คลื่นยักษ์ rogue wave เดิมเป็นตำนานของกะลาสีเรือที่ดำรงอยู่มาช้านาน
แต่หลักฐานที่ชัดเจนเกี่ยวกับการดำรงอยู่ของมันเกิดขึ้นในช่วงไม่กี่ทศวรรษที่ผ่านมาเท่านั้น
คลื่นยักษ์ (rogue wave) มีชื่อเรียกหลายชื่อได้แก่ freak wave และ monster wave เป็นคลื่นผิวน้ำขนาดใหญ่ที่เกิดขึ้นฉับพลัน ที่สามารถล่มเรือขนาดกลางถึงใหญ่ได้ โดยในอดีตเชื่อกันว่าเป็นเพียงเรื่องเล่า แต่ในปัจจุบัน มีการยืนยันแล้วว่าเป็นหนึ่งในปรากฏการณ์ธรรมชาติทางทะเลที่ไม่พบบ่อยนัก
คลื่นที่เป็นเหมือน killer waves นี้เป็นส่วนหนึ่งของคติชนทางทะเลมานานหลายศตวรรษ แต่นักวิทยาศาสตร์ให้การยอมรับว่าเป็นเรื่องจริงในช่วงไม่กี่ทศวรรษที่ผ่านมา โดยเรียกมันว่า 'extreme storm waves' เป็นคลื่นที่มีขนาดใหญ่กว่าสองเท่าของคลื่นโดยรอบ ที่ไม่สามารถคาดเดาได้ และมักจะมาจากทิศทางอื่นโดยไม่คาดคิด นอกเหนือจากลมและคลื่นที่พัดผ่าน
เป็นเวลาหลายศตวรรษที่คลื่นนักฆ่าเหล่านี้ถูกมองว่าเป็นตำนาน ด้วยกำแพงน้ำที่สูงตระหง่านถูกอ้างว่าทำเรือหายไปอย่างลึกลับ ซึ่งรายงานส่วนใหญ่เกี่ยวกับคลื่นพายุรุนแรงนี้จะถูกเล่าว่า มันดูเหมือนเป็น "กำแพงน้ำ" ที่มีร่องลึกผิดปกติ ที่สูงประมาณ 100 ฟุตหรือสูงกว่านั้น และอาจเพิ่มขึ้นอย่างฉับพลัน
แต่ในวันขึ้นปีใหม่ในปี 1995 เมื่อคลื่นยักษ์โจมตีการติดตั้งน้ำมัน Draupner ในทะเลเหนือของนอร์เวย์ ด้วยคลื่นที่มีความสูงมากกว่า 80 ฟุต ถูกตรวจพบได้ด้วยเครื่องมือทางวิทยาศาสตร์ที่แท่นขุดเจาะน้ำมันในทะเลเหนือ และเป็นการยืนยันการมีอยู่ของตำนานเหล่านี้ ซึ่งนักวิทยาศาสตร์ระบุว่า การทำความเข้าใจว่าคลื่นมหึมาดังกล่าวก่อตัวขึ้นอย่างไร อาจนำไปสู่การคาดการณ์ว่ามันจะเกิดขึ้นเมื่อใดได้
ในปี 1993 คลื่น rogue wave ซัดเข้าใส่เรือบรรทุกน้ำมัน Overseas Chicago ทางกราบขวาขณะที่มันมุ่งหน้าไปทางใต้จาก Valdez, Alaska
ในขณะที่เรือกำลังแล่นไปในทะเล โดยคลื่นได้กวาดไปทั่วดาดฟ้าซึ่งสูงกว่า 18 เมตรเหนือแนวน้ำ
Cr. National Oceanic and Atmospheric Administration ( NOAA )
