Errusiako erdialdean ez dago elur nahikorik neguan. Leku batzuetan erori zen, noski, baina urtarrilean eguraldi izoztu eta elurtsuagoa espero zitekeen. Grisak eta lodi desatseginak neguko ohiko dibertsioaren poza sentitzea eragozten dizu. Horregatik, Cloud4Y-k gure bizitzari elur pixka bat gehitzea proposatzen du... elur malutaz hitz eginez.
Uste da bi elur-maluta mota baino ez daudela. Eta zientzialarietako batek, batzuetan elur malutaren fisikaren "aita" deitua, teoria berri bat du horren arrazoia azaltzeko. pertsona harrigarria da, neguaren erdian eguzkiak berotutako hegoaldeko Kaliforniatik irteteko prest dagoena Fairbanksera (Alaska) iristeko, jaka bero bat jantzi eta eremu izoztu batean esertzeko kamera bat eta apar zati bat eskuetan dituela. .
Zertarako? Naturak sor ditzakeen elur maluta distiratsuenak, testuratuenak eta ederrenak bilatzen ditu. Haren ustez, lagin interesgarrienak leku hotzenetan sortu ohi dira - Fairbanks ospetsuan eta New Yorkeko iparralde elurtuan. Kenneth-ek inoiz ikusi zuen elurrik onena Cochranen izan zen, Ontario ipar-ekialdeko leku batean, non haize arinak elur malutak biraka egiten zituen zerutik erortzean.
Elementuek liluratuta, Libbrecht-ek arkeologo baten irmotasunarekin aztertzen du bere apar-taula. Hor zerbait interesgarria bada, zalantzarik gabe begiak harrapatuko du. Hala ez bada, elurra taulatik kentzen da, eta dena berriro hasten da. Eta honek orduak irauten du.
Libbrecht fisikari bat da. Kasualitate dibertigarri baten ondorioz, Kaliforniako Teknologia Institutuko bere laborategia Eguzkiaren barne-egituraren ikerketan dihardu eta grabitazio-uhinak detektatzeko tresna modernoak ere garatu ditu. Baina azken 20 urteotan, Libbrecht-en benetako pasioa elurra izan da, ez bere itxura bakarrik, baizik eta itxura hori ematen duena. "Zerutik zeruko objektuak erortzen diren, nola gertatzen den eta zergatik duten horrelako galderak denbora guztian oinazetzen nau", aitortu du Kennethek.
Denbora luzez, nahikoa izan zen fisikarientzat jakitea elur-kristal txiki askoren artean, bi mota nagusi bereiz zitezkeela. Horietako bat sei edo hamabi beso dituen izar laua da, eta horietako bakoitza parpaila izugarri ederrez apainduta dago. Bestea miniaturazko zutabe moduko bat da, batzuetan "estalki" lauen artean sartuta, eta beste batzuetan torloju arrunt baten antzekoa. Forma hauek tenperatura eta hezetasun ezberdinetan ikus daitezke, baina forma jakin baten eraketaren arrazoia misterio bat izan da. Libbrechten urteetako behaketek elur malutaren kristalizazio prozesua hobeto ulertzen lagundu zuten.
Libbrecht-ek arlo honetan egindako lanak eredu berri bat sortzen lagundu du, elur malutak eta beste elur-kristal batzuek ikusten ohi duguna zergatik osatzen duten azaltzen duena. Bere teoriaren arabera, linean, 2019ko urrian, izozte-puntutik gertu dagoen ur molekulen mugimendua deskribatzen du (kristalizazioa) eta nola molekula horien mugimendu espezifikoek baldintza ezberdinetan sortzen diren kristalen bilduma nola sor dezaketen deskribatzen du. Berean 540 orrialdetan, Libbrecht-ek elur-kristalei buruzko ezagutza guztia deskribatzen du.
