M'hemmx biżżejjed borra fil-parti ċentrali tar-Russja din ix-xitwa. F’xi postijiet waqa’, ovvjament, iżda f’Jannar wieħed jista’ jistenna xi temp aktar ġlata u silġ. Griż matt u slush spjaċevoli jipprevjenuk milli tħoss il-ferħ tal-gost tas-soltu tax-xitwa. Huwa għalhekk li Cloud4Y jipproponi li nżidu ftit borra f'ħajjitna billi nitkellmu dwar... snowflakes.
Huwa maħsub li hemm biss żewġ tipi ta 'snowflakes. U wieħed mix-xjenzati, xi kultant imsejjaħ il-"missier" tal-fiżika tal-flake tas-silġ, għandu teorija ġdida biex tispjega r-raġuni għal dan. hija persuna tal-għaġeb li lesta tħalli n-Nofsinhar tal-Kalifornja msaħħna mix-xemx f’nofs ix-xitwa biex tasal f’Fairbanks (Alaska), tlibbes ġakketta sħuna u tpoġġi f’għalqa friżata b’kamera u biċċa fowm f’idejh .
Għalxiex? Huwa jfittex l-aktar snowflakes sparkliest, minsuġa, isbaħ li n-natura tista 'toħloq. Skond hu, l-aktar kampjuni interessanti għandhom it-tendenza li jiffurmaw fl-iktar postijiet kesħin - il-Fairbanks notorji u l-parti tat-Tramuntana tas-silġ ta 'New York. L-aqwa borra li qatt ra Kenneth kienet f’Cochrane, post fil-grigal ta’ Ontario, fejn irjieħ ħfief idawwar il-flakes tas-silġ hekk kif niżlu mis-sema.
Faxxinat mill-elementi, Libbrecht jistudja l-foam board tiegħu bit-tenaċità ta’ arkeologu. Jekk hemm xi ħaġa interessanti hemmhekk, l-għajn żgur se taqbadha. Jekk le, is-silġ jitneħħa mill-bord, u kollox jerġa 'jibda. U dan idum għal sigħat.
Libbrecht huwa fiżiku. B'koinċidenza divertenti, il-laboratorju tiegħu fl-Istitut tat-Teknoloġija ta 'Kalifornja huwa involut f'riċerka dwar l-istruttura interna tax-Xemx u saħansitra żviluppa strumenti moderni biex jiskopru mewġ gravitazzjonali. Iżda għal dawn l-aħħar 20 sena, il-passjoni vera ta’ Libbrecht kienet il-borra—mhux biss id-dehra tagħha, imma dak li jagħmilha tidher hekk. “Il-mistoqsija dwar x’tip taʼ oġġetti jaqgħu mis-sema, kif jiġri u għaliex jidhru hekk, itturmentani l-ħin kollu,” jammetti Kenneth.
Għal żmien twil, kien biżżejjed li l-fiżiċi jkunu jafu li fost il-ħafna kristalli ċkejkna tas-silġ, setgħu jiġu distinti żewġ tipi predominanti. Waħda minnhom hija stilla ċatta b'sitt jew tnax-il dirgħajn, li kull waħda minnhom hija mżejna b'bizzilla sabiħa sturduta. L-oħra hija tip ta 'kolonna minjatura, kultant imdaħħla bejn "kopertura" ċatta, u xi kultant simili għal bolt ordinarju. Dawn il-forom jistgħu jidhru f'temperaturi u umdità differenti, iżda r-raġuni għall-formazzjoni ta 'forma partikolari kienet misteru. Is-snin ta 'osservazzjonijiet ta' Libbrecht għenu biex jifhem aħjar il-proċess ta 'kristallizzazzjoni ta' snowflakes.
Ix-xogħol ta’ Libbrecht f’dan il-qasam għen biex jinħoloq mudell ġdid li jispjega għaliex snowflakes u kristalli oħra tas-silġ jiffurmaw dak li mdorrijin naraw. Skont it-teorija tiegħu, onlajn f'Ottubru 2019, jiddeskrivi l-moviment tal-molekuli tal-ilma ħdejn il-punt tal-iffriżar (kristallizzazzjoni) u kif il-movimenti speċifiċi ta 'dawn il-molekuli jistgħu jagħtu lok għal ġabra ta' kristalli li jiffurmaw taħt kundizzjonijiet differenti. Fil tiegħu F'540 paġna, Libbrecht jiddeskrivi l-għarfien kollu dwar il-kristalli tas-silġ.
