Hakuna theluji ya kutosha katikati mwa Urusi msimu huu wa baridi. Ilianguka katika sehemu zingine, kwa kweli, lakini mnamo Januari mtu angeweza kutarajia hali ya hewa ya baridi na theluji. Kijivu kisicho na mwanga na slush isiyopendeza inakuzuia kuhisi furaha ya furaha ya kawaida ya majira ya baridi. Ndiyo sababu Cloud4Y inapendekeza kuongeza theluji kidogo katika maisha yetu kwa kuzungumza juu ya ... theluji za theluji.
Inaaminika kuwa kuna aina mbili tu za theluji. Na mmoja wa wanasayansi, wakati mwingine huitwa "baba" wa fizikia ya theluji, ana nadharia mpya ya kuelezea sababu ya hili. ni mtu wa kushangaza ambaye yuko tayari kuondoka Kusini mwa California katikati ya msimu wa baridi ili kufika Fairbanks (Alaska), kuvaa koti ya joto na kukaa kwenye uwanja uliohifadhiwa na kamera na kipande cha povu mikononi mwake. .
Kwa ajili ya nini? Anatafuta theluji zenye kung'aa zaidi, zilizotengenezwa zaidi, na nzuri zaidi ambazo asili inaweza kuunda. Kulingana na yeye, sampuli za kuvutia zaidi huwa na kuunda katika maeneo ya baridi zaidi - Fairbanks sifa mbaya na sehemu ya kaskazini ya theluji ya New York. Theluji bora zaidi ambayo Kenneth amewahi kuona ilikuwa katika Cochrane, mahali kaskazini-mashariki mwa Ontario, ambapo pepo nyepesi zilipeperusha chembe za theluji zilipokuwa zikianguka kutoka angani.
Akiwa amevutiwa na mambo hayo, Libbrecht anasoma ubao wake wa povu kwa ukakamavu wa mwanaakiolojia. Ikiwa kuna kitu cha kuvutia huko, jicho hakika litashika. Ikiwa sivyo, theluji inafagiliwa kutoka kwenye ubao, na kila kitu kinaanza tena. Na hii hudumu kwa masaa.
Libbrecht ni mwanafizikia. Kwa bahati mbaya ya kufurahisha, maabara yake katika Taasisi ya Teknolojia ya California inajishughulisha na utafiti kuhusu muundo wa ndani wa Jua na hata imeunda vyombo vya kisasa vya kugundua mawimbi ya uvutano. Lakini kwa miaka 20 iliyopita, shauku ya kweli ya Libbrecht imekuwa theluji-sio tu mwonekano wake, lakini kile kinachoifanya ionekane hivyo. "Swali la aina ya vitu vinavyoanguka kutoka angani, jinsi inavyotokea na kwa nini vinaonekana hivyo, hunitesa kila wakati," anakiri Kenneth.
Kwa muda mrefu, ilikuwa ya kutosha kwa wanafizikia kujua kwamba kati ya fuwele nyingi za theluji, aina mbili kuu zinaweza kutofautishwa. Mmoja wao ni nyota ya gorofa yenye silaha sita au kumi na mbili, ambayo kila mmoja hupambwa kwa lace nzuri ya dizzyingly. Nyingine ni aina ya safu ndogo, wakati mwingine huwekwa kati ya "vifuniko" vya gorofa, na wakati mwingine sawa na bolt ya kawaida. Maumbo haya yanaweza kuonekana kwa joto tofauti na unyevu, lakini sababu ya kuundwa kwa sura fulani imekuwa siri. Miaka ya uchunguzi wa Libbrecht ilisaidia kuelewa vyema mchakato wa uwekaji fuwele wa theluji.
Kazi ya Libbrecht katika eneo hili imesaidia kuunda muundo mpya unaofafanua kwa nini chembe za theluji na fuwele zingine za theluji huunda kile ambacho tumezoea kuona. Kulingana na nadharia yake, mtandaoni mnamo Oktoba 2019, inaeleza mwendo wa molekuli za maji karibu na sehemu ya kuganda (crystallization) na jinsi mienendo mahususi ya molekuli hizi inaweza kutoa mkusanyo wa fuwele zinazounda chini ya hali tofauti. Kwake Katika kurasa 540, Libbrecht inaelezea ujuzi wote kuhusu fuwele za theluji.