Sei puntako izarrak
Zuk, noski, badakizu ezinezkoa dela bi elur maluta berdin ikustea (hasieran izan ezik). Gertaera honek zeruan kristalak nola sortzen direnarekin du zerikusia. Elurra atmosferan sortzen diren eta elkarrekin Lurrera erortzean forma mantentzen duten izotz kristalen bilduma da. Atmosfera nahikoa hotza denean sortzen dira, elizpea edo euriarekin bat egitea edo urtzea ekiditeko.
Hodei bakarrean tenperatura eta hezetasun maila asko erregistra daitezkeen arren, elur maluta bakar baterako aldagai hauek konstanteak izango dira. Horregatik, askotan elur maluta bat simetrikoki hazten da. Bestalde, elur maluta bakoitza haizearen, eguzkiaren argiaren eta beste faktore batzuen eraginpean dago. Funtsean, kristal bakoitza hodeiaren kaosaren menpe dago, eta, beraz, forma desberdinak hartzen ditu.
Libbrecht-en ikerketen arabera, forma delikatu hauei buruzko pentsamendurik goiztiarrena K.a. 135ean jaso da. Txinan. "Landareen eta zuhaitzen loreak bost puntakoak izan ohi dira, baina elurraren loreak beti sei puntakoak dira", idatzi zuen Han Yin jakintsuak. Eta hori zergatik gertatzen zen asmatzen saiatu zen lehen zientzialaria Johannes Kepler izan zen ziurrenik, zientzialari eta polimatikoa alemaniarra.
1611n, Keplerrek Urteberriko oparia oparitu zion bere patroiari, Erromatar Santuaren enperadoreari Rudolf II.a: txiki bat. "Elur maluta hexagonalei buruz" izenekoa.
Β«Zubia zeharkatzen dut, lotsak oinazetuta - Urteberriko oparirik gabe utzi zaitut! Eta orduan aukera bat etorri zitzaidan! Ur lurruna, hotzetik elur bihurtuta, elur malutak bezala erortzen zait arropetan, denak, bat bezala, hexagonalak, izpi leunekin. Zin egiten dizut Herkules, hona hemen edozein tanta baino txikiagoa den gauza bat, forma bat duena, urte berriko opari gisa balio dezakeena Ezeraren maitalearentzat eta ezer ez duen eta ezer jasotzen ez duen matematikari batentzat merezi duena, izan ere. zerutik erortzen da eta bere baitan ezkutatzen du izar hexagonal baten itxura!
Β«Arrazoi bat egon behar du elurrak izar hexagonal baten itxura izateko. Hau ezin da istripu bat izanΒ», ziur zegoen Johannes Kepler. Agian, bere garaikide Thomas Harriot-en gutun bat gogoratu zuen, Sir Walter Raleigh esploratzailearentzat nabigatzaile gisa ere lan egitea lortu zuen zientzialari eta astronomo ingelesak. 1584 inguruan, Harriot Raleigh ontzien bizkarrean kanoi-bolak pilatzeko modurik eraginkorrena bilatzen ari zen. Harriotek aurkitu zuen eredu hexagonalak zirela esferak antolatzeko modurik onena, eta Keplerrekin korrespondentzian eztabaidatu zuen gai hau. Keplerrek galdetu zuen ea elur malutetan antzeko zerbait gertatzen den eta zein elementu den sei izpi horiek sortzea eta mantentzearen erantzule.
Elur maluta formak
Esan dezakegu hori izan zela fisika atomikoaren printzipioen hasierako ulermena, 300 urte geroago bakarrik eztabaidatuko dena. Izan ere, ur molekulak, beren bi hidrogeno atomoekin eta oxigeno batekin, elkartzeko joera dute multzo hexagonalak sortzeko. Keplerrek eta bere garaikideek ez zuten ideia hori zein garrantzitsua zen.