Stilel b’sitt ponot
Int, ovvjament, taf li huwa impossibbli li tara żewġ snowflakes identiċi (ħlief fl-istadju tal-bidu). Dan il-fatt għandu x’jaqsam ma’ kif jiffurmaw il-kristalli fis-sema. Il-borra hija ġabra ta’ kristalli tas-silġ li jiffurmaw fl-atmosfera u jżommu l-forma tagħhom meta jaqgħu flimkien lejn id-Dinja. Dawn jiffurmaw meta l-atmosfera tkun kiesħa biżżejjed biex ma tħallihomx jingħaqdu jew jiddewweb fis-sleet jew ix-xita.
Għalkemm ħafna temperaturi u livelli ta’ umdità jistgħu jiġu rreġistrati fi ħdan sħaba waħda, għal snowflake wieħed dawn il-varjabbli se jkunu kostanti. Dan huwa għaliex snowflake spiss jikber b'mod simmetriku. Min-naħa l-oħra, kull snowflake huwa espost għar-riħ, dawl tax-xemx u fatturi oħra. Essenzjalment, kull kristall huwa soġġett għall-kaos tas-sħaba, u għalhekk jieħu forom differenti.
Skont ir-riċerka ta’ Libbrecht, l-ewwel ħsieb dwar dawn il-forom delikati huwa rreġistrat fl-135 QK. fiċ-Ċina. "Il-fjuri tal-pjanti u s-siġar huma ġeneralment b'ħames ponot, iżda l-fjuri tas-silġ huma dejjem b'sitt ponot," kiteb l-istudjuż Han Yin. U l-ewwel xjenzat li pprova jifhem għaliex kien qed jiġri dan kien probabbilment Johannes Kepler, xjenzat u polimat Ġermaniż.
Fl-1611, Kepler ippreżenta rigal tal-Ewwel tas-Sena lill-patrun tiegħu, l-Imperatur Ruman Rudolf II: żgħir. intitolat "Dwar Eżagonali Snowflakes".
“Naqsam il-pont, itturmentat mill-mistħija - ħallejtek mingħajr rigal tal-Ewwel tas-Sena! U mbagħad ġietni opportunità! Fwar ta 'l-ilma, mħaxxen mill-kesħa fis-borra, jaqa' bħal snowflakes fuq ħwejjeġ tiegħi, kollha kemm huma, bħala wieħed, eżagonali, b'raġġi fluffy. Naħlef minn Hercules, hawn ħaġa li hija iżgħar minn kull qatra, għandha forma, tista’ sservi bħala rigal tant mistenni tal-Ewwel tas-Sena lil min iħobb ix-Xejn u hija denja ta’ matematiku li m’għandu Xejn u li jirċievi Xejn, peress li jaqa mis-sema u jaħbi ġewwa fih ix-xebh ta’ stilla eżagonali!
“Għandu jkun hemm raġuni għaliex il-borra għandha forma ta’ stilla eżagonali. Dan ma jistax ikun inċident,” kien ċert Johannes Kepler. Forsi ftakar f’ittra mill-kontemporanju tiegħu Thomas Harriot, xjenzat u astronomu Ingliż li rnexxielu jaħdem ukoll bħala navigatur għall-esploratur Sir Walter Raleigh. Madwar l-1584, Harriot kien qed ifittex l-aktar mod effiċjenti biex ipoġġi l-blali tal-kanuni fuq il-gverti tal-vapuri ta’ Raleigh. Harriot sab li l-mudelli eżagonali dehru li kienu l-aħjar mod biex tirranġa l-isferi, u ddiskuta din il-kwistjoni f'korrispondenza ma 'Kepler. Kepler staqsiet jekk jiġrix xi ħaġa simili fil-flakes u liema element hu responsabbli biex dawn is-sitt raġġi jinħolqu u jinżammu.
Forom ta' Snowflake
Nistgħu ngħidu li dan kien il-fehim inizjali tal-prinċipji tal-fiżika atomika, li se jiġu diskussi biss 300 sena wara. Tabilħaqq, il-molekuli tal-ilma, biż-żewġ atomi tal-idroġenu tagħhom u l-ossiġnu wieħed, għandhom it-tendenza li jingħaqdu flimkien biex jiffurmaw matriċi eżagonali. Kepler u l-kontemporanji tiegħu ma kellhomx idea kemm dan kien importanti.
