Nuk ka borë të mjaftueshme në pjesën qendrore të Rusisë këtë dimër. Ka rënë në disa vende, sigurisht, por në janar mund të pritet një mot më i ftohtë dhe me borë. Thinja e shurdhër dhe llucë e pakëndshme ju pengojnë të ndjeni gëzimin e argëtimit të zakonshëm dimëror. Kjo është arsyeja pse Cloud4Y propozon të shtojmë pak borë në jetën tonë duke folur për... fjokat e borës.
Besohet se ekzistojnë vetëm dy lloje të borës. Dhe një nga shkencëtarët, i quajtur ndonjëherë "babai" i fizikës së borës, ka një teori të re për të shpjeguar arsyen për këtë. është një person i mahnitshëm që është gati të largohet nga Kalifornia Jugore e ngrohur nga dielli në mes të dimrit për të arritur në Fairbanks (Alaska), të veshë një xhaketë të ngrohtë dhe të ulet në një fushë të ngrirë me një aparat fotografik dhe një copë shkumë në duar. .
Per cfare? Ai kërkon për fijet e dëborës më të shkëlqyeshme, më me teksturë dhe më të bukur që mund të krijojë natyra. Sipas tij, mostrat më interesante priren të formohen në vendet më të ftohta - Fairbanks famëkeq dhe pjesa veriore me borë e Nju Jorkut. Dëbora më e mirë që Kenneth kishte parë ndonjëherë ishte në Cochrane, një vend në Ontario verilindore, ku erërat e lehta rrotullonin floket e borës ndërsa binin nga qielli.
I magjepsur nga elementët, Libbrecht studion tabelën e tij të shkumës me këmbënguljen e një arkeologu. Nëse ka diçka interesante atje, syri patjetër do ta kapë atë. Nëse jo, bora fshihet nga bordi dhe gjithçka fillon përsëri. Dhe kjo zgjat me orë të tëra.
Libbrecht është një fizikant. Nga një rastësi zbavitëse, laboratori i tij në Institutin e Teknologjisë në Kaliforni është i angazhuar në kërkime në strukturën e brendshme të Diellit dhe madje ka zhvilluar instrumente moderne për zbulimin e valëve gravitacionale. Por për 20 vitet e fundit, pasioni i vërtetë i Libbrecht ka qenë bora – jo vetëm pamja e saj, por ajo që e bën atë të duket kështu. "Pyetja se çfarë lloj objektesh bien nga qielli, si ndodh dhe pse duken kështu, më mundon gjatë gjithë kohës," pranon Kenneth.
Për një kohë të gjatë, ishte e mjaftueshme që fizikanët të dinin se midis shumë kristaleve të vogla të borës, mund të dalloheshin dy lloje mbizotëruese. Njëri prej tyre është një yll i sheshtë me gjashtë ose dymbëdhjetë krahë, secili prej të cilëve është i zbukuruar me dantella marramendëse të bukura. Tjetra është një lloj kolone miniaturë, ndonjëherë e vendosur midis "mbulesave" të sheshta dhe ndonjëherë e ngjashme me një rrufe në qiell të zakonshëm. Këto forma mund të shihen në temperatura dhe lagështi të ndryshme, por arsyeja e formimit të një forme të veçantë ka qenë një mister. Vëzhgimet e viteve të Libbrecht ndihmuan për të kuptuar më mirë procesin e kristalizimit të flokeve të borës.
Puna e Libbrecht-it në këtë fushë ka ndihmuar në krijimin e një modeli të ri që shpjegon pse floket e borës dhe kristalet e tjera të borës formojnë atë që jemi mësuar të shohim. Sipas teorisë së tij, online në tetor 2019, përshkruan lëvizjen e molekulave të ujit pranë pikës së ngrirjes (kristalizimi) dhe se si lëvizjet specifike të këtyre molekulave mund të krijojnë një koleksion kristalesh që formohen në kushte të ndryshme. Në të tijën Në 540 faqe, Libbrecht përshkruan të gjitha njohuritë për kristalet e borës.
