Teu cukup salju di bagian tengah Rusia usum tiris ieu. Éta murag di sababaraha tempat, tangtosna, tapi dina Januari urang tiasa ngarepkeun cuaca anu langkung tiris sareng salju. Grayness kusam sareng slush anu teu pikaresepeun nyegah anjeun ngaraosan kabagjaan usum tiris anu biasa. Éta pisan sababna naha Cloud4Y proposes pikeun nambahkeun saeutik salju kana kahirupan urang ku ngawangkong ngeunaan ... snowflakes.
Hal ieu dipercaya yén aya ngan dua jenis snowflakes. Sarta salah sahiji élmuwan, sok disebut "bapa" fisika snowflake, boga téori anyar pikeun ngajelaskeun alesan pikeun ieu. nyaéta jalma anu luar biasa anu siap ngantunkeun California Kidul anu dipanaskeun panonpoé dina tengah usum tiris dugi ka Fairbanks (Alaska), ngagem jaket anu haneut sareng calik dina sawah beku kalayan kaméra sareng sapotong busa dina pananganna. .
Kanggo naon? Anjeunna milarian anu paling herang, paling bertekstur, salju salju anu paling indah anu tiasa diciptakeun ku alam. Nurutkeun manéhna, sampel paling metot condong ngabentuk di tempat coldest - nu kawentar Fairbanks jeung bagian kalér salju New York. Salju pangalusna Kenneth kungsi katempo éta di Cochrane, hiji tempat di timur laut Ontario, dimana angin hampang swirled snowflakes nalika aranjeunna murag ti langit.
Fascinated ku elemen, Libbrecht ngulik dewan busa na kalawan tenacity of a arkeolog. Lamun aya hal metot di dinya, panon pasti bakal nyekel kana eta. Lamun henteu, salju disapu kaluar dewan, sarta sagalana dimimitian deui. Sareng ieu salami sababaraha jam.
Libbrecht nyaéta fisikawan. Ku hiji kabeneran lucu, laboratorium na di California Institute of Technology kalibet dina panalungtikan ngeunaan struktur internal Panonpoé sarta malah geus ngembangkeun instrumen modern pikeun detecting gelombang gravitasi. Tapi pikeun 20 taun katukang, gairah sabenerna Librecht urang geus salju-sanes ngan penampilan na, tapi naon ngajadikeun eta kasampak kawas éta. "Patarosan ngeunaan naon rupa objék ragrag ti langit, kumaha eta kajadian jeung naha maranéhanana kasampak kawas éta, torments kuring sadaya waktu," ngaku Kenneth.
Pikeun lila, éta cukup pikeun fisikawan uninga yén diantara loba kristal salju leutik, dua jenis utama bisa dibédakeun. Salah sahijina nyaéta béntang datar kalayan genep atanapi dua belas panangan, masing-masing dihias ku renda anu lieur. Anu sanésna mangrupikeun jinis kolom miniatur, sakapeung diapit antara "panutup" datar, sareng sakapeung sami sareng baud biasa. Wangun ieu tiasa ditingali dina suhu sareng kalembaban anu béda, tapi alesan pikeun kabentukna bentuk anu khusus mangrupikeun misteri. taun observasi Libbrecht urang mantuan pikeun hadé ngartos prosés kristalisasi snowflakes.
Karya Libbrecht di wewengkon ieu geus mantuan nyieun model anyar nu ngécéskeun naon pangna snowflakes sarta kristal salju séjén ngabentuk naon urang biasa ningali. Numutkeun téori anjeunna, online dina Oktober 2019, ngajelaskeun gerakan molekul cai di deukeut titik beku (kristalisasi) sareng kumaha gerakan khusus molekul ieu tiasa nyababkeun kumpulan kristal anu kabentuk dina kaayaan anu béda. Dina dirina Dina 540 kaca, Librecht ngajelaskeun sagala pangaweruh ngeunaan kristal salju.
béntang genep nunjuk
Anjeun, tangtosna, terang yén teu mungkin ningali dua snowflakes idéntik (iwal dina tahap awal). Kanyataan ieu aya hubunganana sareng kumaha kristal ngabentuk di langit. Salju mangrupikeun kumpulan kristal és anu kabentuk dina atmosfir sareng nahan bentukna nalika murag babarengan ka Bumi. Éta kabentuk nalika atmosfir cukup tiis pikeun nyegah aranjeunna ngahiji atanapi ngalebur janten hujan es atanapi hujan.
Sanaos seueur suhu sareng tingkat kalembaban tiasa dirékam dina hiji méga, pikeun hiji snowflake, variabel ieu bakal konstan. Ieu naha snowflake sering tumuwuh simetris. Di sisi séjén, unggal snowflake kakeunaan angin, cahya panonpoé jeung faktor séjén. Intina, unggal kristal tunduk kana huru-hara awan, sareng ku kituna nyandak bentuk anu béda.
