Bu qış Rusiyanın mərkəzi hissəsində qar azdır. Bəzi yerlərdə şübhəsiz ki, yağdı, amma yanvar ayında daha soyuq və qarlı hava gözləmək olardı. Bıçaq kimi boğucu qaranlıq və xoşagəlməz sululuq ənənəvi qış əylənclərindən zövq almağı çətinləşdirir. Buna görə də Cloud4Y həyatımıza biraz qar qatmağı təklif edir, danışaq... qar dənəciklərindən.
Qar dənəciklərinin yalnız iki növü olduğu düşünülür. Və bəzən "qar dənəciklərinin atası" adlandırılan bir alimin yeni bir nəzəriyyəsi var ki, bu, bunun səbəbini izah edir. — bu, qışın ortasında günəşli Cənubi Kaliforniyanı tərk edib Alaska, Fairbanks-a gedən, isti palto geyinən və üzərində kamera və bir parça polistirol ilə donmuş bir sahədə oturan heyrətamiz bir insandır.
Niyə? O, təbiətin yarada biləcəyi ən parlaq, ən mürəkkəb, ən gözəl qar dənəciklərini axtarır. Onun sözlərinə görə, ən maraqlı nümunələr ən soyuq yerlərdə - məşhur Fairbanks-da və qarlı şimal New York-da meydana gəlir. Lakin Kennet üçün gördüyü ən yaxşı qar Kokreyndə olub, Ontarionun şimal-şərqində yerləşən bir yerdir, burada zəif külək göydən düşən qar dənəciklərini dövrəyə alır.
Təbiətinin büyüsünə heyran qalan Libbrecht, arxeoloq səbrilə polistirol tahtasını öyrənir. Orada maraqlı bir şey varsa, onun gözü mütləq buna takılacaq. Əks halda - qar taxtadan süzülür və hər şey yenidən başlayır. Və bu saatlarla davam edir.
Libbrecht - fiziki. Maraqlı bir təsadüflə, Kaliforniya Texnologiya İnstitutundakı laboratoriyası Günəşin daxili strukturunu araşdırır və hətta qravitasiya dalğalarını aşkar etmək üçün müasir cihazlar hazırlamışdır. Lakin son 20 ildə Libbrecht'in həqiqi həyəcanı qar olub - onun yalnız görünüşü ilə deyil, həm də onun bu cür görünməsinə səbəb olan şeylə. "Göydən düşən obyektlərin nələr olduğu, bunun necə baş verdiyi və niyə bu cür göründüyü sualı məni həmişə narahat edir," - deyir Kennet.
Uzun müddət fizikaçılar üçün bir çox kiçik qar kristalları arasında iki üstün növü seçmək kifayət edirdi. Bunlardan biri - dörd və ya on iki qolu olan düz bir ulduzdur, hər bir qolu şaşılmaca gözəl toxumalarla bəzədilmişdir. Digəri - bir növ mini kolondur, bəzən düz "qapaqlar" arasında sıxışmış, bəzən isə adi bir bolt kimi görünən. Bu formalarda fərqli temperatur və rütubətdə görünə bilir, amma hansı formanı yaratma səbəbi bir sirr olaraq qalmışdır. Libbrecht'in illər boyu müşahidələri qar dənəciklərinin kristallaşma prosesini daha yaxşı başa düşməyə kömək edib.
Librakht'ın bu alandaki çalışmaları, kar tanelerinin ve diğer kar kristallerinin neden alıştığımız şekilde oluştuğunu açıklayan yeni bir modelin oluşturulmasına yardımcı oldu. Onun teorisine göre, bu, donma (kristalleşme) noktasındaki su moleküllerinin hareketini ve bu moleküllerin belirli hareketlerinin, farklı koşullarda oluşan kristallerin kümesini nasıl meydana getirebileceğini açıklamaktadır. Onun 540 sayfada Librakht, kar kristalleri hakkında tüm bilgileri tanımlamaktadır.