ตั้งแต่นั้นมา สหภาพยุโรปได้ริเริ่มโครงการ MaxWave ซึ่งอาศัยภาพถ่ายดาวเทียมกว่า 30,000 ภาพ จากดาวเทียมเรดาร์ของ European Space Agency เพื่อตรวจจับสิ่งที่ดูเหมือนจะเป็นคลื่น rogue waves ทั่วโลก ซึ่งตอนนี้นักวิทยาศาสตร์กำลังพยายามค้นหาว่าอะไรเป็นสาเหตุของสัตว์ประหลาดเหล่านี้ และเนื่องจากคลื่นเหล่านี้เป็นเรื่องแปลก การวัดและการวิเคราะห์ปรากฏการณ์นี้จึงหายากมาก วิธีการและเวลาที่จะก่อตัวของคลื่นยังอยู่ระหว่างการตรวจสอบ แต่นักวิทยาศาสตร์คาดว่าน่าจะมีสาเหตุมาจากหลายประการ เช่น
- การสอดแทรกแบบเสริมกัน (Constructive interference) คลื่นที่รุนแรงมักก่อตัวขึ้น เนื่องจากการพองตัวขณะเดินทางข้ามมหาสมุทรด้วยความเร็วด้วยทิศทางที่แตกต่างกัน ในขณะที่คลื่นเหล่านี้เคลื่อนผ่านกันและกัน ยอดร่องและความยาวบางครั้งก็เกิดขึ้นพร้อมกันและเสริมแรงซึ่งกันและกัน กระบวนการนี้อาจก่อตัวเป็นคลื่นขนาดใหญ่ที่ผิดปกติ ซึ่งจะหายไปอย่างรวดเร็ว หากคลื่นเคลื่อนไปในทิศทางเดียวกัน โดยคลื่นภูเขาเหล่านี้อาจอยู่ได้นานหลายนาทีก่อนจะลดลง
- พลังงานคลื่นในทะเล (Focusing of wave energy) เมื่อคลื่นที่เกิดจากพายุพัฒนาขึ้นในกระแสน้ำสวนทางกับทิศทางคลื่นปกติ การโต้ตอบอาจเกิดขึ้นซึ่งส่งผลให้ความถี่ของคลื่นสั้นลง สิ่งนี้สามารถทำให้คลื่นรวมตัวกันแบบไดนามิก ก่อตัวเป็นคลื่น rogue waves ที่ขนาดใหญ่มาก ซึ่งบางครั้งจะสามารถเห็นได้ในกระแสน้ำ เช่นกระแสน้ำ Gulf Stream และ Agulhas โดยคลื่นที่รุนแรงที่พัฒนาในรูปแบบนี้มักจะอยู่ได้นานมากขึ้นกว่าจะหายไป
คลื่น rogue waves ที่สูงประมาณ 18.3 เมตร (60 ฟุต) ใน Gulf Stream นอกเมือง Charleston เซาท์แคโรไลนา
ในขณะนั้นลมที่ผิวน้ำเบาลงที่ 15 นอต ในขณะที่คลื่นกำลังเคลื่อนตัวออกจากเรือ แต่หลังจากนั้นกลับกระแทกเข้ามาไม่นาน ก่อนที่ภาพนี้จะถูกจับ
ในปี 2001 ตามการศึกษาของ European Space Agency (ESA) ได้ตรวจพบพบคลื่น rogue waves ที่มีแอมพลิจูดสูงมากกว่า 10 คลื่นในสามสัปดาห์
พบว่า คลื่น rogue เป็นผลมาจากกระบวนการที่ซับซ้อนและไม่เป็นเชิงเส้นอย่างแท้จริง ซึ่งเกี่ยวข้องกับปัจจัยอื่น ๆ ที่เป็นที่รู้จักเช่น ลมกระแสน้ำ การไหลของน้ำ และความแตกต่างของอุณหภูมิของน้ำ เป็นต้น
