Хлопок в ладоши сжимает воздух, и он разлетается в стороны — простейший удар. В космосе роль ладоней играют взрывающиеся звёзды: их ударные волны резко сжимают газ и запускают хаотическое перемешивание — турбулентность. Но как именно энергия взрыва переходит в вихри разных размеров, долго оставалось загадкой, ведь разглядеть детали в далёких туманностях очень трудно.
Чтобы заглянуть в этот процесс, физики построили миниатюрную модель. Две мишени из углеродно-водородной сетки облучили мощным рентгеновским импульсом длительностью 30 наносекунд. Сетка испарилась, и от каждой мишени в центр понёсся поток плазмы со скоростью, в десятки раз превышающей скорость звука. Потоки встретились через 75 наносекунд, и в месте удара возник слой бурлящего газа толщиной около 4,5 миллиметра — примерно как ластик на карандаше.
Самое удивительное открытие — вихри помнили, откуда пришёл удар. Если резко дёрнуть скатерть, складки сначала бегут вдоль рывка и лишь потом путаются. Здесь то же самое: в крупных вихрях движение оставалось вытянутым вдоль оси столкновения, и эта неоднородность сохранялась даже на более мелких масштабах. Кинетическая энергия разделилась примерно как 70% на вихревое кружение и 30% на сжатия-растяжения — словно энергия ладоней после хлопка перешла в основном в закрутку воздуха, а не в его нагрев.
Этот эксперимент — мостик между земными измерениями и астрофизическими явлениями. Теперь мы знаем, что турбулентность от ударных волн не полностью хаотична: она несёт отпечаток породившего её взрыва, и этот отпечаток можно разглядеть даже в мелких деталях. Понимание этого поможет точнее моделировать, как перемешиваются химические элементы в остатках сверхновых, как рождаются новые звёзды и как энергия распределяется в галактическом газе.
Турбулентный слой в эксперименте существовал в 15 раз дольше, чем требуется звуку, чтобы пересечь его поперёк — всё это время вихри продолжали запутываться, не затухая.
В романе «Ложная слепота» Питера Уоттса инопланетные корабли используют турбулентность как оружие и средство маскировки — подобно тому, как в этом эксперименте вихри сохраняют память о направлении атаки.