В 1920-х годах британский метеоролог Гилберт Уокер, пытаясь предсказать муссоны в Индии, заметил странную связь: когда давление воздуха в восточной части Тихого океана растёт, в западной оно падает, и наоборот. Словно огромный воздушный маятник качается вдоль экватора. Теперь этот маятник называют циркуляцией Уокера, и именно он управляет чередованием Эль-Ниньо и Ла-Ниньи — тёплой и холодной фаз климатической системы Земли.

Долгое время оставалось загадкой, почему этот маятник не качается ровно, как метроном, а замирает то в одном положении, то в другом на несколько лет. Математики изучили уравнения, описывающие движение воздуха над тропиками, и нашли ответ: у системы есть две устойчивые ямы. Представьте шарик на дне лунки: он лежит спокойно, пока его не толкнут. Так и атмосфера может годами находиться в состоянии Эль-Ниньо или Ла-Ниньи, словно застряв в одной из ям.

Переход между фазами происходит не плавно, а скачком. В математике такое событие называется седло-узловой бифуркацией: две ямы сближаются, сливаются, и шарик внезапно скатывается в оставшуюся. Именно поэтому Эль-Ниньо и Ла-Нинья появляются не по расписанию, а спорадически, раз в два-семь лет. Толчком может служить любое возмущение — от случайного порыва ветра до изменения температуры океана.

Авторы работы не просто численно смоделировали атмосферу, а строго доказали, что такие две ямы существуют в уравнениях. Это меняет взгляд на Эль-Ниньо: раньше его считали колебанием, теперь — системой с двумя устойчивыми состояниями. Практическая польза в том, что зная форму ям, можно точнее предсказывать, когда начнётся переход и какая фаза придёт на смену.

Маятник, который заметил Уокер, оказался не простым, а с двумя лунками. Теперь, когда форма этих лунок ясна, учёные могут лучше понимать, почему климат над Тихим океаном замирает то в жаре, то в прохладе, и когда ждать следующего переключения.