Nyota zenye ncha sita
Wewe, bila shaka, unajua kuwa haiwezekani kuona vipande viwili vya theluji vinavyofanana (isipokuwa katika hatua ya kuanzishwa). Ukweli huu unahusiana na jinsi fuwele huunda angani. Theluji ni mkusanyiko wa fuwele za barafu ambazo huunda angani na kuhifadhi umbo lao zinapoanguka pamoja duniani. Zinaundwa wakati angahewa ni baridi vya kutosha kuzizuia kuunganishwa au kuyeyuka kuwa theluji au mvua.
Ingawa viwango vingi vya halijoto na unyevu vinaweza kurekodiwa ndani ya wingu moja, kwa kipande kimoja cha theluji, vigeu hivi havitabadilika. Ndio maana kitambaa cha theluji mara nyingi hukua kwa ulinganifu. Kwa upande mwingine, kila theluji ya theluji inakabiliwa na upepo, jua na mambo mengine. Kimsingi, kila fuwele inakabiliwa na machafuko ya wingu, na kwa hiyo inachukua aina tofauti.
Kulingana na utafiti wa Libbrecht, mawazo ya mapema zaidi kuhusu fomu hizi maridadi yameandikwa mnamo 135 KK. nchini China. "Maua ya mimea na miti huwa na ncha tano, lakini maua ya theluji huwa na ncha sita," aliandika msomi Han Yin. Na mwanasayansi wa kwanza ambaye alijaribu kujua kwa nini hii inatokea labda Johannes Kepler, mwanasayansi wa Ujerumani na polymath.
Mnamo 1611, Kepler alitoa zawadi ya Mwaka Mpya kwa mlinzi wake, Maliki Mtakatifu wa Roma Rudolf II: zawadi ndogo. yenye kichwa "Kuhusu Snowflakes za Hexagonal".
"Ninavuka daraja, nikiteswa na aibu - nilikuacha bila zawadi ya Mwaka Mpya! Na kisha fursa ilikuja kwangu! Mvuke wa maji, ulioimarishwa kutoka kwa baridi hadi theluji, huanguka kama theluji kwenye nguo zangu, zote, kama moja, za hexagonal, na mionzi ya fluffy. Ninaapa kwa Hercules, hapa kuna jambo ambalo ni ndogo kuliko tone lolote, lina sura, linaweza kutumika kama zawadi ya Mwaka Mpya iliyosubiriwa kwa muda mrefu kwa mpenzi wa Hakuna na inastahili mtaalam wa hesabu ambaye hana chochote na hatapokea chochote. huanguka kutoka mbinguni na kuficha ndani yake mfano wa nyota yenye pembe sita!
"Lazima kuwe na sababu kwa nini theluji ina umbo la nyota ya hexagonal. Hii haiwezi kuwa ajali,β Johannes Kepler alikuwa na uhakika. Labda alikumbuka barua kutoka kwa Thomas Harriot wa wakati mmoja, mwanasayansi Mwingereza na mwanaastronomia ambaye pia alifaulu kufanya kazi ya ubaharia kwa mpelelezi Sir Walter Raleigh. Karibu 1584, Harriot alikuwa akitafuta njia bora zaidi ya kuweka mizinga kwenye safu za meli za Raleigh. Harriot aligundua kuwa mifumo ya hexagonal ilionekana kuwa njia bora ya kupanga nyanja, na alijadili suala hili kwa mawasiliano na Kepler. Kepler alijiuliza ikiwa kitu kama hicho kinatokea kwenye vipande vya theluji na ni kipengele gani kinachohusika na miale hii sita kuundwa na kudumishwa.
Maumbo ya theluji
Tunaweza kusema kwamba huu ulikuwa ufahamu wa awali wa kanuni za fizikia ya atomiki, ambayo itajadiliwa miaka 300 tu baadaye. Hakika, molekuli za maji, pamoja na atomi zao mbili za hidrojeni na oksijeni moja, huwa na kuungana na kuunda safu za hexagonal. Kepler na watu wa wakati wake hawakujua jinsi hii ilikuwa muhimu.
