На картине Винсента Ван Гога «Звездная ночь» изображено клубящееся голубое небо с желтой луной и звездами. Небо – это взрыв красок и форм, каждая звезда заключена в рябь желтого цвета, переливающуюся светом, будто отражение на воде.
Мазки кисти Ван Гога создают иллюзию движения неба, настолько убедительную, что ученые-атмосферологи задались вопросом, насколько она соответствует физике реального неба. В то время как движение атмосферы на картине нельзя измерить, мазки кисти можно.
В статье, опубликованной в журнале Physics of Fluids, исследователи, специализирующиеся на морских науках и гидродинамике, проанализировали картину Ван Гога, чтобы обнаружить то, что они называют скрытой турбулентностью в изображенном художником небе, сообщает научное издание EurekAlert!.
«Масштаб мазков краски сыграл решающую роль», – говорит автор работы Юнсян Хуан. «С помощью цифрового снимка высокого разрешения мы смогли точно измерить типичный размер мазков и сравнить их с масштабами, которые предполагаются теорией турбулентности».
Чтобы выявить скрытую турбулентность, авторы использовали мазки на картине, похожие на листья, кружащиеся в воронке ветра, для изучения формы, энергии и масштаба атмосферных характеристик невидимой атмосферы. Также была использована относительная яркость, или светимость, различных цветов краски в качестве аналога кинетической энергии физического движения.
«В этом проявляется глубокое и интуитивное понимание природных явлений», – говорит Хуанг. «Точное изображение Ван Гогом турбулентности может быть результатом изучения движения облаков и атмосферы или врожденного чувства, как передать динамизм неба».
Авторы исследования изучили пространственный масштаб 14 основных вихревых фигур картины, чтобы выяснить, соответствуют ли они теории каскадной энергии, которая описывает передачу кинетической энергии от крупных к мелким турбулентным потокам в атмосфере.
Было обнаружено, что общая картина соответствует закону Колмогорова, который предсказывает движение и масштабы атмосферы в зависимости от измеренной инерционной энергии. Дойдя до микромира в самих мазках краски, где относительная яркость рассеивается по всему полотну, исследователи обнаружили соответствие с масштабом Бэтчелора, который описывает энергетические законы в мелкомасштабной, пассивной скалярной турбулентности, следующей за движением атмосферы.
Обнаружение обеих шкал в одной атмосферной системе – большая редкость, и это послужило важным стимулом для исследования.
«Считается, что турбулентность – это одно из неотъемлемых свойств потоков с высокими значениями числа Рейнольдса, в которых доминирует инерция, но в последнее время турбулентноподобные явления были зарегистрированы для различных типов потоковых систем в широком диапазоне пространственных масштабов, с низкими значениями числа Рейнольдса, где вязкость является доминирующей. Похоже, настало время предложить новое определение турбулентности, чтобы охватить больше ситуаций», – заключил Хуанг.
[Фото: Yinxiang Ma]