Bu qış Rusiyanın mərkəzi hissəsində kifayət qədər qar yoxdur. Təbii ki, bəzi yerlərdə düşdü, lakin yanvarda daha şaxtalı və qarlı hava gözləmək olardı. Darıxdırıcı bozluq və xoşagəlməz çamur adi qış əyləncəsinin sevincini hiss etməyə mane olur. Buna görə də Cloud4Y... qar dənəcikləri haqqında danışaraq həyatımıza bir az qar əlavə etməyi təklif edir.
Yalnız iki növ qar dənəciyi olduğuna inanılır. Bəzən qar dənəciyi fizikasının “atası” adlandırılan alimlərdən birinin bunun səbəbini izah etmək üçün yeni bir nəzəriyyəsi var. Fairbanks'a (Alyaska) çatmaq üçün qışın ortasında günəşlə isidilmiş Cənubi Kaliforniyanı tərk etməyə, isti gödəkçə geyinməyə və əlində kamera və bir parça köpüklə donmuş bir sahədə oturmağa hazır olan heyrətamiz bir insandır. .
Nə üçün? O, təbiətin yarada biləcəyi ən parlaq, ən toxumalı, ən gözəl qar dənəciklərini axtarır. Onun sözlərinə görə, ən maraqlı nümunələr ən soyuq yerlərdə - bədnam Feyrbanks və Nyu-Yorkun qarlı şimal hissəsində formalaşmağa meyllidir. Kennetin indiyə qədər gördüyü ən yaxşı qar Ontarionun şimal-şərqində, yüngül küləklərin göydən düşən qar dənəciklərini fırlatdığı yer olan Kokranda idi.
Elementlərə heyran olan Libbrecht öz köpük lövhəsini bir arxeoloqun mətanəti ilə öyrənir. Əgər orada maraqlı bir şey varsa, göz mütləq onu tutacaq. Əgər yoxsa, qar taxtadan süpürülür və hər şey yenidən başlayır. Və bu saatlarla davam edir.
Libbrecht fizikdir. Əyləncəli bir təsadüf nəticəsində onun Kaliforniya Texnologiya İnstitutundakı laboratoriyası Günəşin daxili quruluşunu araşdırmaqla məşğuldur və hətta qravitasiya dalğalarını aşkar etmək üçün müasir alətlər hazırlayıb. Lakin son 20 il ərzində Libbrechtin əsl ehtirası qar olub - təkcə onun görünüşü deyil, həm də onu bu şəkildə göstərən şey. "Göydən hansı cisimlərin düşdüyü, necə baş verdiyi və niyə belə göründüyü sualı məni hər zaman əzablandırır" deyə Kennet etiraf edir.
Uzun müddətdir ki, fiziklərin çoxlu kiçik qar kristalları arasında iki üstünlük təşkil edən növü ayırd etmək mümkün olduğunu bilmək kifayət idi. Onlardan biri hər biri başgicəlləndirici gözəl krujeva ilə bəzədilmiş altı və ya on iki qolu olan yastı ulduzdur. Digəri isə bəzən düz “qapaqlar” arasında sıxışdırılmış, bəzən isə adi boltlara bənzəyən bir növ miniatür sütundur. Bu formalar müxtəlif temperatur və rütubətdə görünə bilər, lakin müəyyən bir formanın meydana gəlməsinin səbəbi sirr olaraq qaldı. Libbrextin illər boyu apardığı müşahidələr qar dənəciklərinin kristallaşma prosesini daha yaxşı başa düşməyə kömək etdi.
Libbrechtin bu sahədəki işi qar dənəciklərinin və digər qar kristallarının niyə görməyə öyrəşdiyimiz şeyi əmələ gətirdiyini izah edən yeni bir model yaratmağa kömək etdi. Onun nəzəriyyəsinə görə, 2019-cu ilin oktyabrında onlayn, donma nöqtəsinə (kristallaşma) yaxın su molekullarının hərəkətini və bu molekulların spesifik hərəkətlərinin müxtəlif şəraitlərdə əmələ gələn kristallar kolleksiyasına necə səbəb ola biləcəyini təsvir edir. Onun içində 540 səhifədə Libbrecht qar kristalları haqqında bütün bilikləri təsvir edir.