Kama wanafizikia wanasema, shukrani kwa uunganisho wa hidrojeni na mwingiliano wa molekuli na kila mmoja, tunaweza kuona muundo wa fuwele wazi. Mbali na uwezo wake wa kukua snowflakes, muundo wa hexagonal inaruhusu barafu kuwa chini mnene kuliko maji, ambayo ina athari kubwa kwa jiokemia, jiografia na hali ya hewa. Kwa maneno mengine, ikiwa barafu isingeelea, maisha duniani yasingewezekana.
Lakini baada ya risala ya Kepler, kutazama vipande vya theluji ilikuwa jambo la kufurahisha zaidi kuliko sayansi kubwa. Katika miaka ya 1880, mpiga picha wa Kiamerika aitwaye Wilson Bentley, aliyeishi katika mji mdogo wa Yeriko (Vermont, Marekani) wenye baridi, ambao daima ulikuwa na theluji, alianza kupiga picha za vipande vya theluji kwa kutumia sahani za kupiga picha. Alifanikiwa kuunda zaidi ya picha 5000 kabla ya kufa kwa nimonia.
Hata baadaye, katika miaka ya 1930, mtafiti wa Kijapani Ukichiro Nakaya alianza kujifunza kwa utaratibu aina tofauti za fuwele za theluji. Katikati ya karne, Nakaya alikuza vifuniko vya theluji kwenye maabara kwa kutumia nywele za sungura zilizowekwa kwenye chumba cha friji. Alizingatia hali ya unyevunyevu na halijoto, akikuza aina za msingi za fuwele, na akakusanya orodha yake ya asili ya maumbo yanayowezekana. Nakaya aligundua kwamba nyota za theluji huwa na fomu -2Β°C na -15Β°C. Safu huunda kwa -5 Β°C na takriban -30 Β°C.
Ni muhimu kutambua hapa kwamba kwa joto la karibu -2 Β°C aina nyembamba za theluji-kama sahani huonekana, saa -5 Β°C huunda nguzo nyembamba na sindano, wakati joto linapungua hadi -15 Β°C huwa nyembamba sana. sahani, na kwa joto chini - Saa 30 Β° C wanarudi kwenye safu nene.
Katika hali ya unyevu wa chini, theluji za theluji huunda matawi kadhaa na hufanana na sahani za hexagonal, lakini katika unyevu wa juu huwa ngumu zaidi na lacy.
Kulingana na Libbrecht, sababu za kuonekana kwa aina tofauti za theluji zikawa wazi shukrani kwa kazi ya Nakai. Imegundulika kuwa fuwele za theluji hukua na kuwa nyota na sahani bapa (badala ya miundo ya pande tatu) wakati kingo hukua haraka kuelekea nje na nyuso kukua polepole kwenda juu. Nguzo nyembamba hukua tofauti, zenye kingo zinazokua haraka na kingo zinazokua polepole.
Wakati huo huo, michakato ya kimsingi inayoathiri ikiwa theluji ya theluji inakuwa nyota au safu bado haijulikani wazi. Labda siri iko katika hali ya joto. Na Libbrecht alijaribu kupata jibu la swali hili.
Mapishi ya theluji
Pamoja na timu yake ndogo ya watafiti, Libbrecht alijaribu kupata kichocheo cha kitambaa cha theluji. Hiyo ni, seti fulani ya hesabu na vigezo ambavyo vinaweza kupakiwa kwenye kompyuta na kupata aina nyingi za theluji kutoka kwa AI.
Kenneth Libbrecht alianza utafiti wake miaka ishirini iliyopita baada ya kujifunza kuhusu umbo la theluji la kigeni linaloitwa safu iliyofungwa. Inaonekana kama spool ya thread au magurudumu mawili na ekseli. Alizaliwa kaskazini mwa nchi, alishtushwa na ukweli kwamba hajawahi kuona theluji kama hiyo.
