깊은 곳으로부터 생기는 거대파도는 선박과 해양 석유굴착 플랫폼에 큰 손상을 줄 수 있다. 그 이유는 거대파도의 높이가 주변 파도들의 2배까지 높을 수 있으며, 또한 갑자기 들이닥치는 것처럼 보이기 때문이다. 그런데 이러한 바다 괴물이 나타나기 전에 약간의 징후를 보일지도 모른다는 것이 새로운 연구의 주장이다.
거대파도가 실제로는 얼마나 불규칙한지를 알아내기 위해서, 독일 막스본연구소(Max Born Institute)의 군터 스타인마이어(Günter Steinmeyer)와 동료들은 1995년에 거대파도가 강타했던 노르웨이 연안의 드라우프너(Draupner) 석유굴착 플랫폼에서 시간에 따른 파도의 높이를 조사했다. 그들은 데이터를 다양한 길이의 조각들로 잘라서 거의 동일한 특징을 가진 조각들이 있는지 찾아보았다. 그런 뒤에 그들은 그 데이터를 임의로 뒤섞어서 그와 같은 반복된 사건들을 다시 찾아보았다. 뒤섞인 데이터에서보다는 원래의 데이터에서 반복된 사건들이 더 많다는 것을 연구팀은 발견했고, 이것은 거대파도가 완전히 불규칙하게 나타나기보다는 식별이 가능한 전조를 갖고 있다는 것을 의미한다. “데이터에 어떤 결정론적인 것이 존재한다고 확신할 수 있다”고 스타인마이어는 말했다.
2007년에, 연구자들은 광섬유 속에서 대단히 강력한 광 펄스가 겉보기에 불규칙하게 발생될 때에도 거대파도가 나타나는 것을 발견했다. 그러나 연구팀이 자신들의 방식을 광섬유 데이터에 적용했을 때에는 원래 데이터와 뒤섞인 데이터 사이에 차이를 발견할 수 없었다. 이것은 바다의 거대파도가 결정론적이며 작은 예측가능성을 갖고 있다는 것을 의미한다고 스타인마이어는 말했다. 예측하기가 힘들지만 그 중심부는 불규칙하지 않은 난류로부터 바다의 거대파도가 생기기 때문이라고 그는 말했다. 최선의 시나리오에서 그와 같은 파도는 충돌하기 10~20초 전에 예측될 수 있을지도 모른다.
“대조적으로, 광학 거대파도에 대한 예측이 완전히 불가능한 이유는 아마도 광학 거대파도가 양자 변동(quantum fluctuations)에 기초하기 때문일지 모른다. 이것이 시사하는 것은 ‘불량성(rogueness)’과 예측가능성은 실제로 서로 전혀 관계가 없다는 것”이라고 스타인마이어는 말했다. 이러한 결과가 놀랍지만 받아들이기 어려운 것은 아니라고 베를린 로스토크대(University of Rostock)의 페도르 미추케(Fedor Mitschke)는 말했다. 이번 연구는 계가 예측가능한지 불가능한지를 결정하기 위한 도구를 제공할 수 있을 것이라는 것이 그의 생각이다.
* 관련논문 : Physical Review Letters, DOI: 10.1103/PhysRevLett.114.213901
Giant rogue waves that rise from the deep can do massive damage to ships and oil platforms. That's because they can be up to twice as tall as surrounding waves; and also seem to strike without warning. Now a new study says these sea monsters may give some hints before they appear.
To find out how random rogue waves actually are, Günter Steinmeyer and his colleagues at the Max Born Institute in Berlin, Germany, examined wave heights measured over time at the Draupner oil platform off the coast of Norway, where a rogue wave struck in 1995. They sliced the data into segments of varying length, looking for those with nearly identical features. Then they randomly shuffled the data and again looked for such repeated events.
The team found more repeated events in the original data than in the shuffled versions, meaning that the rogue wave had identifiable precursors, rather than appearing completely randomly. "You can be sure that there is some determinism in the data," says Steinmeyer.
In 2007, researchers discovered rogue waves also occur in fibre-optic cables when unusually strong pulses of light are generated seemingly at random. But when the team applied their method to optical-fibre data, they found no difference between the original and shuffled versions.
Steinmeyer says this means rogue ocean waves are deterministic and have a small amount of predictability. This is because rogue ocean waves arise from turbulence, which is difficult to predict, he says, but not random at its core, he says. In the best case scenario such waves might be predicted 10 to 20 seconds before impact.
By contrast, the fact that optical rogue waves are completely unpredictable is probably because they are based on quantum fluctuations, says Steinmeyer. "What this shows is really that 'rogueness' and predictability have nothing to do with each other."
The results are surprising, but not implausible, says Fedor Mitschke of the University of Rostock in Berlin. He thinks this work could provide a toolbox to decide whether a system is or is not predictable.
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