индекс южной осцилляции

Слияние двух нейтронных звёзд — это не просто столкновение. Ещё до касания они деформируют друг друга приливными силами, и эта деформация зависит от того, насколько «мягкая» или «жёсткая» материя внутри. Жёсткая материя сопротивляется сильнее, мягкая — легче меняет форму.

Каждый год, ближе к декабрю, вода у берегов Перу становится аномально тёплой или аномально холодной. Это Эль-Ниньо и Ла-Нинья, две фазы одного климатического маятника, который качается в экваториальной части Тихого океана. Маятник не простой: он помнит, что было с ним несколько месяцев назад, и эта память определяет, куда он качнётся дальше.

Камертон извлекает чистый тон, но если ударить по нему слишком сильно, он начинает дребезжать, и музыкант может принять этот дребезг за сложность звука. С температурой поверхности тропической Атлантики вышла похожая история: три десятилетия её описывали как мультифрактальную систему, будто океан на разных масштабах ведёт себя по-разному, как оркестр, где каждая секция играет свою партию.

Космология — это музыка сфер, и постоянная Хаббла когда-то казалась нам надёжным метрономом. Но данные инструмента DESI, изучающего спектры миллионов галактик, намекают: дирижёр — тёмная энергия — сам меняет темп по ходу симфонии.

Огромный музыкальный инструмент прячется под землёй. Он улавливает не звуки, а дрожь самого пространства — гравитационные волны от слияния мёртвых звёзд. Но у этого инструмента есть проблема: ему мешает «дыхание» Земли. Ветры, штормы, даже смена времён года заставляют почву вибрировать, создавая помехи.

Радиосигнал летит от Марса к Земле, но по дороге ему приходится пробираться сквозь невидимый «ветер» из заряженных частиц, который дует от Солнца. Этот ветер, как рябь на воде, слегка искажает радиоволны. В октябре 2021 года китайский зонд «Тяньвэнь-1» оказался за Солнцем, и его сигнал прошёл всего в 4,5 радиусах нашего светила — там, где ветер особенно плотный.

Солнечный ветер — не ровный поток, а скорее порывистый. Внутри него протоны и ядра гелия летят не с одной скоростью, а с разбросом, как капли в струе из шланга. Обычно этот разброс описывают простой колоколообразной кривой.

Днём в чилийской пустыне Атакама воздух дрожит от жары, как над раскалённой сковородой. Свет от Солнца, проходя через эту дрожь, начинает плясать и мерцать. Астрономы называют такое дрожание воздуха «видением» — оно мешает телескопам видеть звёзды чётко. Чтобы бороться с этой помехой, инженеры построили специальный прибор — солнечный монитор видения.

Барометр на острове Таити и барометр в австралийском Дарвине дышат в противофазе. Когда давление растёт на одном, оно падает на другом, и эта разница, известная как индекс Южного колебания, служит маятником глобального климата. Маятник этот не простой: он раскачивается не только под действием сиюминутных толчков, но и помнит свои прежние движения.

Плацента — как оживлённый рынок, где кислород переходит от матери к ребёнку. Если прилавки стоят ровно и товар развозят быстро, всем хватает. Но стоит проходам забиться, начинаются заторы: где-то густо, где-то пусто.

Радиоволны, проходя сквозь солнечную корону — внешнюю оболочку Солнца, — искажаются точно так же, как дрожит воздух над раскалённым асфальтом. Это марево вызвано бурлящими потоками заряженных частиц — солнечным ветром.

Звезда вроде Солнца не просто светит — она тихо гудит. Внутри неё бурлит плазма, и эти движения заставляют поверхность ритмично подниматься и опускаться. Уловить такую дрожь с Земли почти невозможно: она тонет в шуме атмосферы и самого прибора. Поэтому астрономы слушают звёзды из космоса, где тише. Чтобы понять, слышна ли звезда, вычисляют силу её «голоса» на фоне помех.

Солнце — не спокойный шар. Внутри него постоянно гуляют волны, как в колоколе после удара. Эти колебания выходят на поверхность и выдают, что происходит на обратной, невидимой стороне. Астрономы давно умеют «слушать» этот звон и находить там большие группы пятен. Но до сих пор не могли сказать главного: где у пятна северный магнитный полюс, а где южный.

Если кристалл нагреть, его атомы начинают дрожать сильнее — как струны, натянутые туже или слабее. В кристалле LaCoO3 (соединение лантана, кобальта и кислорода) при нагреве от 2 до 650 К происходят две важные перестройки: около 100 К меняется магнитное состояние ионов кобальта, а около 550 К материал из изолятора превращается в проводник.

