Krievijas centrÄlajÄ daÄ¼Ä Å”oziem nav pietiekami daudz sniega. VietÄm, protams, uzlija, bet janvÄrÄ« varÄja sagaidÄ«t vÄl kÄdu salnu un sniegotu laiku. BlÄvs pelÄcÄ«gums un nepatÄ«kamais sÄrtums neļauj izjust ierasto ziemas prieku prieku. TÄpÄc Cloud4Y ierosina pievienot mÅ«su dzÄ«vÄ nedaudz sniega, runÄjot par... sniegpÄrslÄm.
Tiek uzskatÄ«ts, ka ir tikai divu veidu sniegpÄrslas. Un vienam no zinÄtniekiem, ko dažreiz sauc par sniegpÄrsliÅu fizikas ātÄvuā, ir jauna teorija, lai izskaidrotu tÄ iemeslu. ir apbrÄ«nojams cilvÄks, kurÅ” ir gatavs ziemas vidÅ« pamest saules silto Dienvidkaliforniju, lai nokļūtu FÄrbenksÄ (AļaskÄ), uzvilktu siltu jaku un sÄdÄtu aizsaluÅ”Ä laukÄ ar kameru un putuplasta gabalu rokÄs .
Par ko? ViÅÅ” meklÄ visskaistÄkÄs, tekstÅ«ras un skaistÄkÄs sniegpÄrslas, ko daba var radÄ«t. PÄc viÅa teiktÄ, interesantÄkie paraugi mÄdz veidoties aukstÄkajÄs vietÄs - bÄdÄ«gi slavenajÄ FÄrbenksÄ un sniegotajÄ Å ujorkas ziemeļu daļÄ. LabÄkais sniegs, kÄdu Kenets jebkad bija redzÄjis, bija KoÄreinÄ, vietÄ Ontario ziemeļaustrumos, kur viegls vÄjÅ” virpuļoja sniegpÄrslas, krÄ«tot no debesÄ«m.
Elementu fascinÄts, Librehts ar arheologa neatlaidÄ«bu pÄta savu putuplasta dÄli. Ja tur ir kas interesants, acs noteikti aizÄ·ers. Ja nÄ, sniegs tiek noslaucÄ«ts no dÄļa, un viss sÄkas no jauna. Un tas ilgst stundas.
Librehts ir fiziÄ·is. Amizantas sakritÄ«bas dÄļ viÅa laboratorija Kalifornijas TehnoloÄ£iju institÅ«tÄ nodarbojas ar Saules iekÅ”ÄjÄs uzbÅ«ves izpÄti un pat izstrÄdÄjusi modernus instrumentus gravitÄcijas viļÅu noteikÅ”anai. TaÄu pÄdÄjos 20 gadus Librehta patiesÄ aizrauÅ”anÄs ir bijusi sniegs ā ne tikai tÄ izskats, bet arÄ« tas, kas liek tam izskatÄ«ties. "JautÄjums par to, kÄdi objekti nokrÄ«t no debesÄ«m, kÄ tas notiek un kÄpÄc tie tÄdi izskatÄs, mani visu laiku moka," atzÄ«st Kenets.
Ilgu laiku fiziÄ·iem pietika ar to, ka starp daudzajiem sÄ«kajiem sniega kristÄliÅiem var izdalÄ«t divus dominÄjoÅ”os tipus. Viena no tÄm ir plakana zvaigzne ar seÅ”Äm vai divpadsmit rokÄm, no kurÄm katru rotÄ galvu reibinoÅ”i skaistas mežģīnes. Otra ir sava veida miniatÅ«ra kolonna, kas dažreiz ir iespiesta starp plakaniem āpÄrsegiemā, un dažreiz lÄ«dzÄ«ga parastai skrÅ«vei. Å Ä«s formas var redzÄt dažÄdÄs temperatÅ«rÄs un mitrumÄ, taÄu konkrÄtas formas veidoÅ”anÄs iemesls ir bijis noslÄpums. Librehta novÄrojumi gadiem ilgi palÄ«dzÄja labÄk izprast sniegpÄrslu kristalizÄcijas procesu.