Numutkeun panalungtikan Libbrecht, pamikiran pangheubeulna ngeunaan bentuk-bentuk halus ieu kacatet dina 135 SM. di Cina. "Kembang tatangkalan jeung tatangkalan biasana lima nunjuk, tapi kembang salju salawasna genep nunjuk," tulis sarjana Han Yin. Jeung élmuwan munggaran anu nyoba angka kaluar naha ieu lumangsung meureun Johannes Kepler, élmuwan Jerman sarta polymath.
Dina 1611, Kepler masihan kado Taun Anyar ka patron na, Kaisar Romawi Suci Rudolf II: a leutik. judulna "Ngeunaan héksagonal Snowflakes".
"Kuring meuntas sasak, disiksa ku éra - kuring ninggalkeun anjeun tanpa kado Taun Anyar! Lajeng hiji kasempetan datang cara kuring! Uap cai, thickened ti tiis kana salju, ragrag kawas snowflakes on baju kuring, sakabéh éta, salaku hiji, héksagonal, kalawan sinar mengembang. Sumpah ku Hercules, ieu mangrupikeun hal anu langkung alit tibatan serelek naon waé, ngagaduhan bentuk, tiasa janten kado Taun Anyar anu diantos-antos pikeun anu mikacinta Euweuh sareng pantes pikeun ahli matematika anu teu gaduh nanaon sareng nampi nanaon, sabab éta ragrag ti langit jeung conceals dina dirina siga béntang héksagonal!
"Pasti aya alesan kunaon salju bentukna sapertos béntang héksagonal. Ieu teu tiasa kacilakaan, "Johannes Kepler yakin. Panginten anjeunna émut surat ti Thomas Harriot kontemporer, élmuwan Inggris sareng astronom anu ogé tiasa damel salaku navigator pikeun penjelajah Sir Walter Raleigh. Kira-kira 1584, Harriot néangan cara nu pang éfisiénna pikeun tumpukan meriam dina dek kapal Raleigh. Harriot manggihan yén pola héksagonal sigana cara pangalusna pikeun ngatur spheres, sarta anjeunna ngabahas masalah ieu dina susuratan jeung Kepler. Kepler wondered lamun hal sarupa kajadian dina snowflakes na naon unsur jawab genep sinar ieu dijieun tur dijaga.
Wangun snowflake
Urang bisa disebutkeun yen ieu pamahaman awal prinsip fisika atom, nu bakal dibahas ngan 300 taun engké. Mémang, molekul cai, kalayan dua atom hidrogén sareng hiji oksigén, condong ngahiji pikeun ngabentuk susunan héksagonal. Kepler sareng sasamana henteu terang kumaha pentingna ieu.
Salaku fisikawan nyebutkeun, berkat beungkeutan hidrogén jeung interaksi molekul saling, urang bisa niténan struktur kristal kabuka. Salian kamampuhna tumuwuh snowflakes, struktur héksagonal ngamungkinkeun és jadi kirang padet ti cai, nu boga épék badag dina géokimia, geofisika jeung iklim. Kalayan kecap sanésna, upami és henteu ngambang, kahirupan di Bumi bakal mustahil.
Tapi sanggeus risalah Kepler urang, observasi snowflakes éta leuwih ti hobi ti elmu serius. Dina taun 1880-an, fotografer Amérika anu ngaranna Wilson Bentley, anu cicing di kota leutik Jericho (Vermont, AS) anu tiis, salawasna salju salju, mimiti nyandak poto kepingan salju nganggo piring fotografik. Anjeunna junun nyiptakeun langkung ti 5000 poto sateuacan maot tina pneumonia.
Malah engké, dina 1930s, panalungtik Jepang Ukichiro Nakaya mimiti sacara sistematis diajar tipena béda kristal salju. Dina pertengahan abad ka, Nakaya tumuwuh snowflakes di laboratorium ngagunakeun bulu kelenci individu disimpen dina kamar refrigerated. Anjeunna tinkered kalawan kalembaban jeung pangaturan suhu, tumuwuh tipe dasar kristal, sarta disusun katalog aslina na mungkin wangun. Nakaya manggihan yén béntang snowflake condong kabentuk dina -2 ° C jeung -15 ° C. Kolom ngabentuk dina -5 °C sareng sakitar -30 °C.
Kadé dicatet di dieu yén dina suhu kira-kira -2 °C ipis bentuk piring-kawas of snowflakes némbongan, dina -5 °C maranéhna nyieun kolom ipis jeung jarum, nalika suhu turun ka -15 °C maranéhna jadi bener ipis. pelat, sarta dina suhu handap - Dina 30 °C maranéhna balik deui ka kolom kandel.
Dina kaayaan kalembaban anu handap, snowflakes béntang ngabentuk sababaraha cabang sareng nyarupaan pelat héksagonal, tapi dina kalembaban anu luhur aranjeunna janten langkung rumit sareng lacy.
Numutkeun Libbrecht, alesan pikeun penampilan bentuk béda snowflakes janten jelas berkat karya Nakai urang. Geus kapanggih yén kristal salju tumuwuh jadi béntang datar jeung pelat (tinimbang struktur tilu diménsi) nalika edges tumuwuh gancang kaluar jeung beungeut tumuwuh lalaunan ka luhur. Kolom ipis tumuwuh béda, kalayan ujung tumuwuh gancang sarta ujung tumuwuh laun.