Altıgen Yıldızlar
Elbette, iki aynı kar tanesi görmenin imkansız olduğunu biliyorsunuz (sadece oluşum aşamasında). Bu gerçek, kristallerin gökyüzünde nasıl şekillendiği ile ilgilidir. Kar, atmosferde oluşan ve birlikte düşerken şekillerini koruyan buz kristallerinin birikimidir. Atmosferin yeterince soğuk olduğu durumlarda oluşurlar, böylece birleşme veya erime olmaz ve ıslak kar veya yağmura dönüşmezler.
Tek bir bulut içinde birçok sıcaklık ve nem seviyesi tespit edilebilirken, bir kar tanesi için bu değişkenler sabit olacaktır. Bu nedenle kar tanesi genellikle simetrik bir şekilde büyür. Öte yandan, her kar tanesi rüzgar, güneş ışığı ve diğer faktörlerden etkilenir. Temelde, her kristal bulutun kaosuna tabi olup, bu nedenle farklı şekiller alır.
Librakht'ın araştırmasına göre, bu zarif formlar üzerindeki en erken düşünceler, M.Ö. 135 yılında Çin'de kaydedilmiştir. "Bitki ve ağaçların çiçekleri genellikle beşgen olsa da, kar çiçekleri her zaman altıgendir," diye yazmıştı bilim insanı Han Yin. Bu durumu anlamaya çalışan ilk bilim insanı ise muhtemelen Alman bilim insanı ve bilgini Johannes Kepler'di.
1611 yılında Kepler, Kutsal Roma İmparatorluğu'nun koruyucusu İmparator Rudolf II'ye yeni yıl hediyesi olarak: "Altıgen Kar Taneleri Üzerine" adlı traktatını takdim etti.
"Bir köprüden geçiyorum, utanç içinde sarsılarak - seni yeni yıl hediyesiz bıraktım! Ve işte karşımda uygun bir fırsat! Soğuktan yoğuşan su buharları, kıyafetlerime kar tanesi olarak dökülüyor, hepsi altıgen, tüylü ışınlarla. Herkül'e yemin ederim, işte bu, en küçük damladan daha az, şekil alabilir, Hiçbir şeyin meraklısı olan bir matematikçi için beklenen yeni yıl hediyesi olmaya layık ve gökten düşerken altı kenarının benzeri olan bir şeyi içinde barındırıyor!"
«Olmalıdır bir səbəb, niyə qarın altıguşlu ulduz formasında olduğu. Bu təsadüf ola bilməz», - deyə əmindir Yohannes Kepler. Bəlkə də, o, dövrü müasiri Tomas Harriotdan, ingilis mütəxəssis və astronomdan aldığı bir məktubu xatırlayırdı, o da Sir Walter Roli üçün tədqiqatçı kimi navigator işləyib. 1584-cü ildən yaxın, Harriot Roli'nin gəmilərinin güllələri ən səmərəli şəkildə necə yerləşdiriləcəyini axtarırdı. Harriot, altıguşlu naxışların sferaların yerləşdirilməsinin ən yaxşı yolu olduğunu kəşf etdi və bu məsələnin müzakirəsini Kepler ilə apardı. Kepler, qar dənələrində belə bir şeyin baş verib-vermədiyini və bu altı şüanın necə yarandığını düşünməyə başlayırdı.
Qar dənələrinin formaları
Demək olar ki, bu, yalnız 300 ildən sonra danışılacaq atom fizikasının prinsiplərini əvvəlcədən anlama idi. Həqiqətən də, iki hidrogen atomu və bir oksigen atomundan ibarət su molekulaları bir yerdə toplanmağa meyllidir və altıguşlu mürəkkəb strukturlar yaradır. Kepler və onun müasirləri bunun nə qədər vacib olduğunu hələ təsəvvür edə bilmirdilər.
Fyiziklərin dediyi kimi, hidrogen bağlılığı və molekulların bir-biri ilə qarşılıqlı təsri sayəsində açıq kristal strukturlarını görə bilirik. Qar dənələrinin yetişdirilməsi qabiliyyətindən əlavə, altıguşlu strukturu suya nisbətən buzun daha az sıx olmasına imkan tanıyır ki, bu da geokimya, geofizika və iqlim üzərində böyük bir təsir göstərir. Başqa sözlə, əgər buz üzməsəydi, Yer üzündə həyat mümkün olmazdı.
