了遍佈全球的海洋氣流的一部分，後者對氣候產生一定的影響。然而，我們的氣候也受到沿著海洋旋轉和漂移、直徑超過150千米的巨大渦流的影響。在南冰洋這些巨大渦流的數量不斷上升，增加了溫暖鹹水往北部的運輸量。有趣的是，這或可能會緩和溫暖氣候裏融化海冰產生的負面影響。 然而，到目前為止，科學家仍無法量化這種影響，因為這些旋轉水體之間精確的邊界仍無法檢測。蘇黎世聯邦理工學院非線性動力學教授喬治·哈勒（George Haller）和邁阿密大學海洋學教授弗朗西斯科·寶龍-維拉（Francisco Beron-Vera）就這個問題提出了一個解決辦法。發表在《流體力學》期刊上的一篇文章裏，他們研發了一種新型數學工具，以尋找具有清晰連貫邊界的水傳輸渦流。 尋找這樣的渦流的最大挑戰在於在湍流的海洋裏確定清晰連貫的水島嶼。對於在渦流內部和外部的觀察者來說，旋轉和漂移的流體運動似乎太過混亂。哈勒和寶龍-維拉通過從一系列衛星觀測裏隔離出連貫的水島嶼，從而在這種混亂中恢復了秩序。讓他們驚訝的是，這種連貫渦流從數學角度上看非常類似黑洞。
無法逃離渦流 黑洞是非常大的天體，它吸引了附近一定範圍的一切物體。任何靠近黑洞的物體都無法逃脫，即使是光。然而，當位於一定的距離以外，光束不再旋轉進入黑洞，而是被極大的彎曲並折回最初的位置，形成圓軌道。在愛因斯坦的相對論裏，這種封閉的光軌道形成的障礙表面被稱為光子層。 哈勒和寶龍-維拉在選擇的海洋渦流裏發現了相似的封閉障礙。在這些障礙裏，流體粒子以封閉環的形式移動——類似于光子層裏光的路徑。正如黑洞裏的情況一樣，任何物質都無法逃離這些封閉環，即使是水。 正是這些障礙幫助科學家確定了大量觀察數據裏的連貫海洋渦流。巨哈勒表示，這種連貫水體軌道的確存在於複雜海流裏的事實讓他們大吃一驚。 渦流作為水的趨向性 由於黑洞類型的海洋渦流非常穩定，它們的功能相當於交通工具——不僅對於例如浮游生物等微生物或者類似塑膠廢物或者油等異物，也針對於與周圍水體不同的溫暖鹹水體。哈勒和寶龍-維拉已經證實了對厄加勒斯環的觀測，後者是一組規律性出現在非洲南段南冰洋的海洋渦流，它們會傳輸溫暖鹹水至西北部。研究人員確定了7個黑洞類型的厄加勒斯環，它們能夠毫無泄漏的傳輸相同水體長達一整年。 哈勒指出相似的連貫渦流也存在海洋以外的其他複雜流體裏。從這個角度上看，很多旋風可能也類似于黑洞。即使是木星表面的大紅斑——一種靜態風暴——可能也是黑洞類型渦流最壯觀的例子。“數學家一直都試圖理解渦流裏這種奇特的連貫旋渦。”哈勒解釋道。 值得注意的是，第一個將海洋渦流描述為連貫水島嶼的人可能是美國作家埃德加·愛倫·坡(Edgar Allan Poe ）。在他的小說《莫斯可漩渦沉溺記》裏，他想像了在一個大漩渦附近一條穩定的泡沫帶。這正是哈勒和寶龍-維拉的靈感來源，他們隨後利用複雜的數學公式試圖尋找這些穩定帶——也就是海洋版的光子層。他們的結果將幫助解決一系列海洋謎題，包括從與氣候相關問題到環境污染模式的傳播。 墨西哥灣的渦流 在哈勒和寶龍-維拉發表這篇研究之後，邁阿密大學的海洋學教授約瑟菲娜·奧拉思科加（Josefina Olascoaga）測試了他們的新數學方法。她意外的在墨西哥灣發現了一個巨大的黑洞類型的渦流。奧拉思科加現正利用她的發現評估未來可能的石油泄漏的污染傳播方式。（編譯/嚴炎劉星） | 