Altıguşəli ulduzlar
Siz, əlbəttə ki, bilirsiniz ki, iki eyni qar dənəciyi görmək mümkün deyil (başlanğıc mərhələsindən başqa). Bu fakt səmada kristalların necə əmələ gəldiyi ilə bağlıdır. Qar atmosferdə əmələ gələn və Yerə birlikdə düşdükdə öz formasını saxlayan buz kristallarının toplusudur. Atmosfer kifayət qədər soyuq olduqda, onların qarışqa və ya yağışa qarışmasının və əriməsinin qarşısını alırlar.
Bir buludda bir çox temperatur və rütubət səviyyəsi qeydə alınsa da, bir qar dənəciyi üçün bu dəyişənlər sabit olacaqdır. Buna görə qar dənəciyi çox vaxt simmetrik olaraq böyüyür. Digər tərəfdən, hər bir qar dənəciyi külək, günəş işığı və digər amillərə məruz qalır. Əslində, hər bir kristal buludun xaosuna məruz qalır və buna görə də müxtəlif formalar alır.
Libbrechtin araşdırmasına görə, bu zərif formalar haqqında ən erkən düşüncə eramızdan əvvəl 135-ci ildə qeydə alınıb. Çində. Alim Han Yin yazırdı: “Bitkilərin və ağacların çiçəkləri adətən beşguşəlidir, qarın çiçəkləri isə həmişə altıbucaqlıdır”. Və bunun niyə baş verdiyini anlamağa çalışan ilk alim, yəqin ki, alman alimi və polimatik Yohannes Keplerdir.
1611-ci ildə Kepler öz himayədarı Müqəddəs Roma İmperatoru II Rudolfa yeni il hədiyyəsi təqdim etdi: kiçik "Altıbucaqlı qar dənəcikləri haqqında" adlı.
“Mən utancdan əzab çəkərək körpüdən keçdim - səni Yeni il hədiyyəsi olmadan tərk etdim! Və sonra mənim qarşıma bir fürsət gəldi! Soyuqdan qatılaşan su buxarı qar dənələri kimi paltarıma düşür, hamısı bir, altıbucaqlı, tüklü şüalarla. Herakla and içirəm, burada hər hansı damcıdan kiçik, forması var, Heç nəyi sevməyənə çoxdan gözlənilən Yeni il hədiyyəsi ola biləcək və Heç nəyə malik olmayan və Heç nə almayan riyaziyyatçıya layiq olan bir şey var, çünki o. göydən düşür və öz içində altıbucaqlı ulduza bənzəyir!
“Qarın altıbucaqlı ulduza bənzəməsinin bir səbəbi olmalıdır. Bu, təsadüf ola bilməz,” Yohannes Kepler əmin idi. Ola bilsin ki, o, müasiri, ingilis alimi və astronomu Tomas Harriotun məktubunu xatırladı, o, həm də kəşfiyyatçı ser Valter Ralinin naviqatoru kimi işləməyi bacardı. Təxminən 1584-cü ildə Harriot Raleigh gəmilərinin göyərtələrində top güllələri yığmağın ən səmərəli yolunu axtarırdı. Harriot tapdı ki, altıbucaqlı naxışlar kürələrin düzülməsinin ən yaxşı yolu kimi görünür və o, Kepler ilə yazışmalarda bu məsələni müzakirə edir. Kepler qar dənəciklərində oxşar bir şeyin olub-olmadığını və bu altı şüanın yaradılması və saxlanmasına hansı elementin cavabdeh olduğunu maraqlandırırdı.
Qar dənəciyi formaları
Deyə bilərik ki, bu, yalnız 300 ildən sonra müzakirə olunacaq atom fizikasının prinsiplərinin ilkin anlayışı idi. Həqiqətən də, iki hidrogen atomu və bir oksigenlə su molekulları birləşərək altıbucaqlı massivlər əmələ gətirirlər. Kepler və onun müasirləri bunun nə qədər vacib olduğunu bilmirdilər.