Dina waktos anu sami, prosés dasar anu mangaruhan naha snowflake janten béntang atanapi kolom tetep teu jelas. Panginten rusiahna aya dina kaayaan suhu. Sarta Libbrecht diusahakeun neangan jawaban kana patarosan ieu.
Resep snowflake
Babarengan tim peneliti leutik na, Librecht nyoba datang nepi ka resep snowflake a. Nyaéta, sakumpulan persamaan sareng parameter anu tiasa dimuat kana komputer sareng kéngingkeun rupa-rupa salju salju anu megah tina AI.
Kenneth Libbrecht mimiti panalungtikan nya dua puluh taun ka tukang sanggeus diajar ngeunaan hiji bentuk snowflake aheng disebut kolom katutup. Sigana mah spool benang atanapi roda dua sareng as. Dilahirkeun di kalér nagara, anjeunna ngajempolan ku kanyataan yén anjeunna geus kungsi katempo snowflake a.
Amazed ku bentuk sajajalan tina kristal salju, manéhna mimitian alam maranéhanana ku nyieun hiji laboratorium pikeun tumuwuh snowflakes. Hasil observasi mangtaun-taun mantuan nyieun model nu pangarang sorangan nganggap narabas a. Anjeunna ngusulkeun ideu difusi molekular dumasar kana énergi permukaan. Gagasan ieu ngajelaskeun kumaha tumuwuhna kristal salju gumantung kana kaayaan awal sareng paripolah molekul anu ngabentukna.
Bayangkeun yén molekul-molekul cai lokasina sacara bébas sabab uap cai kakara mimiti beku. Upami anjeun aya di jero observatorium leutik sareng ningali prosés ieu, anjeun tiasa ningali kumaha molekul cai beku mimiti ngabentuk kisi anu kaku, dimana unggal atom oksigén dikurilingan ku opat atom hidrogén. kristal ieu tumuwuh ku incorporating molekul cai ti hawa sabudeureun kana struktur maranéhanana. Éta tiasa tumuwuh dina dua arah utama: ka luhur atanapi ka luar.
A ipis, kristal datar (lamellar atawa béntang-ngawangun) kabentuk nalika edges ngabentuk gancang ti dua beungeut kristal. Kristal tumuwuh bakal sumebar ka luar. Sanajan kitu, lamun beungeutna tumuwuh gancang ti sisi na, kristal tumuwuh jangkung, ngabentuk jarum, pilar kerung, atawa rod.
Bentuk snowflakes langka
Sakedap deui. Catetan poto katilu, dicokot ku Libbrecht di Ontario kalér. Ieu kristal "kolom katutup" - dua pelat napel tungtung hiji kristal columnar kandel. Dina hal ieu, unggal piring dibagi kana sapasang pelat loba thinner. Tingali raket dina edges, anjeun bakal nempo kumaha piring dibagi jadi dua. Ujung-ujung dua pelat ipis ieu kira-kira seukeut saperti agul. Panjang total kolom és kira-kira 1,5 mm.
Nurutkeun model Libbrecht, uap cai mimitina netep di juru-juru kristal, tuluy sumebar (diffuses) sapanjang beungeut cai boh tepi ka kristal atawa beungeutna, ngabalukarkeun kristal tumuwuh ka luar atawa ka luhur. Mana tina prosés ieu "meunang" gumantung utamana dina suhu.
Ieu kudu dicatet yén modél "semi-empiris". Hartina, éta sawaréh terstruktur pakait jeung naon anu lumangsung, sarta teu ngajelaskeun prinsip tumuwuhna snowflakes. Ketidakstabilan sareng interaksi antara molekul-molekul anu teu kaétang teuing rumit pikeun dibongkar sapinuhna. Sanajan kitu, harepan tetep yén gagasan Libbrecht bakal ngawula ka salaku dadasar pikeun model komprehensif ngeunaan dinamika tumuwuhna és, nu bisa diwincik ngaliwatan ukuran leuwih lengkep jeung percobaan.
Teu kudu mikir yén observasi ieu dipikaresep ku bunderan sempit élmuwan. Patarosan anu sami muncul dina fisika materi anu kentel sareng dina widang anu sanés. Molekul ubar, chip semikonduktor pikeun komputer, sél surya sareng sajumlah industri sanés ngandelkeun kristal kualitas luhur, sareng sadaya tim dikhususkeun pikeun ngembangna. Janten kepingan salju anu dipikacinta Libbrecht tiasa janten mangpaat pikeun élmu.
Naon deui anu anjeun tiasa baca dina blog?
→
→
→
→
→
Ngalanggan kami -kanal supados anjeun henteu sono kana tulisan salajengna! Kami nyerat henteu langkung ti dua kali saminggu sareng ngan ukur dina bisnis. Ku jalan kitu, upami anjeun henteu acan terang, ngamimitian tiasa nampi $ 10 ti Cloud000Y. Kaayaan sareng formulir aplikasi pikeun anu kabetot tiasa dipendakan dina halaman wéb kami:
sumber: www.habr.com