Раскалённый газ, который течёт от Солнца, — это не сплошной поток, а скорее суп из заряженных частиц. В этом супе то и дело закипают волны: электрические поля вспыхивают и гаснут, как рябь на воде от брошенного камня. Одна из таких волн — ионно-ионная акустическая. Она возникает, когда два сорта ионов (атомов, потерявших электроны) движутся с разной скоростью.

Солнечный ветер — не спокойный ручей, а бурлящая плазма из заряженных частиц. Зонд Parker Solar Probe, нырнув к самому Солнцу, зарегистрировал два типа волн-размешивателей. Левозакрученные волны, подобно венчику в руке повара, взбивают вещество, когда температура вдоль и поперёк движения различается.

Тихий океан размером с половину планеты, а его настроение решает, будут ли дожди в Индии или засуха в Австралии. В центре этого гиганта, в области с координатами, которые климатологи называют NINO3.4, температура воды то поднимается, то опускается, и от этого зависят миллионы жизней.

Каждое лето над Индией разворачивается одна и та же картина: облака, гонимые ветром с океана, проливаются дождями, и от того, как лягут эти дожди на поля, зависит урожай для более чем миллиарда человек. Метеорологи давно пытаются свести эту мозаику к одному числу — всеиндийскому индексу осадков, который усредняет миллиметры по всей стране.

В 2019 году на севере и юго-западе Ирана выпало на 50% больше осадков, чем обычно, и реки вышли из берегов. Годом раньше, в 2018-м, дождей было на 53% меньше нормы, и поля трескались от засухи. Такие качели — не случайность, а отклик на три далёких океанических пульса, которые задают ритм иранским дождям.

Выигрыш в лотерею меняет жизнь победителя, но для статистики всех игроков почти ничего не значит: вероятность выигрыша ничтожна, и средний выигрыш на билет остаётся крошечным. В климате есть похожие события: фаза Эль-Ниньо случается не каждый год, зато когда случается, температура Тихоокеанского Северо-Запада меняется заметно.

Каждое лето над Индийским океаном разыгрывается одно и то же представление: влажный воздух устремляется с океана на раскалённую сушу, принося дожди, от которых зависит жизнь миллиардов людей.

Сто лет климатологи измеряют пульс океана барометром. Индексы вроде Эль-Ниньо или Северо-Атлантического колебания строят на разности атмосферного давления между двумя точками, а потом удивляются, почему реки не слушаются. Корреляция с речным стоком держится на уровне 0.1–0.2, то есть почти никакой.

Над тропической частью Тихого океана давление воздуха дышит с периодами от двух до четырнадцати лет. Барометр на Таити поднимается, а в австралийском Дарвине падает, и весь климат планеты вздрагивает: наступает Эль-Ниньо.

16 апреля 2012 года в Вашингтоне случилась жара, какой не ждали. Столбик термометра поднялся на 18 градусов выше нормы. За 60 дней до этого в Бухаресте и Киеве стояла необычная для них погода. Связь между этими событиями нашёл алгоритм, который перебирает пары городов по всему миру и ищет повторяющиеся совпадения. Метод напоминает эхо: крик в горах возвращается через несколько секунд.

В 1997 году Тихий океан у берегов Перу прогрелся так, что рыба ушла, а ливни обрушились на пустыню. Это Эль-Ниньо — тёплое течение, которое раз в несколько лет меняет погоду по всей планете. Предсказать его приход за полгода уже удаётся, но заглянуть дальше — всё равно что угадать маршрут корабля по одной точке на карте. Однако у климатической системы есть своя карта — аттрактор.

Маятник качается ровно, пока его не трогают порывы ветра. Каждый толчок чуть сдвигает ритм, и вот уже удары не совпадают с метрономом. Природные осцилляторы живут так же: сердце, популяции, климатические циклы — все они колеблются, но случайность постоянно вмешивается. Предельный цикл — это замкнутая траектория, к которой стремятся соседние.

Лесной пожар не имеет «типичного» размера: маленький пал травы и огненный шторм на тысячи гектаров — части одного и того же явления. Так же и тропические циклоны: энергия, которую они высвобождают за свою жизнь, не группируется вокруг какого-то среднего значения. Она распределена по степенному закону, и это правило работает во всех океанах Земли.

Барометр на острове Таити и барометр в австралийском городе Дарвин показывают разное давление. Вычти одно из другого, и получится число, которое климатологи называют индексом Южного колебания. Оно меняется каждый день, но в этих ежедневных скачках прячутся ровные ритмы, как в шуме оркестра прячутся удары метронома.