Fiziklərin dediyi kimi, hidrogen bağı və molekulların bir-biri ilə qarşılıqlı təsiri sayəsində açıq kristal quruluşu müşahidə edə bilərik. Qar dənəcikləri yetişdirmək qabiliyyətinə əlavə olaraq, altıbucaqlı quruluş buzun sudan daha az sıx olmasına imkan verir ki, bu da geokimya, geofizika və iqlimə böyük təsir göstərir. Başqa sözlə, buz üzməsəydi, Yer kürəsində həyat qeyri-mümkün olardı.
Lakin Keplerin traktatından sonra qar dənəciklərini müşahidə etmək ciddi bir elmdən daha çox hobbi idi. 1880-ci illərdə soyuq, həmişə qarlı kiçik Jericho şəhərində (Vermont, ABŞ) yaşayan Uilson Bentley adlı amerikalı fotoqraf foto lövhələrdən istifadə edərək qar dənəciklərinin fotoşəkillərini çəkməyə başladı. O, pnevmoniyadan ölməzdən əvvəl 5000-dən çox fotoşəkil yaratmağı bacarıb.
Hətta sonralar, 1930-cu illərdə yapon tədqiqatçısı Ukiçiro Nakaya müxtəlif növ qar kristallarını sistemli şəkildə öyrənməyə başladı. Əsrin ortalarında Nakaya laboratoriyada soyuducu otaqda yerləşdirilmiş fərdi dovşan tüklərindən istifadə edərək qar dənəcikləri yetişdirirdi. O, rütubət və temperatur parametrləri ilə məşğul oldu, əsas kristal növlərini böyüdü və mümkün formaların orijinal kataloqunu tərtib etdi. Nakaya kəşf etdi ki, qar dənəciyi ulduzları -2°C və -15°C-də əmələ gəlir. Sütunlar -5 °C-də və təxminən -30 °C-də əmələ gəlir.
Burada qeyd etmək lazımdır ki, təqribən -2 °C temperaturda nazik boşqab kimi qar dənəcikləri əmələ gəlir, -5 °C-də nazik sütunlar və iynələr əmələ gətirir, temperatur -15 °C-ə düşəndə isə həqiqətən nazik olurlar. plitələr və aşağı temperaturda - 30 ° C-də daha qalın sütunlara qayıdırlar.
Aşağı rütubət şəraitində ulduz qar dənəcikləri bir neçə budaq meydana gətirir və altıbucaqlı plitələrə bənzəyir, lakin yüksək rütubətdə daha mürəkkəb və krujevalı olurlar.
Libbrechtin fikrincə, qar dənəciklərinin müxtəlif formalarının yaranmasının səbəbləri Nakayın işi sayəsində daha aydın oldu. Məlum olub ki, qar kristallarının kənarları sürətlə xaricə, üzləri isə yavaş-yavaş yuxarıya doğru böyüdükdə düz ulduzlara və lövhələrə (üçölçülü strukturlardan çox) çevrilir. İncə sütunlar fərqli şəkildə böyüyür, kənarları sürətlə böyüyür və kənarları daha yavaş böyüyür.
Eyni zamanda, qar dənəciyinin ulduza və ya sütuna çevrilməsinə təsir edən əsas proseslər qeyri-müəyyən olaraq qalır. Bəlkə də sirr temperatur şəraitində idi. Və Libbrecht bu suala cavab tapmağa çalışıb.
Qar dənəciyi resepti
Kiçik tədqiqatçılar qrupu ilə birlikdə Libbrecht qar dənəciyi üçün resept tapmağa çalışdı. Yəni, kompüterə yüklənə bilən və süni intellektdən möhtəşəm qar dənəcikləri əldə edə bilən müəyyən tənliklər və parametrlər toplusu.
Kenneth Libbrecht tədqiqatlarına iyirmi il əvvəl qapalı sütun adlanan ekzotik qar dənəciyi formasını öyrəndikdən sonra başladı. Bu, iplik makarasına və ya iki təkərə və oxa bənzəyir. Ölkənin şimalında doğulan o, heç vaxt belə qar dənəciyi görmədiyi üçün şoka düşüb.
Qar kristallarının ucsuz-bucaqsız formalarına heyran qalaraq başladı qar dənəciklərinin yetişdirilməsi üçün laboratoriya yaratmaqla onların təbiəti. Uzun illər müşahidələrin nəticələri müəllifin özünün sıçrayış hesab etdiyi bir model yaratmağa kömək etdi. O, səth enerjisinə əsaslanan molekulyar diffuziya ideyasını irəli sürdü. Bu fikir qar kristalının böyüməsinin ilkin şərtlərdən və onu əmələ gətirən molekulların davranışından necə asılı olduğunu təsvir edir.