Yje me gjashtë cepa
Ju, sigurisht, e dini se është e pamundur të shihni dy fjolla identike të dëborës (përveç në fazën fillestare). Ky fakt ka të bëjë me mënyrën se si formohen kristalet në qiell. Bora është një koleksion kristalesh akulli që formohen në atmosferë dhe ruajnë formën e tyre kur bien së bashku në Tokë. Ato formohen kur atmosfera është mjaft e ftohtë për të parandaluar bashkimin ose shkrirjen e tyre në shi ose shi.
Edhe pse shumë temperatura dhe nivele lagështie mund të regjistrohen brenda një reje të vetme, për një fjollë dëbore të vetme këto variabla do të jenë konstante. Kjo është arsyeja pse një flok dëbore shpesh rritet në mënyrë simetrike. Nga ana tjetër, çdo fjollë dëbore është e ekspozuar ndaj erës, dritës së diellit dhe faktorëve të tjerë. Në thelb, çdo kristal i nënshtrohet kaosit të resë, dhe për këtë arsye merr forma të ndryshme.
Sipas hulumtimit të Libbrecht, mendimi më i hershëm për këto forma delikate është regjistruar në vitin 135 para Krishtit. në Kinë. "Lulet e bimëve dhe pemëve janë zakonisht me pesë cepa, por lulet e borës janë gjithmonë me gjashtë cepa", shkroi studiuesi Han Yin. Dhe shkencëtari i parë që u përpoq të kuptonte pse po ndodhte kjo ishte ndoshta Johannes Kepler, një shkencëtar gjerman dhe polimatist.
Në 1611, Kepler i dha një dhuratë të Vitit të Ri mbrojtësit të tij, Perandorit të Shenjtë Romak Rudolf II: një të vogël me titull “Rreth borës gjashtëkëndore”.
“Kaloj urën, i munduar nga turpi - të lashë pa dhuratë për Vitin e Ri! Dhe atëherë më erdhi një mundësi! Avujt e ujit, të dendur nga të ftohtit në borë, më bien si fjolla bore mbi rrobat e mia, të gjitha, si një, gjashtëkëndore, me rreze push. Betohem për Herkulin, ja një gjë që është më e vogël se çdo pikë, ka një formë, mund të shërbejë si një dhuratë e shumëpritur e Vitit të Ri për një dashnor të Asgjësë dhe është e denjë për një matematikan që nuk ka asgjë dhe nuk merr asgjë, pasi ajo bie nga qielli dhe fsheh brenda vetes ngjashmërinë e një ylli gjashtëkëndor!
“Duhet të ketë një arsye pse bora ka formën e një ylli gjashtëkëndor. Ky nuk mund të jetë një aksident,” ishte i sigurt Johannes Kepler. Ndoshta atij iu kujtua një letër nga bashkëkohësi i tij Thomas Harriot, një shkencëtar dhe astronom anglez, i cili gjithashtu arriti të punonte si lundërtar për eksploruesin Sir Walter Raleigh. Rreth vitit 1584, Harriot po kërkonte mënyrën më efikase për të grumbulluar topa në kuvertën e anijeve Raleigh. Harriot zbuloi se modelet gjashtëkëndore dukej se ishin mënyra më e mirë për të rregulluar sferat, dhe ai e diskutoi këtë çështje në korrespondencë me Keplerin. Kepler pyeti veten nëse diçka e ngjashme ndodh në flokë dëbore dhe cili element është përgjegjës për krijimin dhe mirëmbajtjen e këtyre gjashtë rrezeve.
Format e flokeve të borës
Mund të themi se ky ishte kuptimi fillestar i parimeve të fizikës atomike, të cilat do të diskutohen vetëm 300 vjet më vonë. Në të vërtetë, molekulat e ujit, me dy atomet e tyre të hidrogjenit dhe një oksigjen, priren të bashkohen së bashku për të formuar vargje gjashtëkëndore. Kepleri dhe bashkëkohësit e tij nuk e kishin idenë se sa e rëndësishme ishte kjo.