Fisikariek diotenez, hidrogeno-loturari eta molekulen elkarreraginari esker, egitura kristalino irekia beha dezakegu. Elur malutak hazteko duen gaitasunaz gain, egitura hexagonalak izotza ura baino trinkotasun txikiagoa izatea ahalbidetzen du, eta horrek eragin handiak ditu geokimikan, geofisikan eta kliman. Beste era batera esanda, izotzak flotatuko ez balu, ezinezkoa izango litzateke Lurrean bizia.
Baina Keplerren tratatuaren ondoren, elur malutak behatzea zientzia serio bat baino zaletasun bat zen. 1880ko hamarkadan, Jericho (Vermont, AEB) herri txiki hotzean eta beti elurtuta bizi zen Wilson Bentley izeneko argazkilari estatubatuarra elur malutei argazkiak ateratzen hasi zen argazki plakak erabiliz. 5000 argazki baino gehiago sortzea lortu zuen pneumoniak jota hil aurretik.
Geroago ere, 1930eko hamarkadan, Ukichiro Nakaya ikertzaile japoniarra elur-kristal mota desberdinak sistematikoki aztertzen hasi zen. Mendearen erdialdean, Nakayak elur malutak hazten zituen laborategian, hozkailu batean jarritako untxi-ile indibidualak erabiliz. Hezetasun- eta tenperatura-ezarpenak moldatu zituen, oinarrizko kristal motak haziz, eta forma posibleen jatorrizko katalogoa osatu zuen. Nakayak aurkitu zuen elur maluta izarrek -2Β°C-tan eta -15Β°C-tan sortu ohi direla. Zutabeak -5 Β°C eta gutxi gorabehera -30 Β°C-tan sortzen dira.
Garrantzitsua da hemen -2 Β°C inguruko tenperaturan elur malutaren itxurako plaka meheak agertzen direla, -5 Β°C-tan zutabe eta orratz meheak sortzen dituztela, tenperatura -15 Β°C-ra jaisten denean benetan mehe bihurtzen dira. plakak, eta beheko tenperaturetan - 30 Β°C-tan zutabe lodiagoetara itzultzen dira.
Hezetasun baxuko baldintzetan, izar malutek hainbat adar osatzen dituzte eta plaka hexagonalen antza dute, baina hezetasun handian korapilatsuagoak eta parpailtsuagoak bihurtzen dira.
Libbrechten arabera, elur malutak agertzearen arrazoiak argitu egin ziren Nakairen lanari esker. Elur-kristalak izar eta plaka lauak (hiru dimentsioko egiturak baino) bilakatzen direla aurkitu da, ertzak azkar hazten direnean kanporantz eta aurpegiak poliki-poliki gorantz hazten direnean. Zutabe meheak modu ezberdinean hazten dira, hazten diren ertz bizkorrekin eta hazten diren ertz motelagoekin.
Aldi berean, elur maluta bat izar edo zutabe bihurtzea eragiten duten oinarrizko prozesuak ez dira argi geratzen. Agian sekretua tenperatura-baldintzetan zegoen. Eta Libbrecht galdera honi erantzuna bilatzen saiatu zen.
Elur maluta errezeta
Bere ikertzaile talde txikiarekin batera, Libbrecht elur maluta baten errezeta bat egiten saiatu zen. Hau da, ekuazio eta parametro multzo jakin bat, ordenagailu batean kargatu eta AI-tik elur malutaren barietate bikaina lortzeko.
Kenneth Libbrecht-ek duela hogei urte hasi zituen bere ikerketak zutabe itxia izeneko elur maluta forma exotikoa ezagutu ostean. Harizko bobina edo bi gurpil eta ardatz bat dirudi. Herrialdearen iparraldean jaioa, harrituta geratu zen halako elur malutarik inoiz ikusi ez izanak.