ดังนั้น แนวคิดเรื่องการซ้อนทับหรือการรวมกัน (superposition) ของคลื่น 2 คลื่นที่เคลื่อนที่มาพบกันจึงถูกยกเลิกไป แต่เป็นตัวแปรทั้งหมดข้างต้นที่จะถูกนำมาอธิบายการก่อตัวของคลื่นนี้ โดยการก่อตัวของคลื่น rogue ในน้ำลึกนั้น เป็นปรากฏการณ์กึ่งปกตินอกชายฝั่งของแอฟริกาใต้ แต่ยังสามารถเกิดขึ้นได้ในมหาสมุทรแอตแลนติกและในทะเลเหนือ
ซึ่งในการศึกษาล่าสุดชี้ให้เห็นว่า คลื่นที่ไม่สามารถเล่นโต้คลื่นได้เหล่านี้อาจก่อตัวขึ้นในระบบพายุ และอาจไม่สามารถคาดเดาได้ว่าจะเกิดขึ้น แต่นักวิจัยบางคนเชื่อว่ามันอาจไม่จำเป็นต้องสร้างพายุก็เกิดคลื่นได้ ต่อมาในปี 2016 วิศวกรเครื่องกลของสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ (MIT) ได้พัฒนาอัลกอริทึมที่คาดการณ์ว่าคลื่น rogue waves อาจโจมตีได้ที่ไหนและเมื่อใด ซึ่งการพัฒนาดังกล่าวจะช่วยให้ลูกเรือได้รับคำเตือนสองถึงสามนาที ก่อนที่จะเกิดผลกระทบเพื่อเพิ่มโอกาสในการรอดชีวิต
แม้แต่คลื่น "ปกติ" ก็ยังมีพลังมาก (Cr. Frans Lemmens / Alamy)
เครื่องมือนี้จะทำงานโดยเลื่อนข้อมูลจากคลื่นรอบข้าง จากนั้นอัลกอริทึมจะคำนวณความน่าจะเป็นที่กลุ่มคลื่นจะเปลี่ยนเป็นคลื่น rogue ภายในไม่กี่นาทีข้างหน้า ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับความยาวและความสูงของกลุ่มคลื่นด้วย ซึ่งในที่สุด สิ่งสำคัญคือเพื่อเน้นว่าคลื่นยักษ์นั้นแตกต่างจากคลื่นสึนามิ ที่เกิดจากแผ่นดินไหวหรือแผ่นดินถล่มและหมุนไปเรื่อย ๆ จนกว่าจะเข้าฝั่ง
จนกระทั่งปลายปี 2020 มีกลุ่มนักคณิตศาสตร์ ได้แก่ Eric Vanden-Eijnden จากมหาวิทยาลัย New York, Giovanni Dematteis และ Miguel Onorato จากมหาวิทยาลัยตูรินในอิตาลี และ Tobias Grafke จากมหาวิทยาลัย Warwick ในอังกฤษ ได้แสดงการทดลองให้เห็นวิธีใหม่ในการทำนายคลื่น rogue โดยใช้ถังน้ำขนาดใหญ่
สำหรับแนวทางของพวกเขา มาจากทฤษฎีทางคณิตศาสตร์ที่เกี่ยวกับการเบี่ยงเบนขนาดใหญ่ ซึ่งจะหาจำนวนเหตุการณ์หายากที่เกิดขึ้น พวกเขาคิดว่าคลื่น rogue เป็นเอกลักษณ์ (entity) ทางสถิติที่เรียกว่า " instanton " ซึ่งเป็นรูปคลื่นที่เกิดจากการคำนวณ ในฟิสิกส์ของอนุภาคทฤษฎีข้อมูลและการจัดการความเสี่ยง
นี่คือภาพแสดงความเสียหายของโครงสร้างของเรือบรรทุกน้ำมันสัญชาตินอร์เวย์ Wilstar ในปี 1974 ที่เกิดจากคลื่น rogue
