Ora cukup salju ing sisih tengah Rusia ing mangsa iki. Iku tiba ing sawetara panggonan, mesthi, nanging ing Januari siji bisa nyana sawetara liyane frosty lan salju cuaca. Grayness kusam lan slush karu nyegah saka kroso kabungahan saka fun mangsa biasanipun. Mulane Cloud4Y ngusulake kanggo nambah salju sethithik menyang urip kita kanthi ngomong babagan ... snowflakes.
Dipercaya manawa mung ana rong jinis kepingan salju. Lan salah sawijining ilmuwan, kadhangkala disebut "bapak" fisika snowflake, duwe teori anyar kanggo nerangake alasan iki. minangka wong sing nggumunake sing siap ninggalake California Kidul sing panas srengenge ing tengah musim dingin menyang Fairbanks (Alaska), nganggo jaket sing anget lan lungguh ing lapangan beku kanthi kamera lan potongan busa ing tangane. .
Kanggo apa? Dheweke nggoleki snowflakes paling sparkliest, paling tekstur, paling ayu sing alam bisa nggawe. Miturut dheweke, conto sing paling menarik cenderung dibentuk ing papan sing paling adhem - Fairbanks sing kondhang lan sisih lor salju ing New York. Salju sing paling apik sing tau dideleng Kenneth yaiku ing Cochrane, sawijining panggonan ing Ontario sisih lor-wΓ©tan, ing ngendi angin swirled snowflakes nalika tiba saka langit.
Kepincut karo unsur-unsur kasebut, Libbrecht nyinaoni papan umpluk kanthi ketekunan arkeolog. Yen ana sing menarik ing kana, mripat mesthi bakal ketangkep. Yen ora, salju wis kesapu saka Papan, lan kabeh wiwit maneh. Lan iki tahan kanggo jam.
Libbrecht minangka fisikawan. Kanthi kebetulan sing nyenengake, laboratorium ing Institut Teknologi California melu riset babagan struktur internal SrengΓ©ngΓ© lan malah wis ngembangake instrumen modern kanggo ndeteksi gelombang gravitasi. Nanging sajrone 20 taun kepungkur, semangat sejati Librecht yaiku salju - ora mung katon, nanging sing nggawe katon kaya ngono. "Pitakonan babagan obyek apa sing tiba saka langit, kepiye kedadeyan lan kenapa katon kaya ngono, aku tansah nyiksa," ujare Kenneth.
Kanggo wektu sing suwe, ahli fisika cukup ngerti yen ing antarane akeh kristal salju cilik, rong jinis utama bisa dibedakake. Salah sijine yaiku lintang sing rata kanthi lengen enem utawa rolas, sing saben dihias nganggo renda sing apik banget. Liyane minangka kolom miniatur, kadhangkala ana ing antarane "tutup" sing rata lan kadhangkala padha karo bolt biasa. Wangun kasebut bisa dideleng ing temperatur lan kelembapan sing beda-beda, nanging alasan kanggo mbentuk wangun tartamtu wis dadi misteri. Pengamatan taun Libbrecht mbantu luwih ngerti proses kristalisasi kepingan salju.
Karya Libbrecht ing wilayah iki mbantu nggawe model anyar sing nerangake kenapa kepingan salju lan kristal salju liyane mbentuk apa sing biasa kita deleng. Miturut teorine, online ing Oktober 2019, nggambarake gerakan molekul banyu ing cedhak titik beku (kristalisasi) lan kepiye gerakan spesifik molekul kasebut bisa nyebabake koleksi kristal sing dibentuk ing kahanan sing beda. Ing dheweke Ing 540 kaca, Librecht nggambarake kabeh kawruh babagan kristal salju.
lintang enem
Sampeyan, mesthi, ngerti yen ora bisa ndeleng rong kepingan salju sing padha (kajaba ing tahap wiwitan). Kasunyatan iki ana hubungane karo carane kristal dibentuk ing langit. Salju minangka kumpulan kristal es sing dibentuk ing atmosfer lan tetep wujud nalika tiba bebarengan ing Bumi. Kawangun nalika atmosfer cukup adhem kanggo nyegah saka gabung utawa leleh dadi es utawa udan.
Sanajan akeh temperatur lan tingkat kelembapan sing bisa direkam ing siji awan, kanggo siji kepingan salju, variabel kasebut bakal tetep. Iki sebabe kepingan salju asring tuwuh kanthi simetris. Ing tangan liyane, saben snowflake kapapar angin, suryo srengenge lan faktor liyane. Ateges, saben kristal tundhuk kekacauan awan, lan mulane ana macem-macem wujud.
Miturut riset Libbrecht, pamikiran paling awal babagan bentuk-bentuk halus kasebut kacathet ing taun 135 SM. ing China. "Kembang tetuwuhan lan wit-witan biasane lima, nanging kembang salju mesthine enem," tulis sarjana Han Yin. Lan ilmuwan pisanan sing nyoba kanggo mangerteni apa iki kedados mbokmenawa Johannes Kepler, ilmuwan Jerman lan polymath.