Təsəvvür edin ki, su buxarı yenicə donmağa başladığı üçün su molekulları boş yerləşib. Əgər siz kiçik bir rəsədxananın içində ola bilsəniz və bu prosesə baxa bilsəniz, donmuş su molekullarının hər bir oksigen atomunun dörd hidrogen atomu ilə əhatə olunduğu sərt qəfəs əmələ gətirməyə necə başladığını görə bilərsiniz. Bu kristallar ətrafdakı havadan su molekullarını öz strukturlarına daxil edərək böyüyürlər. Onlar iki əsas istiqamətdə böyüyə bilər: yuxarı və ya xaricə.
Kenarlar kristalın iki üzündən daha sürətli əmələ gəldiyi zaman nazik, düz kristal (lamel və ya ulduzşəkilli) əmələ gəlir. Artan kristal xaricə yayılacaq. Bununla belə, onun üzləri kənarlarından daha sürətli böyüdükdə, kristal daha da böyüyərək iynə, içi boş sütun və ya çubuq əmələ gətirir.
Qar dənəciklərinin nadir formaları
Daha bir an. Libbrecht tərəfindən Ontarionun şimalında çəkilmiş üçüncü fotoya diqqət yetirin. Bu, "qapalı sütun" kristalıdır - qalın sütunlu kristalın uclarına yapışdırılmış iki lövhə. Bu vəziyyətdə, hər bir boşqab bir cüt daha incə plitələrə bölünür. Kenarlara diqqətlə baxın, boşqabın necə ikiyə bölündüyünü görəcəksiniz. Bu iki nazik lövhənin kənarları ülgüc bıçağı qədər itidir. Buz sütununun ümumi uzunluğu təxminən 1,5 mm-dir.
Libbrecht modelinə görə, su buxarı əvvəlcə kristalın künclərində çökür və sonra səth boyunca ya kristalın kənarına, ya da üzlərinə yayılır (diffuziya edir), kristalın xaricə və ya yuxarıya doğru böyüməsinə səbəb olur. Bu proseslərdən hansının “qalib gəldiyi” əsasən temperaturdan asılıdır.
Qeyd etmək lazımdır ki, model “yarı empirik”dir. Yəni, qar dənəciyinin böyüməsi prinsiplərini izah etmək üçün deyil, baş verənlərə uyğunlaşmaq üçün qismən qurulmuşdur. Saysız-hesabsız molekullar arasındakı qeyri-sabitliklər və qarşılıqlı təsirlər tam həll etmək üçün çox mürəkkəbdir. Bununla belə, ümid qalır ki, Libbrechtin ideyaları buzun böyüməsi dinamikasının hərtərəfli modeli üçün əsas olacaq və bu model daha ətraflı ölçmələr və təcrübələr vasitəsilə təfərrüatlandırıla bilər.
Düşünməmək lazımdır ki, bu müşahidələr dar bir elm adamı dairəsi üçün maraqlıdır. Oxşar suallar kondensasiya olunmuş maddə fizikasında və digər sahələrdə yaranır. Dərman molekulları, kompüterlər üçün yarımkeçirici çiplər, günəş batareyaları və bir sıra digər sənayelər yüksək keyfiyyətli kristallara güvənir və bütün komandalar onları yetişdirməyə can atırlar. Beləliklə, Libbrechtin çox sevdiyi qar dənəcikləri elmin xeyrinə ola bilər.
Bloqda başqa nə oxuya bilərsiniz?
→
→
→
→
→
Bizim kanalımıza abunə olun Növbəti məqaləni qaçırmamaq üçün kanal! Həftədə iki dəfədən çox olmayan və yalnız iş haqqında yazırıq. Yeri gəlmişkən, əgər siz artıq bilmirsinizsə, startaplar Cloud10Y-dən 000 dollar ala bilərlər. Maraqlananlar üçün şərtlər və ərizə forması ilə saytımızda tanış ola bilərsiniz:
Mənbə: www.habr.com