จากคลื่นสูงชันที่เข้ามาปะทะ โดยจุดมุ่งหมายประการหนึ่งของการวิจัยคลื่น rogue คือการแนะนำให้มีการเปลี่ยนแปลงในการออกแบบเรือ
เพื่อให้มีความเสี่ยงน้อยลงในอนาคต Cr.esa.int/
โดยในแบบจำลองของกลุ่มนักคณิตศาสตร์ ที่อธิบายไว้เมื่อเดือนธันวาคมปี 2020 ที่ผ่านมา ในวารสาร Physical Review X โดยเลียนแบบสภาพทะเลที่รุนแรงภายในแท้งค์น้ำที่ยาว 270 เมตรในนอร์เวย์ โดยเครื่องจักรของรถถังได้สร้างคลื่นที่มีลักษณะเฉพาะที่นักวิจัยสามารถเลือกได้ ด้วยการชนกันของรูปคลื่นที่ปรับแต่งเข้าด้วยกัน ในที่สุด พวกเขาก็สามารถระบุต้นกำเนิดที่ส่งผลให้คลื่นสูงถึงห้าเท่าของความสูงโดยรอบได้
ด้วยทฤษฎีของการเบี่ยงเบนขนาดใหญ่นี้ ยังชี้ให้เห็นว่าการรวมกันของคลื่นที่นำไปสู่การเปลี่ยนแปลงความสูงอย่างมีนัยสำคัญ จะทำให้เกิดคลื่นขนาดใหญ่ที่มีรูปร่างที่แตกต่างกันโดยไม่คำนึงถึงเงื่อนไขเริ่มต้น และจากการทดสอบในถังน้ำพิสูจน์แล้วว่า คลื่น rogue จะเกิดขึ้นเหมือนกันหมดทุกครั้ง
ข้อกังวลประการหนึ่งคือ คลื่น rogue อาจกลายเป็นเรื่องปกติมากขึ้นเมื่อสภาพอากาศของโลกเปลี่ยนแปลงไป โลกของเราอยู่ในช่วงที่ร้อนขึ้น
หมายความว่ามีพลังงานมากขึ้นทั้งในชั้นบรรยากาศและในมหาสมุทร ซึ่งนักวิทยาศาสตร์คาดการณ์ว่าในช่วงหลายทศวรรษข้างหน้าจะมีพายุบ่อยครั้งขึ้นด้วยความเร็วลมที่สูงขึ้น และพลังงานที่มากขึ้นอาจส่งผลให้เกิดคลื่นขนาดใหญ่ได้ ดังนั้น คลื่นที่มีขนาดใหญ่และถี่มากขึ้น จะสามารถนำไปสู่การทำลายล้างและการสูญหายของเรือในทะเลได้มากขึ้น
ภาพพิมพ์ "The Great Wave off Kanagawa" โดย Katsushika Hokusai
ภาพนี้เป็นภาพของคลื่นยักษ์ขนาดใหญ่ที่ถูกลมพัดเข้าใส่เรือประมงในจังหวัดคานางาวะ ที่มีฉากหลังเป็นภูเขาไฟฟูจิ
ซึ่งมักมีผู้เข้าใจผิดอยู่บ่อยครั้งว่าเป็นภาพของคลื่นสึนามิ แต่คลื่นนี่น่าจะเป็นตัวอย่างของคลื่นยักษ์ขนาดใหญ่
(Cr. Universal Art Archive / Alamy)
คลื่นยักษ์ซัดเข้าที่เมืองนาซาเร่ในโปรตุเกส Cr.ภาพ: Jorge Santos / Flickr
(ขอขอบคุณที่มาของข้อมูลทั้งหมดและขออนุญาตนำมา)
" rogue wave " คลื่นยักษ์ขนาดใหญ่ในตำนาน