Ing taun 1611, Kepler menehi hadiah Taun Anyar marang patrone, Kaisar Romawi Suci Rudolf II: kanthi irah-irahan "About Hexagonal Snowflakes".
"Aku nyabrang jembatan, disiksa dening isin - aku ninggalake sampeyan tanpa hadiah Taun Anyar! Banjur ana kesempatan teka! Uap banyu, kenthel saka kadhemen dadi salju, tiba kaya salju ing sandhanganku, kabeh mau, dadi siji, heksagonal, kanthi sinar sing alus. Aku sumpah dening Hercules, ing kene ana barang sing luwih cilik tinimbang tetes apa wae, duwe bentuk, bisa dadi hadiah Taun Anyar sing ditunggu-tunggu kanggo pacangan Ora Ana lan pantes dadi ahli matematika sing ora duwe apa-apa lan ora nampa apa-apa, amarga tiba saka langit lan ndhelikake ing awake dhewe kaya lintang heksagonal!
"Mesti ana alesan kenapa salju wujude kaya lintang heksagonal. Iki ora bisa dadi kacilakan, "Johannes Kepler yakin. Mbok menawa dheweke kelingan layang saka Thomas Harriot kontemporer, ilmuwan lan astronom Inggris sing uga bisa kerja minangka navigator kanggo panjelajah Sir Walter Raleigh. Kira-kira taun 1584, Harriot nggoleki cara sing paling efisien kanggo numpuk meriam ing dek kapal Raleigh. Harriot nemokake yen pola heksagonal katon minangka cara paling apik kanggo ngatur bola, lan dheweke ngrembug masalah iki ing korespondensi karo Kepler. Kepler kepingin weruh yen ana kedadeyan sing padha ing kepingan salju lan unsur apa sing tanggung jawab kanggo enem sinar iki digawe lan dijaga.
Wangun kepingan salju
Kita bisa ngomong yen iki minangka pangerten awal saka prinsip fisika atom, sing bakal dibahas mung 300 taun sabanjure. Pancen, molekul banyu, kanthi rong atom hidrogen lan siji oksigen, cenderung gabung dadi susunan heksagonal. Kepler lan kanca-kancane ora ngerti sepira pentinge iki.
Minangka fisikawan ngandika, thanks kanggo ikatan hidrogen lan interaksi molekul karo saben liyane, kita bisa mirsani struktur kristal mbukak. Saliyane kemampuan kanggo tuwuh kepingan salju, struktur heksagonal ngidini es dadi kurang kandhel tinimbang banyu, sing nduwe pengaruh gedhe ing geokimia, geofisika lan iklim. Ing tembung liya, yen es ora ngambang, urip ing Bumi ora mungkin.
Nanging sawise risalah Kepler, mirsani snowflakes luwih saka hobi saka ilmu serius. Ing taun 1880-an, fotografer Amerika sing jenenge Wilson Bentley, sing manggon ing kutha cilik Yerikho (Vermont, AS) sing adhem lan tansah salju salju, wiwit njupuk foto kepingan salju nggunakake piring fotografi. Dheweke bisa nggawe luwih saka 5000 foto sadurunge seda amarga pneumonia.
Malah mengko, ing taun 1930-an, peneliti Jepang Ukichiro Nakaya wiwit sistematis sinau macem-macem jinis kristal salju. Ing tengah abad, Nakaya tansaya snowflakes ing laboratorium nggunakake wulu terwelu individu diselehake ing kamar refrigerated. Dheweke tinkered karo setelan asor lan suhu, akeh jinis dhasar saka kristal, lan nyawiji katalog asli saka wangun bisa. Nakaya nemokake yen lintang-lintang salju cenderung dibentuk ing -2Β°C lan -15Β°C. Kolom dibentuk ing -5 Β°C lan kira-kira -30 Β°C.
Wigati dicathet ing kene yen ing suhu kira-kira -2 Β°C, bentuk-bentuk kepingan salju kaya piring tipis katon, ing -5 Β°C nggawe kolom lan jarum tipis, nalika suhu mudhun nganti -15 Β°C dadi tipis banget. piring, lan ing suhu ngisor - Ing 30 Β°C padha bali menyang kolom luwih kenthel.
Ing kahanan kelembapan sing kurang, kepingan salju lintang mbentuk sawetara cabang lan meh padha karo piring heksagonal, nanging ing kelembapan sing dhuwur, dadi luwih rumit lan lacy.
Miturut Libbrecht, alasan munculΓ© macem-macem bentuk kepingan salju dadi luwih jelas amarga karya Nakai. Wis ditemokake yen kristal salju berkembang dadi lintang lan piring sing rata (tinimbang struktur telung dimensi) nalika pinggiran tuwuh kanthi cepet metu lan pasuryan tuwuh alon-alon munggah. Kolom tipis tuwuh kanthi beda, kanthi pinggiran sing cepet tuwuh lan pinggir sing luwih alon.