Siç thonë fizikanët, falë lidhjes së hidrogjenit dhe ndërveprimit të molekulave me njëra-tjetrën, ne mund të vëzhgojmë një strukturë të hapur kristalore. Përveç aftësisë së tij për të rritur ftokat e borës, struktura gjashtëkëndore lejon që akulli të jetë më pak i dendur se uji, gjë që ka efekte të mëdha në gjeokimi, gjeofizikë dhe klimë. Me fjalë të tjera, nëse akulli nuk do të notonte, jeta në Tokë do të ishte e pamundur.
Por pas traktatit të Keplerit, vëzhgimi i flokeve të borës ishte më shumë një hobi sesa një shkencë serioze. Në vitet 1880, një fotograf amerikan i quajtur Wilson Bentley, i cili jetonte në qytetin e vogël të ftohtë, gjithmonë me borë të Jericho-s (Vermont, SHBA), filloi të fotografonte flokë dëbore duke përdorur pllaka fotografike. Ai arriti të krijojë më shumë se 5000 fotografi para se të vdiste nga pneumonia.
Edhe më vonë, në vitet 1930, studiuesi japonez Ukichiro Nakaya filloi të studionte sistematikisht lloje të ndryshme të kristaleve të borës. Në mesin e shekullit, Nakaya rriti fijet e borës në laborator duke përdorur qime individuale lepuri të vendosura në një dhomë frigoriferike. Ai ndërhyri me cilësimet e lagështisë dhe temperaturës, duke rritur llojet bazë të kristaleve dhe përpiloi katalogun e tij origjinal të formave të mundshme. Nakaya zbuloi se yjet e borës priren të formohen në -2°C dhe në -15°C. Kolonat formohen në -5 °C dhe afërsisht -30 °C.
Është e rëndësishme të theksohet këtu se në një temperaturë prej rreth -2 °C shfaqen forma të holla si pllakë dëbore, në -5 °C ato krijojnë kolona dhe gjilpëra të holla, kur temperatura bie në -15 °C ato bëhen vërtet të holla. pllaka, dhe në temperatura nën - Në 30 °C ato kthehen në kolona më të trasha.
Në kushte lagështie të ulët, flokët e yjeve formojnë disa degë dhe ngjajnë me pllaka gjashtëkëndore, por në lagështi të lartë ato bëhen më të ndërlikuara dhe dantella.
Sipas Libbrecht, arsyet e shfaqjes së formave të ndryshme të borës u bënë më të qarta falë punës së Nakait. Është zbuluar se kristalet e borës zhvillohen në yje dhe pllaka të sheshta (në vend të strukturave tredimensionale) kur skajet rriten me shpejtësi nga jashtë dhe fytyrat rriten ngadalë lart. Kolonat e holla rriten ndryshe, me skaje me rritje të shpejtë dhe skaje me rritje më të ngadaltë.
Në të njëjtën kohë, proceset bazë që ndikojnë nëse një fjollë dëbore bëhet yll apo kolonë mbeten të paqarta. Ndoshta sekreti qëndron në kushtet e temperaturës. Dhe Libbrecht u përpoq të gjente një përgjigje për këtë pyetje.
Receta e flokeve të borës
Së bashku me ekipin e tij të vogël të studiuesve, Libbrecht u përpoq të krijonte një recetë për një flok dëbore. Kjo do të thotë, një grup i caktuar ekuacionesh dhe parametrash që mund të ngarkohen në një kompjuter dhe të marrin një larmi të mrekullueshme flokësh dëbore nga AI.
Kenneth Libbrecht e filloi kërkimin e tij njëzet vjet më parë pasi mësoi për një formë ekzotike flok dëbore të quajtur një kolonë e mbyllur. Duket si një bobinë me fije ose dy rrota dhe një bosht. I lindur në veri të vendit, ai u trondit nga fakti që nuk kishte parë kurrë një fjollë të tillë dëbore.
