【大纪元2013年09月25日讯】（大纪元记者沙莉编译报导）天文学家研究宇宙中神秘的黑洞，但就在地球上也有“黑洞”，你会相信吗？瑞士苏黎世联邦理工学院和美国迈阿密大学的科学家进行的一项新的研究表明，从数学意义上说，大型海洋漩涡的行为很像黑洞。漩涡像黑洞一样有自己的“连贯”界限。此外，像黑洞，它们吞下一切太靠近的东西，无物可逃。
北欧的冬季温和，原因在于墨西哥湾流，这是塑造气候的全球洋流的一部分。此外，我们的气候也受到直径超过150公里的巨大的海洋漩涡影响。根据研究报告南大洋这种漩涡中的数量有所增加，导致增加了向北方运输的温暖咸水。科学家认为这种现象可以抵消融化的极地冰的负面影响。
然而，到目前为止，科学家们不能够准确测量漩涡的这种效果，因为他们无法确定漩涡的边界。在动荡的海洋中很难找到这样的漩涡。漩涡内外的同时旋转和整体漂移运动看上去很混乱。瑞士苏黎世联邦理工学院非线性动力学教授哈勒（George Haller）和迈阿密大学的海洋学研究教授贝隆维拉（Francisco Beron-Vera），现在找到了解决这个问题的方法。在流体力学杂志上，他们提出了一种新的数学方法来识别具有明确边界的输送水的海水漩涡。两人开发了一个模型来识别漩涡的边界，使用与揭示黑洞光子球边界相同的数学原理。经过三个月以上的卫星观测后，他们利用该模型找到7个直径200-300公里的“黑洞”漩涡。
无物可逃离漩涡
哈勒说，“黑洞周围光子球区有将任何东西（除了光）吸入黑洞的属性。同样，我们发现漩涡边界有将任何漂浮在海洋表面（水除外）吸入到其漩涡内的属性。”
他说，漩涡可以持续一年或两年，虽然大多数持续几个月。
黑洞是太空中的天体，质量极大，它产生的引力场是如此之强，以致于任何物质和辐射都无法逃逸，就连传播速度最快的光（电磁波）也逃逸不出来。
但是，当光线接近黑洞一定距离时，受引力作用如此强烈的弯曲，使得光子进入到一个球形轨道围着黑洞旋转。爱因斯坦的相对论称其为光子球，光子球是个零厚度的封闭的光环组成的球状边界。
两位科学家发现了海洋漩涡具有类似的封闭边界。在这些边界上，流体粒子运动沿封闭的轨道运动，类似光子球中光子的运动，既不落入黑洞内，也不逃溢。没什么可以逃离海洋漩涡的封闭边界，水也不可能。
正是这些边界帮助从大量卫星数据中识别出海洋涡旋。哈勒说，虽然很奇怪，确实存在这样连贯的“水球” 。
漩涡是水中运输车
因为漩涡稳定抱在一起，可以充当运载工具，如浮游生物这样的微有机体，或异物如塑料废弃物或油，也为水提供了与周围有所不同的温度和盐度。两人在所谓的阿古拉斯（Agulhas）环已经验证了这一点，阿古拉斯环经常出现在南大洋，在非洲南端向北输送温暖的咸水。研究人员跟踪7个黑洞型阿古拉斯环，它们携带的水几乎一年之久不与周围的水混合。
哈勒说，这种涡旋连贯性也表现在海洋以外的其他复杂流动中。在这个意义上说，许多飓风也可能类似黑洞。最壮观的黑洞型漩涡例子是木星的大红斑。哈勒说，“数学家早就试图了解复杂流体中的相干漩涡。”
令人惊讶的是，第一个认识到海洋漩涡的这种黑洞特征的居然是美国作家爱伦坡（Edgar Allan Poe）。在他的小说“堕入漩涡（A Descent into the Maelstrom）”中，他描述了一个坚固的泡沫带围绕海水旋转。这激发了两位科学家的灵感，用看起来复杂的数学公式，探究海洋里的“光子球”边界。他们的研究对海洋研究大问题有助益，如与气候相关的问题、垃圾和油的扩散模式。
“完整捕捉连贯的海洋漩涡的影响对几个全球气候模拟中心是一个重要的推动力。”美国国家海洋和大气管理局地球物理流体动力学实验室的海洋学家罗伯特．哈贝格博士这样评价说。
漩涡可以输送热量、咸水和养分到遥远的北方，它的大规模混合行为可缓和气候变化的影响，帮助抵消海冰融化打乱全球大气环流的含盐量低冷水注入海洋的影响。识别漩涡也可能帮助科学家预测如漏油污染的水的运动 。
该研究结果发表在9月号流体力学杂志（Journal of Fluid Mechanics）上。
（责任编辑：毕儒宗）
留言