เป็นเวลาหลายศตวรรษที่คลื่นนักฆ่าเหล่านี้ถูกมองว่าเป็นตำนาน ด้วยกำแพงน้ำที่สูงตระหง่านถูกอ้างว่าทำเรือหายไปอย่างลึกลับ ซึ่งรายงานส่วนใหญ่เกี่ยวกับคลื่นพายุรุนแรงนี้จะถูกเล่าว่า มันดูเหมือนเป็น "กำแพงน้ำ" ที่มีร่องลึกผิดปกติ ที่สูงประมาณ 100 ฟุตหรือสูงกว่านั้น และอาจเพิ่มขึ้นอย่างฉับพลัน
แต่ในวันขึ้นปีใหม่ในปี 1995 เมื่อคลื่นยักษ์โจมตีการติดตั้งน้ำมัน Draupner ในทะเลเหนือของนอร์เวย์ ด้วยคลื่นที่มีความสูงมากกว่า 80 ฟุต ถูกตรวจพบได้ด้วยเครื่องมือทางวิทยาศาสตร์ที่แท่นขุดเจาะน้ำมันในทะเลเหนือ และเป็นการยืนยันการมีอยู่ของตำนานเหล่านี้ ซึ่งนักวิทยาศาสตร์ระบุว่า การทำความเข้าใจว่าคลื่นมหึมาดังกล่าวก่อตัวขึ้นอย่างไร อาจนำไปสู่การคาดการณ์ว่ามันจะเกิดขึ้นเมื่อใดได้
- การสอดแทรกแบบเสริมกัน (Constructive interference) คลื่นที่รุนแรงมักก่อตัวขึ้น เนื่องจากการพองตัวขณะเดินทางข้ามมหาสมุทรด้วยความเร็วด้วยทิศทางที่แตกต่างกัน ในขณะที่คลื่นเหล่านี้เคลื่อนผ่านกันและกัน ยอดร่องและความยาวบางครั้งก็เกิดขึ้นพร้อมกันและเสริมแรงซึ่งกันและกัน กระบวนการนี้อาจก่อตัวเป็นคลื่นขนาดใหญ่ที่ผิดปกติ ซึ่งจะหายไปอย่างรวดเร็ว หากคลื่นเคลื่อนไปในทิศทางเดียวกัน โดยคลื่นภูเขาเหล่านี้อาจอยู่ได้นานหลายนาทีก่อนจะลดลง
- พลังงานคลื่นในทะเล (Focusing of wave energy) เมื่อคลื่นที่เกิดจากพายุพัฒนาขึ้นในกระแสน้ำสวนทางกับทิศทางคลื่นปกติ การโต้ตอบอาจเกิดขึ้นซึ่งส่งผลให้ความถี่ของคลื่นสั้นลง สิ่งนี้สามารถทำให้คลื่นรวมตัวกันแบบไดนามิก ก่อตัวเป็นคลื่น rogue waves ที่ขนาดใหญ่มาก ซึ่งบางครั้งจะสามารถเห็นได้ในกระแสน้ำ เช่นกระแสน้ำ Gulf Stream และ Agulhas โดยคลื่นที่รุนแรงที่พัฒนาในรูปแบบนี้มักจะอยู่ได้นานมากขึ้นกว่าจะหายไป
พบว่า คลื่น rogue เป็นผลมาจากกระบวนการที่ซับซ้อนและไม่เป็นเชิงเส้นอย่างแท้จริง ซึ่งเกี่ยวข้องกับปัจจัยอื่น ๆ ที่เป็นที่รู้จักเช่น ลมกระแสน้ำ การไหลของน้ำ และความแตกต่างของอุณหภูมิของน้ำ เป็นต้น
ดังนั้น แนวคิดเรื่องการซ้อนทับหรือการรวมกัน (superposition) ของคลื่น 2 คลื่นที่เคลื่อนที่มาพบกันจึงถูกยกเลิกไป แต่เป็นตัวแปรทั้งหมดข้างต้นที่จะถูกนำมาอธิบายการก่อตัวของคลื่นนี้ โดยการก่อตัวของคลื่น rogue ในน้ำลึกนั้น เป็นปรากฏการณ์กึ่งปกตินอกชายฝั่งของแอฟริกาใต้ แต่ยังสามารถเกิดขึ้นได้ในมหาสมุทรแอตแลนติกและในทะเลเหนือ