I mahnitur nga format e pafundme të kristaleve të borës, ai filloi natyrën e tyre duke krijuar një laborator për rritjen e borës. Rezultatet e vëzhgimeve shumëvjeçare ndihmuan në krijimin e një modeli që vetë autori e konsideron një përparim. Ai propozoi idenë e difuzionit molekular bazuar në energjinë sipërfaqësore. Kjo ide përshkruan se si rritja e një kristali bore varet nga kushtet fillestare dhe sjellja e molekulave që e formojnë atë.
Imagjinoni që molekulat e ujit janë të vendosura lirshëm pasi avulli i ujit sapo ka filluar të ngrijë. Nëse do të ishit brenda një observatori të vogël dhe do të shikonit këtë proces, mund të shihni se si molekulat e ujit të ngrirë fillojnë të formojnë një rrjetë të ngurtë, ku çdo atom oksigjeni është i rrethuar nga katër atome hidrogjeni. Këto kristale rriten duke përfshirë molekulat e ujit nga ajri përreth në strukturën e tyre. Ata mund të rriten në dy drejtime kryesore: lart ose jashtë.
Një kristal i hollë dhe i sheshtë (në formë lamelar ose ylli) formohet kur skajet formohen më shpejt se dy faqet e kristalit. Kristali në rritje do të përhapet nga jashtë. Megjithatë, kur fytyrat e tij rriten më shpejt se skajet e tij, kristali rritet më i lartë, duke formuar një gjilpërë, shtyllë të zbrazët ose shufër.
Forma të rralla të borës
Edhe një moment. Vini re foton e tretë, të realizuar nga Libbrecht në Ontario veriore. Ky është një kristal "kolona e mbyllur" - dy pllaka të ngjitura në skajet e një kristali të trashë kolone. Në këtë rast, çdo pjatë ndahet në një palë pjata shumë më të holla. Shikoni nga afër skajet, do të shihni se si pllaka ndahet në dysh. Skajet e këtyre dy pllakave të holla janë pothuajse aq të mprehta sa një brisk rroje. Gjatësia totale e kolonës së akullit është rreth 1,5 mm.
Sipas modelit të Libbrecht-it, avulli i ujit fillimisht vendoset në qoshet e kristalit dhe më pas përhapet (shpërndahet) përgjatë sipërfaqes ose në skajin e kristalit ose në faqet e tij, duke bërë që kristali të rritet nga jashtë ose lart. Cili nga këto procese "fiton" varet kryesisht nga temperatura.
Duhet të theksohet se modeli është "gjysmë empirik". Kjo do të thotë, është pjesërisht e strukturuar që të korrespondojë me atë që po ndodh dhe jo të shpjegojë parimet e rritjes së flokeve të dëborës. Paqëndrueshmëritë dhe ndërveprimet midis molekulave të panumërta janë shumë komplekse për t'u zbuluar plotësisht. Megjithatë, mbetet shpresa se idetë e Libbrecht-it do të shërbejnë si bazë për një model gjithëpërfshirës të dinamikës së rritjes së akullit, i cili mund të detajohet përmes matjeve dhe eksperimenteve më të detajuara.
Nuk duhet menduar se këto vëzhgime janë me interes për një rreth të ngushtë shkencëtarësh. Pyetje të ngjashme lindin në fizikën e lëndës së kondensuar dhe në fusha të tjera. Molekulat e drogës, çipat gjysmëpërçues për kompjuterë, qelizat diellore dhe një mori industrish të tjera mbështeten në kristale me cilësi të lartë dhe ekipe të tëra janë të përkushtuara për t'i rritur ato. Pra, flokët shumë të dashur të dëborës së Libbrecht-it mund t'i shërbejnë mirë shkencës.
Çfarë tjetër mund të lexoni në blog?
→
→
→
→
→
Regjistrohu në tonë -kanal që të mos humbisni artikullin tjetër! Ne shkruajmë jo më shumë se dy herë në javë dhe vetëm për punë. Meqë ra fjala, nëse nuk e dini tashmë, startup-et mund të marrin 10 dollarë nga Cloud000Y. Kushtet dhe formulari i aplikimit për të interesuarit mund të gjenden në faqen tonë të internetit:
Burimi: www.habr.com