Akishangazwa na maumbo yasiyo na mwisho ya fuwele za theluji, alianza asili yao kwa kuunda maabara ya kukuza theluji za theluji. Matokeo ya uchunguzi wa miaka mingi yalisaidia kuunda mfano ambao mwandishi mwenyewe anazingatia mafanikio. Alipendekeza wazo la usambazaji wa Masi kulingana na nishati ya uso. Wazo hili linaelezea jinsi ukuaji wa kioo cha theluji inategemea hali ya awali na tabia ya molekuli zinazounda.
Hebu wazia kwamba molekuli za maji ziko kwa urahisi kwani mvuke wa maji ndio unaanza kuganda. Ikiwa ungekuwa ndani ya chumba kidogo cha uchunguzi na kutazama mchakato huu, ungeweza kuona jinsi molekuli za maji zilizogandishwa zinavyoanza kuunda kimiani kigumu, ambapo kila atomi ya oksijeni huzungukwa na atomi nne za hidrojeni. Fuwele hizi hukua kwa kujumuisha molekuli za maji kutoka kwa hewa inayozunguka kwenye muundo wao. Wanaweza kukua katika mwelekeo mbili kuu: juu au nje.
Fuwele nyembamba, gorofa (lamellar au umbo la nyota) huundwa wakati kingo zinaunda kwa kasi zaidi kuliko nyuso mbili za kioo. Kioo kinachokua kitaenea nje. Hata hivyo, nyuso zake zinapokua kwa kasi zaidi kuliko kingo zake, kioo hicho hukua kirefu, na kutokeza sindano, nguzo yenye mashimo, au fimbo.
Aina adimu za theluji
Wakati mmoja zaidi. Kumbuka picha ya tatu, iliyopigwa na Libbrecht kaskazini mwa Ontario. Hii ni kioo "safu iliyofungwa" - sahani mbili zilizounganishwa kwenye ncha za kioo kikubwa cha safu. Katika kesi hii, kila sahani imegawanywa katika jozi ya sahani nyembamba zaidi. Angalia kwa karibu kando, utaona jinsi sahani imegawanywa katika mbili. Kingo za bamba hizi mbili nyembamba ni kama vile wembe. Urefu wa jumla wa safu ya barafu ni karibu 1,5 mm.
Kulingana na mfano wa Libbrecht, mvuke wa maji hukaa kwanza kwenye pembe za fuwele na kisha kuenea (huenea) kando ya uso ama kwenye ukingo wa kioo au kwenye nyuso zake, na kusababisha kioo kukua nje au juu. Ni ipi kati ya michakato hii "inashinda" inategemea hasa joto.
Ikumbukwe kwamba mfano ni "nusu-empirical". Hiyo ni, imeundwa kwa sehemu kuendana na kile kinachotokea, na sio kuelezea kanuni za ukuaji wa theluji. Kutokuwa na utulivu na mwingiliano kati ya molekuli nyingi ni ngumu sana kufunuliwa kikamilifu. Walakini, tumaini linabaki kuwa maoni ya Libbrecht yatatumika kama msingi wa kielelezo cha kina cha mienendo ya ukuaji wa barafu, ambayo inaweza kufafanuliwa kupitia vipimo na majaribio ya kina zaidi.
Mtu haipaswi kufikiria kuwa uchunguzi huu ni wa kupendeza kwa duru nyembamba ya wanasayansi. Maswali sawa huibuka katika fizikia ya jambo lililofupishwa na katika nyanja zingine. Molekuli za dawa, chip za semiconductor za kompyuta, seli za jua na sekta nyingine nyingi hutegemea fuwele za ubora wa juu, na timu nzima zimejitolea kuzikuza. Kwa hivyo vipande vya theluji vya Libbrecht vinavyopendwa sana vinaweza kutumika kwa manufaa ya sayansi.
Nini kingine unaweza kusoma kwenye blogi?
β
β
β
β
β
Jiandikishe kwa yetu -channel ili usikose makala inayofuata! Hatuandiki zaidi ya mara mbili kwa wiki na kwa biashara tu. Kwa njia, ikiwa hujui tayari, wanaoanza wanaweza kupokea $10 kutoka kwa Cloud000Y. Masharti na fomu ya maombi kwa wale wanaopenda inaweza kupatikana kwenye tovuti yetu:
Chanzo: mapenzi.com