Suuria aaltoja Atlantilla

Roistoaallot kuriin!

Tampereella tutkitaan roistoaaltoja, eli suuria yksittäisiä, vaarallisen korkeita hyökyaaltoja, jotka näyttävät syntyvän tyhjästä tyynen merenpinnan keskellä. Paitsi että nämä elokuvistakin tutut tappaja-aallot ovat sinällään mielenkiintoisia, jännittävää on myös se, että niistä on kiinnostunut juuri Tampereen teknillisen yliopiston optiikan tutkijat. Kansainvälissä tutkijaryhmässä, missä tamperelaisetkin ovat mukana, on keksitty miten lasereiden ja kuituoptiikan tutkimus voi lisätä ymmärrystämme näistä merionnettomuuksienkin aiheuttajista. Roistoaallot ovat harvinaisia, eikä niiden olemassaolosta ei ole aiemmin ollut tieteellistä todistusaineistoa, vaan suuri osa niistä olevasta tiedosta on peräisin merenkulkijoiden kertomuksista. Nämä aallot tulivat mieleen, kun optiikan tutkijat huomasivat, että tietyissä olosuhteissa optisessa kuidussa kulkevat lyhyet ja voimakkaat valopulssit muistuttavat kovin paljon roistoaaltoja. Niiden syntyä voidaan kuvata samoilla matemaattisilla kaavoilla. "Optiikkaa voidaan käyttää testialustana monien sellaisten kiehtovien luonnonilmiöiden tutkimuksessa, joiden tarkkailu luonnollisessa ympäristössä on vaikeaa", sanoo Associate Professor, akatemiatutkija Göery Genty Tampereen teknillisestä yliopistosta. Hän kuuluu kansainväliseen tutkimusryhmään, jonka työn tuloksia julkaistiin äskettäin arvostetuissa tieteellisissä aikakauslehdissä Nature Photonics ja Nature Communications. Gentyn lisäksi tutkimusryhmään kuuluivat professori John M. Dudley (Franche-Comtén yliopisto, Ranska), professori Frédéric Dias (University College Dublin, Irlanti) ja tutkija Miro Erkintalo, joka väitteli Tampereen teknillisessä yliopistossa Gentyn ohjauksessa ja työskentelee tällä hetkellä Uudessa-Seelannissa Aucklandin yliopiston fysiikan laitoksella. Nature Photonics -lehden lokakuun numerossa julkaistussa artikkelissaan Instabilities, breathers and rogue waves in optics tutkimusryhmä kuvaa tieteenalalla saavutetut edistysaskeleet, selvittää ilmiön taustalla vaikuttavat fysiikan lainalaisuudet ja tuo esiin optiikan tutkimuksen yhteyden hydrodynamiikan ymmärtämiseen.
Laser valokuidussa
Tutkimus on tulosta pitkäaikaisesta kuituoptiikan ja merentutkijoiden välisestä yhteistyöstä, joka sai alkunsa Suomen akatemian rahoittaman optisiin roistoaaltoihin keskittyvän hankkeen aikana vuonna 2009. Hankkeeseen osallistuneet tutkijat julkaisivat yli 30 tieteellistä artikkelia kansainvälisissä vertaisarvioiduissa lehdissä ja saavuttivat uraauurtavia tuloksia optiikan tutkimuksen kytköksistä muihin fysiikan osa-alueisiin. Toinen optisessa kuidussa ilmenevä yllättävä fysikaalinen ilmiö on mustaa aukkoa ympäröivä tapahtumahorisontti. Mustaa aukkoa, jonka vetovoima on niin suuri, ettei edes valo pääse pakenemaan sen vaikutuspiiristä, ympäröi näkymätön, laskennallinen raja, jonka sisäpuolelta mikään ei pääse enää ulos. Tätä kutsutaan tapahtumahorisontiksi. Se ympäröi myös valkoista aukkoa, jonne edes valo ei pääse. Samat fysiikan lainalaisuudet ovat havaittavissa optisessa kuidussa, jossa kulkee heikkoja ja voimakkaita valopulsseja eri nopeuksilla. "Sen lisäksi että tulokset viittaavat mielenkiintoisiin yhteyksiin ilmiön ja yleisen suhteellisuusteorian välillä, mekanismin oletetaan vaikuttavat myös optisten roistoaaltojen muodostumiseen", selittää Genty. Nature Communications -lehden syyskuun numerossa julkaistussa artikkelissa Nonlinear optics of fibre event horizons professori Genty kollegoineen Franche-Comtén ja Aucklandin yliopistoista kuvaa kuituoptisten tapahtumahorisonttien muodostumista. Yksinkertaisella ja kattavalla esityksellä voi olla välittömiä vaikutuksia painovoiman optiseen mallinnukseen liittyvien kvanttiominaisuuksien analyysiin. Tutkimus tehtiin Gentyn viisivuotisen akatemiatutkijakauden aikana. Ajanjaksolla on julkaistu yli 50 vertaisarvioitua artikkelia johtavissa tieteellisissä lehdissä. Roistoaalloista voi lukea lisää TTY:n Rajapinta-lehden jutuissa Roistoaallon prototyypin jäljillä ja Roistoaalto on merimiehen painajainen ja tutkijan unelma. Tämä juttu perustuu TTY.n keskiviikkona 1.10. julkaisemaan tiedotteeseen.

Juttuja samasta aiheesta