Физики нашли новое объяснение феномена поющих дюн

Поющие пески (Singing sand) известны людям очень давно, однако до сих пор не существует исчерпывающего объяснения этому явлению. Свою версию генерации мощного звука предложили Бруно Андреотти (Bruno Andreotti) и Ленаик Бонно (L?na?c Bonneau) из лаборатории физики и механики гетерогенных сред (PMMH) в Париже. Они утверждают, что поющие дюны являются акустическими лазерами.

Одно из мест, где существуют известные на весь мир поющие дюны, – Казахстан (на снимке), а вообще поющие пески можно найти в 35 пустынях по всему свету (фото с сайта aboutkazakhstan.com).

Звуки, длящиеся от нескольких секунд до минут и похожие то на голос органа, то на гром, то на рык животного, поющие дюны издают при воздействии порывов ветра или даже просто после того, как кто-то пройдёт близ гребня. Эти события служат спусковым крючком — сверху начинает осыпаться небольшая лавина, и по мере её продвижения вниз звук нарастает.

В общих чертах учёные уже разобрались, что за генерацию волн отвечает трение отдельных песчинок в лавине, их соударение и скачки по подстилающей поверхности. Тонкие же детали процесса до сих пор являются предметом споров, и им посвящено немало работ, опубликованных за последние годы. В частности, не вполне ясным остаётся, как всё же звук от дюн может достигать такой мощности — его иногда принимают за гул от низколетящего самолёта, а разносится он порой на пару километров.

Андреотти и Бонно полагают, что феномен можно объяснить, если провести аналогию между дюной и лазером. После проведения натурных измерений в Марокко они обнаружили, что генерируемые движущимся слоем упругие волны проникают в неподвижный слой песка, где распространяются во все стороны. При этом колебания от задней части лавины догоняют её фронт, где синхронизируются с колебаниями, производимыми впередиидущими частицами.

Ключевую роль тут играет многократное отражение волн от границы раздела между подвижным и неподвижным слоями. В результате возникает эффект усиления, идентичный индуцированному когерентному излучению в теле лазера, которое провоцирует проходящая световая волна, постепенно набирающая силу.

Авторы работы создали математическую модель, описывающую такую нестабильность дюны при воздействии упругих волн, и показали — как именно возникает рост волн по мере бега лавины. (Детали расчётов можно увидеть в статье в Physical Review Letters.)

Возможно, что на основе этой модели физики наконец снимут все вопросы, связанные с поющими дюнами. Впрочем, сами авторы исследования не считают, что дело закончено, и с удовольствием подискутируют со специалистами относительно своей и чужих версий происходящего.