Amma Keplerin traktatından sonra qar dənələrinin müşahidəsi daha çox hobbi idi, ciddi elm deyil. 1880-ci illərdə, ABŞ-da, Vermont ştatının daimi qarla örtülü kiçik şəhəri İerixonun İllinoylarında yaşayan bir fotoqraflar Wilson Bentley, fotoplatlalarla qar dənələrinin şəkillərini çəkməyə başladı. O, pnevmoniyadan ölmədən əvvəl 5000-dən çox fotoşəkil yaratmağı bacardı.
Daha sonra, 1930-cu illərdə, yapon tədqiqatçı Ukiçiro Nakaya müxtəlif növ qar kristallarını sistematik şəkildə öyrənməyə başladı. Əsrin ortalarında Nakaya, soyudulmuş məkana qoyulmuş tək-hüsusi tükylərlə laboratoriyada qar dənələrini yetişdirirdi. O, rütubət və temperatur tənzimləmələri ilə məşğul oldu, əsas kristal tiplərini yetişdirdi və mümkün formaların öz original kataloqunu topladı. Nakaya, altıguşlu qar dənələrinin -2 °C və -15 °C-də yaranmağa meylli olduğunu və sütunların -5 °C və təxminən -30 °C-də əmələ gəldiyini kəşf etdi.
Burada qeyd etmək lazımdır ki, temperatur -2 °C ətrafında olduqda, incə plitəvari qar dənələri yaranır; -5 °C-də incə sütunlar və iynələr formalaşır, temperatur -15 °C-yə düşdükdə, onlar həqiqətən də incə plitələrə çevrilir, -30 °C-dən aşağı isə yenidən daha qalın sütunlara qayıdırlar.
Aşağı rütubət şəraitində ulduzvari qar dənələri bir neçə budaq yaradır və həksagonal plitələrə bənzəyir, lakin yüksək rütubətdə daha mürəkkəb, ipəkvari olur.
Libbrechtin fikrincə, fərqli qar dənələrinin formalarının yaranma səbəbləri Nakaya'nın işləri sayəsində daha aydın oldu. Müəyyən edilib ki, qar kristalları, kənarlarının sürətlə xaricə böyüdüyü, tərəflərinin isə yavaş-yavaş yuxarı böyüdüyü zaman düz ulduzlar və plitələrə çevrilir (üçölçülü strukturlar deyil). İncə sütunlar isə fərqli şəkildə, sürətlə böyüyən tərəflər və daha yavaş böyüyən kənarlarla inkişaf edir.
Eyni zamanda, qar dənəsinin ulduzmu, yoxsa sütunmu olacağına təsir edən əsas proseslər hələ də müəyyən edilməmişdir. Bəlkə də, sirr temperatur şəraitində gizlənmişdir. Libbrecht bu sualın cavabını tapmağa çalışdı.
Qar dənəsinin resepti
Libbrecht özünə aid kiçik tədqiqatçı komandası ilə birlikdə qar dənəsinin reseptini yaratmağa çalışırdı. Yəni, kompüterə yüklənə bilən müəyyən bərabərliklər və parametrlər toplusu, ondan İA vasitəsilə gözəl qar dənəsi müxtəlifliyi əldə etmək.
Kenneth Libbrecht tədqiqatlarına iyirmi il əvvəl başlamışdı. O, bağlanmış sütun adlanan ekzotik qar dənəsi formasını öyrənmişdi. Bu, iplik üçün bobinə və ya iki təkər və ox şəklinə bənzəyir. Şimal bölgəsində doğulmuş Libbrecht, belə bir qar dənəsini heç görmədiyinə görə şoka düşmüşdü.