Libbrehta darbs Å”ajÄ jomÄ ir palÄ«dzÄjis izveidot jaunu modeli, kas izskaidro, kÄpÄc sniegpÄrslas un citi sniega kristÄli veido to, ko esam pieraduÅ”i redzÄt. SaskaÅÄ ar viÅa teoriju, tieÅ”saistÄ 2019. gada oktobrÄ«, apraksta Å«dens molekulu kustÄ«bu tuvu sasalÅ”anas punktam (kristalizÄcija) un to, kÄ Å”o molekulu Ä«paÅ”as kustÄ«bas var radÄ«t kristÄlu kolekciju, kas veidojas dažÄdos apstÄkļos. ViÅa Librehts 540 lappusÄs apraksta visas zinÄÅ”anas par sniega kristÄliem.
SeŔstaru zvaigznes
JÅ«s, protams, zinÄt, ka nav iespÄjams redzÄt divas identiskas sniegpÄrslas (izÅemot sÄkuma stadijÄ). Å is fakts ir saistÄ«ts ar kristÄlu veidoÅ”anos debesÄ«s. Sniegs ir ledus kristÄlu kopums, kas veidojas atmosfÄrÄ un saglabÄ savu formu, kad tie kopÄ nokrÄ«t uz Zemes. Tie veidojas, kad atmosfÄra ir pietiekami auksta, lai novÄrstu to saplÅ«Å”anu vai kuÅ”anu slapjÄ vai lietÅ«.
Lai gan vienÄ mÄkonÄ« var reÄ£istrÄt daudzus temperatÅ«ras un mitruma lÄ«meÅus, vienai sniegpÄrsliÅai Å”ie mainÄ«gie lielumi bÅ«s nemainÄ«gi. TÄpÄc sniegpÄrsla bieži aug simetriski. No otras puses, katra sniegpÄrsla ir pakļauta vÄja, saules gaismas un citiem faktoriem. BÅ«tÄ«bÄ katrs kristÄls ir pakļauts mÄkoÅa haosam, un tÄpÄc tas iegÅ«st dažÄdas formas.
SaskaÅÄ ar Librehta pÄtÄ«jumiem, agrÄkÄ domÄÅ”ana par Ŕīm smalkajÄm formÄm ir reÄ£istrÄta 135. gadÄ pirms mÅ«su Äras. ĶīnÄ. āAugu un koku ziedi parasti ir piecstaruÅi, bet sniega ziedi vienmÄr ir seÅ”stÅ«raini,ā rakstÄ«ja zinÄtnieks HaÅs IÅs. Un pirmais zinÄtnieks, kurÅ” mÄÄ£inÄja noskaidrot, kÄpÄc tas notiek, iespÄjams, bija Johanness Keplers, vÄcu zinÄtnieks un polimÄts.
1611. gadÄ Keplers savam patronam SvÄtÄs Romas imperatoram RÅ«dolfam II pasniedza Jaungada dÄvanu: nelielu ar nosaukumu "Par seÅ”stÅ«ra sniegpÄrslÄm".
āEs eju pÄri tiltam, kauna mocÄ«ts - es tevi atstÄju bez Jaungada dÄvanas! Un tad man radÄs iespÄja! ÅŖdens tvaiki, no aukstuma sabiezÄjuÅ”i sniegÄ, kÄ sniegpÄrslas krÄ«t uz manÄm drÄbÄm, visas kÄ viena seÅ”stÅ«raina, ar pÅ«kainiem stariem. Es zvÄru pie Herkulesa, Å”eit ir lieta, kas ir mazÄka par jebkuru pilienu, kurai ir forma, tÄ var kalpot kÄ ilgi gaidÄ«ta Jaungada dÄvana NekÄ mīļotÄjam un ir cienÄ«ga matemÄtiÄ·im, kuram nav nekÄ un nesaÅem neko, jo nokrÄ«t no debesÄ«m un slÄpj sevÄ« seÅ”stÅ«rainas zvaigznes lÄ«dzÄ«bu!