Kif jgħidu l-fiżiċi, grazzi għall-irbit tal-idroġenu u l-interazzjoni tal-molekuli ma 'xulxin, nistgħu nosservaw struttura kristallina miftuħa. Minbarra l-kapaċità tagħha li tikber snowflakes, l-istruttura eżagonali tippermetti li s-silġ ikun inqas dens mill-ilma, li għandu effetti enormi fuq il-ġeokimika, il-ġeofiżika u l-klima. Fi kliem ieħor, jekk is-silġ ma jżommx f'wiċċ l-ilma, il-ħajja fid-Dinja tkun impossibbli.
Imma wara t-trattat ta’ Kepler, l-osservazzjoni tal-flakes kienet aktar passatemp milli xjenza serja. Fis-snin tmenin, fotografu Amerikan jismu Wilson Bentley, li kien jgħix fil-belt żgħira kiesħa u dejjem silġ ta’ Jericho (Vermont, l-Istati Uniti), beda jieħu ritratti ta’ snowflakes billi juża pjanċi fotografiċi. Huwa rnexxielu joħloq aktar minn 1880 ritratt qabel ma miet bil-pnewmonja.
Anke aktar tard, fis-snin tletin, ir-riċerkatur Ġappuniż Ukichiro Nakaya beda jistudja b'mod sistematiku tipi differenti ta 'kristalli tas-silġ. F'nofs is-seklu, Nakaya kiber snowflakes fil-laboratorju billi juża xagħar tal-fenek individwali mqiegħed f'kamra refriġerata. Huwa biddel is-settings ta 'l-umdità u t-temperatura, kabbar tipi bażiċi ta' kristalli, u kkompila l-katalgu oriġinali tiegħu ta 'forom possibbli. Nakaya skopra li l-istilel snowflake għandhom it-tendenza li jiffurmaw f'-1930°C u f'-2°C. Il-kolonni jiffurmaw f'-15 °C u f'madwar -5 °C.
Huwa importanti li wieħed jinnota hawnhekk li f'temperatura ta 'madwar -2 °C jidhru forom ta' snowflakes qishom pjanċa rqiqa, f'-5 °C joħolqu kolonni rqaq u labar, meta t-temperatura tinżel għal -15 °C isiru verament irqaq pjanċi, u f'temperaturi taħt - F'30 °C jerġgħu lura għal kolonni eħxen.
F'kundizzjonijiet ta 'umdità baxxa, snowflakes stilla jiffurmaw diversi fergħat u jixbħu pjanċi eżagonali, iżda f'umdità għolja jsiru aktar kumplessi u bizzilla.
Skont Libbrecht, ir-raġunijiet għad-dehra ta’ forom differenti ta’ snowflakes saru aktar ċari grazzi għax-xogħol ta’ Nakai. Instab li l-kristalli tas-silġ jiżviluppaw fi stilel u pjanċi ċatti (aktar milli strutturi tridimensjonali) meta t-truf jikbru malajr 'il barra u l-uċuħ jikbru bil-mod 'il fuq. Kolonni rqaq jikbru b'mod differenti, bi truf li qed jikbru malajr u truf li qed jikbru aktar bil-mod.
Fl-istess ħin, il-proċessi bażiċi li jinfluwenzaw jekk snowflake isirx stilla jew kolonna jibqgħu mhux ċari. Forsi s-sigriet jinsab fil-kundizzjonijiet tat-temperatura. U Libbrecht ipprova jsib tweġiba għal din il-mistoqsija.
Riċetta Snowflake
Flimkien mat-tim żgħir tiegħu ta’ riċerkaturi, Libbrecht ipprova joħroġ b’riċetta għal snowflake. Jiġifieri, ċertu sett ta 'ekwazzjonijiet u parametri li jistgħu jitgħabbew f'kompjuter u jiksbu varjetà magnífico ta' snowflakes mill-AI.
Kenneth Libbrecht beda r-riċerka tiegħu għoxrin sena ilu wara li tgħallem dwar forma eżotika ta’ snowflake imsejħa kolonna magħluqa. Jidher qisu rukkell ta 'ħajt jew żewġ roti u fus. Imwieled fit-Tramuntana tal-pajjiż, kien ixxukkjat bil-fatt li qatt ma kien ra snowflake bħal dan.
Mgħaġġeb bil-forom bla tarf tal-kristalli tas-silġ, beda in-natura tagħhom billi ħoloq laboratorju għat-tkabbir ta’ snowflakes. Ir-riżultati ta’ ħafna snin ta’ osservazzjonijiet għenu biex jinħoloq mudell li l-awtur innifsu jqis bħala avvanz. Huwa ppropona l-idea ta 'diffużjoni molekulari bbażata fuq l-enerġija tal-wiċċ. Din l-idea tiddeskrivi kif it-tkabbir ta 'kristall tas-silġ jiddependi fuq il-kundizzjonijiet inizjali u l-imġieba tal-molekuli li jiffurmawha.