ซึ่งในการศึกษาล่าสุดชี้ให้เห็นว่า คลื่นที่ไม่สามารถเล่นโต้คลื่นได้เหล่านี้อาจก่อตัวขึ้นในระบบพายุ และอาจไม่สามารถคาดเดาได้ว่าจะเกิดขึ้น แต่นักวิจัยบางคนเชื่อว่ามันอาจไม่จำเป็นต้องสร้างพายุก็เกิดคลื่นได้ ต่อมาในปี 2016 วิศวกรเครื่องกลของสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ (MIT) ได้พัฒนาอัลกอริทึมที่คาดการณ์ว่าคลื่น rogue waves อาจโจมตีได้ที่ไหนและเมื่อใด ซึ่งการพัฒนาดังกล่าวจะช่วยให้ลูกเรือได้รับคำเตือนสองถึงสามนาที ก่อนที่จะเกิดผลกระทบเพื่อเพิ่มโอกาสในการรอดชีวิต
จนกระทั่งปลายปี 2020 มีกลุ่มนักคณิตศาสตร์ ได้แก่ Eric Vanden-Eijnden จากมหาวิทยาลัย New York, Giovanni Dematteis และ Miguel Onorato จากมหาวิทยาลัยตูรินในอิตาลี และ Tobias Grafke จากมหาวิทยาลัย Warwick ในอังกฤษ ได้แสดงการทดลองให้เห็นวิธีใหม่ในการทำนายคลื่น rogue โดยใช้ถังน้ำขนาดใหญ่
สำหรับแนวทางของพวกเขา มาจากทฤษฎีทางคณิตศาสตร์ที่เกี่ยวกับการเบี่ยงเบนขนาดใหญ่ ซึ่งจะหาจำนวนเหตุการณ์หายากที่เกิดขึ้น พวกเขาคิดว่าคลื่น rogue เป็นเอกลักษณ์ (entity) ทางสถิติที่เรียกว่า " instanton " ซึ่งเป็นรูปคลื่นที่เกิดจากการคำนวณ ในฟิสิกส์ของอนุภาคทฤษฎีข้อมูลและการจัดการความเสี่ยง
ด้วยทฤษฎีของการเบี่ยงเบนขนาดใหญ่นี้ ยังชี้ให้เห็นว่าการรวมกันของคลื่นที่นำไปสู่การเปลี่ยนแปลงความสูงอย่างมีนัยสำคัญ จะทำให้เกิดคลื่นขนาดใหญ่ที่มีรูปร่างที่แตกต่างกันโดยไม่คำนึงถึงเงื่อนไขเริ่มต้น และจากการทดสอบในถังน้ำพิสูจน์แล้วว่า คลื่น rogue จะเกิดขึ้นเหมือนกันหมดทุกครั้ง
ข้อกังวลประการหนึ่งคือ คลื่น rogue อาจกลายเป็นเรื่องปกติมากขึ้นเมื่อสภาพอากาศของโลกเปลี่ยนแปลงไป โลกของเราอยู่ในช่วงที่ร้อนขึ้น
หมายความว่ามีพลังงานมากขึ้นทั้งในชั้นบรรยากาศและในมหาสมุทร ซึ่งนักวิทยาศาสตร์คาดการณ์ว่าในช่วงหลายทศวรรษข้างหน้าจะมีพายุบ่อยครั้งขึ้นด้วยความเร็วลมที่สูงขึ้น และพลังงานที่มากขึ้นอาจส่งผลให้เกิดคลื่นขนาดใหญ่ได้ ดังนั้น คลื่นที่มีขนาดใหญ่และถี่มากขึ้น จะสามารถนำไปสู่การทำลายล้างและการสูญหายของเรือในทะเลได้มากขึ้น