āIr jÄbÅ«t iemeslam, kÄpÄc sniegs ir veidots kÄ seÅ”stÅ«ra zvaigzne. Tas nevar bÅ«t negadÄ«jums,ā pÄrliecinÄts bija Johanness Keplers. VarbÅ«t viÅÅ” atcerÄjÄs vÄstuli no sava laikabiedra Tomasa Hariota, angļu zinÄtnieka un astronoma, kurÅ” arÄ« paguva strÄdÄt par pÄtnieka sera Valtera Rolija navigatoru. Ap 1584. gadu Hariots meklÄja visefektÄ«vÄko veidu, kÄ sakraut lielgabalu lodes uz Rolijas kuÄ£u klÄjiem. Hariots atklÄja, ka seÅ”stÅ«ra raksti, Ŕķiet, ir labÄkais veids, kÄ sakÄrtot sfÄras, un viÅÅ” apsprieda Å”o jautÄjumu sarakstÄ ar Kepleru. Keplers domÄja, vai sniegpÄrslÄs notiek kaut kas lÄ«dzÄ«gs un kÄds elements ir atbildÄ«gs par Å”o seÅ”u staru radÄ«Å”anu un uzturÄÅ”anu.
SniegpÄrslu formas
Var teikt, ka tÄ bija sÄkotnÄjÄ izpratne par atomu fizikas principiem, kas tiks apspriesti tikai pÄc 300 gadiem. PatieÅ”Äm, Å«dens molekulas ar diviem Å«deÅraža atomiem un vienu skÄbekļa atomu mÄdz savienoties, veidojot seÅ”stÅ«rainu blokus. Kepleram un viÅa laikabiedriem nebija ne jausmas, cik tas ir svarÄ«gi.
KÄ saka fiziÄ·i, pateicoties Å«deÅraža saitei un molekulu savstarpÄjai mijiedarbÄ«bai, mÄs varam novÄrot atvÄrtu kristÄlisku struktÅ«ru. Papildus spÄjai audzÄt sniegpÄrslas, seÅ”stÅ«ra struktÅ«ra ļauj ledum bÅ«t mazÄk blÄ«vam nekÄ Å«denim, kam ir milzÄ«ga ietekme uz Ä£eoÄ·Ä«miju, Ä£eofiziku un klimatu. Citiem vÄrdiem sakot, ja ledus nepeldÄtu, dzÄ«vÄ«ba uz Zemes bÅ«tu neiespÄjama.
Bet pÄc Keplera traktÄta sniegpÄrslu novÄroÅ”ana bija vairÄk hobijs nekÄ nopietna zinÄtne. 1880. gadsimta 5000. gados amerikÄÅu fotogrÄfs Vilsons Bentlijs, kurÅ” dzÄ«voja aukstajÄ, vienmÄr sniegotajÄ mazpilsÄtÄ Džeriko (VermontÄ, ASV), sÄka fotografÄt sniegpÄrslas, izmantojot fotoplates. Pirms nÄves no pneimonijas viÅam izdevÄs izveidot vairÄk nekÄ XNUMX fotogrÄfiju.
VÄl vÄlÄk, 1930. gados, japÄÅu pÄtnieks UkiÄiro Nakaja sÄka sistemÄtiski pÄtÄ«t dažÄda veida sniega kristÄlus. Gadsimta vidÅ« Nakaja laboratorijÄ audzÄja sniegpÄrslas, izmantojot atseviŔķus truÅ”u matiÅus, kas novietoti ledusskapÄ«. ViÅÅ” izdomÄja mitruma un temperatÅ«ras iestatÄ«jumus, audzÄja kristÄlu pamatveidus un sastÄdÄ«ja savu sÄkotnÄjo iespÄjamo formu katalogu. Nakaja atklÄja, ka sniegpÄrslu zvaigznes mÄdz veidoties -2Ā°C un -15Ā°C temperatÅ«rÄ. Kolonnas veidojas -5 Ā°C un aptuveni -30 Ā°C.