Ing wektu sing padha, proses dhasar sing mengaruhi apa snowflake dadi lintang utawa kolom tetep ora jelas. Mungkin rahasia kasebut ana ing kahanan suhu. Lan Libbrecht nyoba nemokake jawaban kanggo pitakonan iki.
resep snowflake
Bebarengan karo tim peneliti cilik, Librecht nyoba nggawe resep kanggo snowflake. Yaiku, sawetara persamaan lan paramèter tartamtu sing bisa dimuat menyang komputer lan entuk macem-macem salju salju sing apik banget saka AI.
Kenneth Libbrecht miwiti riset rong puluh taun kepungkur sawise sinau babagan bentuk kepingan salju eksotis sing diarani kolom tertutup. Iku katon kaya gulungan benang utawa roda loro lan poros. Lair ing sisih lor negara, dheweke kaget amarga dheweke durung nate ndeleng kepingan salju sing kaya ngono.
Kagum karo wujud kristal salju sing ora ana watese, dheweke wiwit sifate kanthi nggawe laboratorium kanggo ngembangake kepingan salju. Asil pengamatan pirang-pirang taun mbantu nggawe model sing penulis dhewe nganggep minangka terobosan. Dheweke ngusulake ide difusi molekul adhedhasar energi permukaan. Ide iki nggambarake carane tuwuh kristal salju gumantung saka kondisi awal lan prilaku molekul sing mbentuk.
Bayangake manawa molekul-molekul banyu dumunung kanthi longgar amarga uap banyu wiwit beku. Yen sampeyan bisa ana ing observatorium cilik lan ndeleng proses iki, sampeyan bisa ndeleng carane molekul banyu beku wiwit mbentuk kisi kaku, ngendi saben atom oksigen diubengi dening papat atom hidrogen. Kristal iki tuwuh kanthi nggabungake molekul banyu saka udara ing sakubenge menyang strukture. Dheweke bisa tuwuh ing rong arah utama: munggah utawa metu.
Kristal sing tipis lan rata (lamellar utawa bentuke lintang) dibentuk nalika pinggiran mbentuk luwih cepet tinimbang loro pasuryan kristal kasebut. Kristal sing tuwuh bakal nyebar metu. Nanging, nalika pasuryane tuwuh luwih cepet tinimbang pinggire, kristal kasebut dadi luwih dhuwur, mbentuk jarum, pilar kothong, utawa rod.
Wangun langka saka snowflakes
Sedhela maneh. Wigati foto katelu, dijupuk dening Libbrecht ing Ontario sisih lor. Iki minangka kristal "kolom tertutup" - rong piring sing dipasang ing ujung kristal kolom sing kandel. Ing kasus iki, saben piring dipΓ©rang dadi sepasang piring sing luwih tipis. Deleng kanthi rapet ing pinggir, sampeyan bakal weruh carane piring dipΓ©rang dadi loro. Pinggir loro piring tipis iki kira-kira landhep kaya pisau cukur. Dawane total kolom es kira-kira 1,5 mm.
Miturut model Libbrecht, uap banyu pisanan dumunung ing pojok-pojok kristal lan banjur nyebar (diffuses) ing sadawane permukaan menyang pinggir kristal utawa menyang pasuryan, nyebabake kristal kasebut tuwuh metu utawa munggah. Kang saka pangolahan iki "menang" gumantung utamanΓ© ing suhu.
Perlu dicathet yen model kasebut "semi-empiris". Yaiku, sebagian wis kabentuk kanggo cocog karo apa sing kedadeyan, lan ora kanggo nerangake prinsip pertumbuhan snowflake. Ketidakstabilan lan interaksi antarane molekul sing ora kaetung banget rumit kanggo diurai kanthi lengkap. Nanging, pangarep-arep tetep yen gagasan Librecht bakal dadi basis kanggo model lengkap dinamika pertumbuhan es, sing bisa dirinci liwat pangukuran lan eksperimen sing luwih rinci.
Siji ngirim ora mikir sing pengamatan iki kapentingan kanggo bunder sempit ilmuwan. Pitakonan sing padha uga muncul ing fisika materi sing dipadhetke lan ing bidang liyane. Molekul obat, kripik semikonduktor kanggo komputer, sel surya lan akeh industri liyane gumantung ing kristal berkualitas tinggi, lan kabeh tim khusus kanggo ngembangake. Dadi, kepingan salju sing ditresnani Libbrecht bisa uga migunani kanggo ilmu pengetahuan.
Apa maneh sing bisa diwaca ing blog?
β
β
β
β
β
Langganan kita -saluran supaya sampeyan ora kantun artikel sabanjure! Kita nulis ora luwih saka kaping pindho saben minggu lan mung babagan bisnis. Miturut cara, yen sampeyan durung ngerti, startup bisa nampa $10 saka Cloud000Y. Ketentuan lan formulir aplikasi kanggo sing kasengsem bisa ditemokake ing situs web kita:
Source: www.habr.com