Immaġina li l-molekuli tal-ilma jinsabu laxk hekk kif il-fwar tal-ilma għadu qed jibda jiffriża. Jekk inti tista 'tkun ġewwa osservatorju ċkejkna u tħares lejn dan il-proċess, tista' tara kif molekuli tal-ilma ffriżati jibdew jiffurmaw kannizzata riġida, fejn kull atomu tal-ossiġnu huwa mdawwar b'erba 'atomi tal-idroġenu. Dawn il-kristalli jikbru billi jinkorporaw molekuli tal-ilma mill-arja tal-madwar fl-istruttura tagħhom. Jistgħu jikbru f'żewġ direzzjonijiet ewlenin: 'il fuq jew 'il barra.
Kristall irqiq u ċatt (lamellari jew forma ta 'stilla) huwa ffurmat meta t-truf jiffurmaw aktar malajr miż-żewġ uċuħ tal-kristall. Il-kristall li qed jikber se jinfirex 'il barra. Madankollu, meta l-uċuħ tiegħu jikbru aktar malajr mit-truf tiegħu, il-kristall jikber ogħla, u jifforma labra, pilastru vojta, jew virga.
Forom rari ta' snowflakes
Mument ieħor. Innota t-tielet ritratt, meħud minn Libbrecht fit-Tramuntana ta’ Ontario. Dan huwa kristall "kolonna magħluqa" - żewġ pjanċi mwaħħla mat-truf ta 'kristall kolonni oħxon. F'dan il-każ, kull pjanċa hija maqsuma f'par ta 'pjanċi ħafna irqaq. Ħares mill-qrib lejn it-truf, se tara kif il-pjanċa hija maqsuma fi tnejn. It-truf ta 'dawn iż-żewġ pjanċi rqaq huma madwar jaqtgħu daqs xafra tal-leħja. It-tul totali tal-kolonna tas-silġ huwa madwar 1,5 mm.
Skont il-mudell ta’ Libbrecht, il-fwar tal-ilma l-ewwel joqgħod fil-kantunieri tal-kristall u mbagħad jinfirex (ixerred) tul il-wiċċ jew sat-tarf tal-kristall jew mal-uċuħ tiegħu, u b’hekk il-kristall jikber 'il barra jew 'il fuq. Liema minn dawn il-proċessi "jirbaħ" jiddependi prinċipalment fuq it-temperatura.
Għandu jiġi nnutat li l-mudell huwa "semi-empiriku". Jiġifieri, huwa parzjalment strutturat biex jikkorrispondi għal dak li qed jiġri, u mhux biex jispjega l-prinċipji tat-tkabbir tal-flake tas-silġ. L-instabbiltajiet u l-interazzjonijiet bejn l-għadd ta 'molekuli huma kumplessi wisq biex jinqalgħu bis-sħiħ. Madankollu, tibqa 'tama li l-ideat ta' Libbrecht iservu bħala l-bażi għal mudell komprensiv tad-dinamika tat-tkabbir tas-silġ, li jista 'jiġi dettaljat permezz ta' kejl u esperimenti aktar dettaljati.
Wieħed m'għandux jaħseb li dawn l-osservazzjonijiet huma ta 'interess għal ċirku dejjaq ta' xjenzati. Mistoqsijiet simili jinqalgħu fil-fiżika tal-materja kondensata u f'oqsma oħra. Molekuli tad-droga, ċipep semikondutturi għall-kompjuters, ċelloli solari u għadd ta 'industriji oħra jiddependu fuq kristalli ta' kwalità għolja, u timijiet sħaħ huma ddedikati biex jikbruhom. Allura l-flakes tant għeżież ta 'Libbrecht jistgħu jaqdu l-benefiċċju tax-xjenza.
X'iktar tista' taqra fuq il-blog?
→
→
→
→
→
Abbona għal tagħna -kanal sabiex ma titlifx l-artiklu li jmiss! Aħna niktbu mhux aktar minn darbtejn fil-ġimgħa u biss fuq in-negozju. Mill-mod, jekk ma tafx diġà, startups jistgħu jirċievu $ 10 minn Cloud000Y. Il-kundizzjonijiet u l-formola tal-applikazzjoni għal dawk interessati jinsabu fuq il-websajt tagħna:
Sors: www.habr.com