Å eit svarÄ«gi atzÄ«mÄt, ka aptuveni -2 Ā°C temperatÅ«rÄ parÄdÄs plÄnas plÄksnveidÄ«gas sniegpÄrslu formas, pie -5 Ā°C tÄs veido plÄnas kolonnas un adatas, temperatÅ«rai noslÄ«dot lÄ«dz -15 Ā°C, tÄs kļūst patieÅ”Äm plÄnas. plÄksnÄm, un temperatÅ«rÄ, kas zemÄka par - 30 Ā°C temperatÅ«rÄ tÄs atgriežas biezÄkÄs kolonnÄs.
Zema mitruma apstÄkļos zvaigžÅu sniegpÄrslas veido vairÄkus zarus un atgÄdina seÅ”stÅ«rainas plÄksnes, bet lielÄ mitruma apstÄkļos tÄs kļūst sarežģītÄkas un mežģīÅotÄkas.
PÄc Libbrehta teiktÄ, dažÄdu sniegpÄrslu formu parÄdÄ«Å”anÄs iemesli kļuva skaidrÄki, pateicoties Nakai darbam. Ir konstatÄts, ka sniega kristÄli attÄ«stÄs plakanÄs zvaigznÄs un plÄksnÄs (nevis trÄ«sdimensiju struktÅ«rÄs), kad malas strauji aug uz Äru un sejas lÄnÄm aug uz augÅ”u. PlÄnas kolonnas aug atŔķirÄ«gi, ar strauji augoÅ”Äm malÄm un lÄnÄk augoÅ”Äm malÄm.
TajÄ paÅ”Ä laikÄ pamatprocesi, kas ietekmÄ to, vai sniegpÄrsla kļūst par zvaigzni vai kolonnu, paliek neskaidri. VarbÅ«t noslÄpums slÄpjas temperatÅ«ras apstÄkļos. Un Librehts mÄÄ£inÄja rast atbildi uz Å”o jautÄjumu.
SniegpÄrslu recepte
KopÄ ar savu nelielo pÄtnieku komandu Librehts mÄÄ£inÄja izdomÄt sniegpÄrsliÅas recepti. Tas ir, noteiktu vienÄdojumu un parametru kopumu, ko var ielÄdÄt datorÄ un iegÅ«t no AI lielisku sniegpÄrslu daudzveidÄ«bu.
Kenets Librehts sÄka savus pÄtÄ«jumus pirms divdesmit gadiem, kad uzzinÄja par eksotisku sniegpÄrslas formu, ko sauc par slÄgtu kolonnu. Tas izskatÄs pÄc vÄ«tnes spoles vai diviem riteÅiem un ass. Dzimis valsts ziemeļos, viÅu Å”okÄja fakts, ka viÅÅ” nekad nebija redzÄjis Å”Ädu sniegpÄrsliÅu.
PÄrsteigts par sniega kristÄlu bezgalÄ«gajÄm formÄm, viÅÅ” sÄka to darÄ«t to dabu, izveidojot sniegpÄrslu audzÄÅ”anas laboratoriju. Daudzu gadu novÄrojumu rezultÄti palÄ«dzÄja izveidot modeli, ko pats autors uzskata par izrÄvienu. ViÅÅ” ierosinÄja ideju par molekulÄro difÅ«ziju, kuras pamatÄ ir virsmas enerÄ£ija. Å Ä« ideja apraksta, kÄ sniega kristÄla augÅ”ana ir atkarÄ«ga no sÄkotnÄjiem apstÄkļiem un to veidojoÅ”o molekulu uzvedÄ«bas.
IedomÄjieties, ka Å«dens molekulas atrodas brÄ«vi, jo Å«dens tvaiki tikko sÄk sasalt. Ja jÅ«s varÄtu atrasties mazÄ observatorijÄ un aplÅ«kot Å”o procesu, jÅ«s varÄtu redzÄt, kÄ sasaluÅ”as Å«dens molekulas sÄk veidot stingru režģi, kur katru skÄbekļa atomu ieskauj Äetri Å«deÅraža atomi. Å ie kristÄli aug, savÄ struktÅ«rÄ iekļaujot Å«dens molekulas no apkÄrtÄjÄ gaisa. Tie var augt divos galvenajos virzienos: uz augÅ”u vai uz Äru.