Elur-kristalen forma amaigabeek harrituta, hasi zen beren izaera elur malutak hazteko laborategia sortuz. Urte askotako behaketen emaitzek egileak berak aurrerapentzat jotzen duen eredua sortzen lagundu zuten. Gainazaleko energian oinarritutako difusio molekularraren ideia proposatu zuen. Ideia honek elur-kristal baten hazkuntza hasierako baldintzen eta hura osatzen duten molekulen portaeraren araberakoa den deskribatzen du.
Imajinatu ur molekulak baxuan kokatuta daudela, ur-lurruna izozten hasi berri den heinean. Behatoki txiki baten barruan egon eta prozesu honi begiratuko bazenu, ikusiko zenuke nola izoztutako ur molekulak sare zurrun bat osatzen hasten diren, non oxigeno atomo bakoitza lau hidrogeno atomoz inguratuta dagoen. Kristal hauek beren egituran inguruko aireko ur molekulak sartuz hazten dira. Bi norabide nagusitan hazi daitezke: gorantz edo kanpora.
Kristal mehe eta laua (lamelarra edo izar formakoa) ertzak kristalaren bi aurpegiak baino azkarrago sortzen direnean sortzen da. Hazten ari den kristala kanpora zabalduko da. Hala ere, bere aurpegiak bere ertzak baino azkarrago hazten direnean, kristala altuagoa da, orratz, zutabe hutsa edo haga bat osatuz.
Elur malutaren forma arraroak
Momentu bat gehiago. Kontuan izan hirugarren argazkia, Libbrecht-ek ateratakoa Ontario iparraldean. Hau "zutabe itxia" kristala da - kristal lodi baten muturretan atxikitako bi plaka. Kasu honetan, plaka bakoitza askoz plater meheago pare batean banatzen da. Begiratu ondo ertzei, plaka bitan banatzen den ikusiko duzu. Bi plaka mehe horien ertzak bizar-xafla bezain zorrotzak dira. Izotz-zutabearen luzera osoa 1,5 mm ingurukoa da.
Libbrecht-en ereduaren arabera, ur-lurruna kristalaren ertzetan finkatzen da lehenik eta gero gainazalean zehar hedatzen da (hedatzen da) bai kristalaren ertzera edo bere aurpegietara, eta kristala kanpora edo gorantz hazten da. Prozesu hauetako zeinek "irabazten" duen tenperaturaren araberakoa da nagusiki.
Kontuan izan behar da eredua βerdi-enpirikoaβ dela. Hau da, partzialki egituratuta dago gertatzen ari denari erantzuteko, eta ez elur malutaren hazkuntzaren printzipioak azaltzeko. Ezin konta ahala molekulen arteko ezegonkortasunak eta elkarrekintzak konplexuegiak dira guztiz argitzeko. Hala ere, itxaropena dago Libbrecht-en ideiak izotzaren hazkuntza-dinamikaren eredu integral baten oinarri gisa balioko dutela, neurketa eta esperimentu zehatzagoen bidez xehatu daitekeena.
Ez da pentsatu behar behaketa hauek zientzialarien zirkulu estu batentzat interesgarriak direnik. Antzeko galderak sortzen dira materia kondentsatuaren fisikan eta beste arlo batzuetan. Droga-molekulak, ordenagailuentzako txip erdieroaleak, eguzki-zelulak eta beste industria ugari kalitate handiko kristaletan oinarritzen dira, eta talde osoak hazten ari dira. Beraz, Libbrecht-ek maite dituen elur-malutek zientziaren onurarako balio dezakete.
Zer gehiago irakur dezakezu blogean?
β
β
β
β
β
Harpidetu gure -kanala hurrengo artikulua galdu ez dezazun! Astean bitan baino gehiago ez dugu idazten eta negozioetan bakarrik. Bide batez, lehendik ezagutzen ez baduzu, startupek 10 $ jaso ditzakete Cloud000Y-tik. Interesa dutenentzako baldintzak eta eskaera orria gure webgunean aurki daitezke:
Iturria: www.habr.com