Не одно десятилетие учёные разных стран мира – физики и астрономы, химики и даже биологи – детально изучают картину Ван Гога «Звёздная ночь». Шедевр голландского импрессиониста, написанный во время очередного психического обострения в 1899 году, будоражил любопытство многих – что именно хотел рассказать людям Ван Гог? В 2019 году учёные пришли к выводу, что красивые спирали и завитки на картине похожи не только на точное математическое описание турбулентных потоков воздуха в атмосфере Земли, но и на сверхзвуковые вихри газа и пыли в «звёздных яслях». Исследователи не успокоились таким объяснением и продолжили поиски, рассказывает научное издание EurekAlert.

В статье, опубликованной в журнале Physics of Fluids, учёные Китая и Франции, специализирующиеся на морских науках и гидродинамике, снова и снова анализировали картину. Они надеялись выявить то, что называют скрытой турбулентностью в изображении художником неба. «Масштаб мазков краски сыграл решающую роль, — прокомментировали авторы. — С помощью цифрового изображения с высоким разрешением мы смогли точно измерить типичный размер мазков и сравнить его с масштабами, которые предполагаются теорией турбулентности».

Чтобы выявить скрытую турбулентность, специалисты исследовали мазки на картине, изображающей листья, кружащиеся в воронке ветра: это помогло изучить форму, энергию и масштаб характеристик невидимой в других случаях атмосферы. Эксперты использовали относительную яркость, или светимость, различных цветов краски в качестве заменителя кинетической энергии физического движения. «Это демонстрирует глубокое и интуитивное понимание природных явлений, — говорят они. — Точное изображение Ван Гогом турбулентности, возможно, стало результатом изучения движения облаков и атмосферы или врождённого понимания того, как передать динамику неба».

В ходе исследования учёные изучили пространственный масштаб 14-ти основных вихревых фигур на картине, чтобы выяснить, соответствуют ли они теории каскадной энергии, которая описывает передачу кинетической энергии от крупномасштабных турбулентных потоков в атмосфере к мелкомасштабным. Они обнаружили, что общая картина соответствует закону Колмогорова, который предсказывает движение и масштаб атмосферы в соответствии с измеренной инерционной энергией. Дойдя до микромира внутри мазков краски, где относительная яркость рассеивается по всему полотну, исследователи обнаружили соответствие с законом Бэтчелора, который описывает правила энергии в мелкомасштабной пассивной скалярной турбулентности, возникающей при движении атмосферы. Обнаружение обоих законов в одной атмосферной системе — редчайшее явление, и это стало важным стимулом для их исследования.

«Считается, что турбулентность — одно из неотъемлемых свойств потоков с высоким числом Рейнольдса, в которых преобладает инерция, но в последнее время сообщалось о явлениях, похожих на турбулентность, и в то же время фиксирующихся в различных типах систем воздушных потоков в широком диапазоне пространственных масштабов…», — подытоживают учёные. — Похоже, пришло время предложить новое определение турбулентности, охватывающее больше ситуаций».