PlÄns, plakans kristÄls (lamelÄrs vai zvaigžÅveida) veidojas, kad malas veidojas ÄtrÄk nekÄ abas kristÄla virsmas. AugoÅ”ais kristÄls izplatÄ«sies uz Äru. TomÄr, kad kristÄls aug ÄtrÄk nekÄ malas, kristÄls kļūst garÄks, veidojot adatu, dobu stabu vai stieni.
Retas sniegpÄrslu formas
VÄl viens mirklis. Å
emiet vÄrÄ treÅ”o fotoattÄlu, ko uzÅÄmis Libbrecht Ontario ziemeļos. Å is ir āslÄgtÄs kolonnasā kristÄls ā divas plÄksnes, kas piestiprinÄtas pie bieza kolonnveida kristÄla galiem. Å ajÄ gadÄ«jumÄ katra plÄksne ir sadalÄ«ta daudz plÄnÄku plÄkÅ”Åu pÄros. Paskatieties uzmanÄ«gi uz malÄm, jÅ«s redzÄsiet, kÄ plÄksne ir sadalÄ«ta divÄs daļÄs. Å o divu plÄno plÄkÅ”Åu malas ir apmÄram tikpat asas kÄ Å¾ilete. Ledus kolonnas kopÄjais garums ir aptuveni 1,5 mm.
SaskaÅÄ ar Librehta modeli, Å«dens tvaiki vispirms nosÄžas kristÄla stÅ«ros un pÄc tam izplatÄs (izkliedÄ) pa virsmu vai nu lÄ«dz kristÄla malai, vai uz tÄ virsmÄm, izraisot kristÄla augÅ”anu uz Äru vai uz augÅ”u. KurÅ” no Å”iem procesiem āuzvarā, galvenokÄrt ir atkarÄ«gs no temperatÅ«ras.
JÄatzÄ«mÄ, ka modelis ir ādaļÄji empÄ«risksā. Tas ir, tas ir daļÄji strukturÄts, lai atbilstu notiekoÅ”ajam, nevis izskaidrotu sniegpÄrslu augÅ”anas principus. NestabilitÄte un mijiedarbÄ«ba starp neskaitÄmajÄm molekulÄm ir pÄrÄk sarežģīta, lai to pilnÄ«bÄ atŔķetinÄtu. TomÄr joprojÄm ir cerÄ«ba, ka Libbrehta idejas kalpos par pamatu visaptveroÅ”am ledus augÅ”anas dinamikas modelim, ko var precizÄt, veicot detalizÄtÄkus mÄrÄ«jumus un eksperimentus.
NevajadzÄtu domÄt, ka Å”ie novÄrojumi interesÄ Å”auru zinÄtnieku loku. LÄ«dzÄ«gi jautÄjumi rodas kondensÄto vielu fizikÄ un citÄs jomÄs. ZÄļu molekulas, datoru pusvadÄ«tÄju mikroshÄmas, saules baterijas un daudzas citas nozares balstÄs uz augstas kvalitÄtes kristÄliem, un to audzÄÅ”anai ir veltÄ«tas veselas komandas. TÄtad Librehta ļoti iemīļotÄs sniegpÄrslas var kalpot zinÄtnes ieguvumam.
Ko vÄl var lasÄ«t emuÄrÄ?
ā
ā
ā
ā
ā
AbonÄjiet mÅ«su -kanÄls, lai nepalaistu garÄm nÄkamo rakstu! MÄs rakstÄm ne biežÄk kÄ divas reizes nedÄÄ¼Ä un tikai darba kÄrtÄ«bÄ. Starp citu, ja jÅ«s vÄl nezinÄt, jaunizveidotie uzÅÄmumi var saÅemt 10 000 USD no Cloud4Y. NosacÄ«jumi un pieteikuma anketa interesentiem atrodama mÅ«su mÄjaslapÄ:
Avots: www.habr.com