Sonsuz qar kristallarının formalarından heyran qalan Libbrecht ilə məşğul olmuş, qar dənələrinin əkilməsi üçün laboratoriya yaratmışdır. Uzun illərin müşahidələrinin nəticələri, müəllifin bütünlüklə inandığı bir modeli yaratmaqda kömək etdi. O, molekulyar difuziya ideyasını, səthi enerji əsasında irəliləməyi təklif etdi. Bu fikir, qar kristalının böyüməsinin başlanğıc şərtlərindən və onu yaradan molekulların davranışından asılı olduğunu izah edir.
Təsəvvür edin ki, su molekulları sərbəst yerləşib, çünki su buxarları yalnız donmağa başlayır. Əgər siz mikroskopik bir obzervatoriyaya daxil olub, bu prosesi izləyə bilsəniz, donmuş su molekullarının hər oksigen atomunun dörd hidrogen atomu ilə əhatə olunduğu sərt bir şəbəkə yaratmağa başladığını görə bilərsiniz. Bu kristallar, onların strukturlarına ətrafdakı havadan su molekullarını daxil edərək böyüyür. Onlar iki əsas istiqamətdə böyüyə bilər: yuxarıya və ya xaricə.
Nazik düz kristal (pler veya ulduz şekilli) kenarların kristalin iki yüzünden daha hızlı oluştuğu zaman oluşur. Gelişen kristal dışa doğru yayılır. Ancak, kenarları yüzlerinden daha hızlı büyüdüğünde, kristal yüksekleşir ve bir iğne, boş sütun veya çubuk şeklini alır.
Nadir kar tanesi şekilleri
Bir başka nokta. Kuzey Ontario'da Libbrecht tarafından çekilen üçüncü fotoğrafa dikkat edin. Bu, 'kapalı sütunlar' bulunan bir kristaldir - kalın bir sütunlu kristalin uçlarına bağlı iki plaka. Bu durumda, her plaka çok daha ince iki plakaya bölünmüştür. Kenarlarına dikkat edin, bir plakanın ikiye bölündüğünü göreceksiniz. Buz sütununun toplam uzunluğu yaklaşık 1.5 mm.
Libbrecht'in modeline göre, su buharı önce kristalin köşelerine çöker, ardından yüzeyde kristalin kenarına veya yüzlerine doğru yayılır (difüze olur), kristali dışa veya yukarı doğru büyütür. Bu süreçlerden hangisinin 'kazandığı', esasen sıcaklığa bağlıdır.
Modelin 'yarı-ampirik' olduğunu belirtmek gerekir. Yani, oluşan olaylara uygun olarak bir şekilde inşa edilmiştir, kar tanelerinin büyüme ilkelerini açıklamak yerine. Sayısız molekül arasındaki dengesizlikler ve etkileşimler, tam olarak açığa çıkarmak için çok karmaşıktır. Ancak, Libbrecht'in fikirlerinin, daha ayrıntılı ölçümler ve deneylerle detaylandırılabilecek kapsamlı bir buz büyüme dinamiği modelinin temeli olacağı umudu devam etmektedir.
Bu gözlemlerin dar bir bilim insanı grubuna ilginç olduğunu düşünmemek gerekir. Benzer sorular, yoğun ortam fiziğinde ve diğer alanlarda ortaya çıkmaktadır. İlaç molekülleri, bilgisayarlar için yarı iletken çipler, güneş hücreleri ve birçok diğer endüstri yüksek kaliteli kristallere dayanmaktadır ve bu konuda çalışmaları yürüten gruplar bulunmaktadır. Dolayısıyla, Libbrecht tarafından sevgiyle incelenen kar taneleri bilim için faydalı olabilir.
Bloqda oxumaq üçün daha nə faydalı məlumat var
→
→
→
→
→
Bizim -kanalı takip etmeyi unutmayın, yeni bir makaleyi kaçırmayın! Haftada sadece iki kez, yalnızca önemli konularda yazıyoruz. Bu arada, hâlâ bilmiyorsanız, başlangıçlar Cloud4Y'dan 10.000 $ alabilir. Şartlar ve başvuru formu web sitemizde:
Mənbə: habr.com
