روس کے وسطی حصے میں اس موسم سرما میں کافی برف نہیں پڑی ہے۔ یہ کچھ جگہوں پر گرا، یقیناً، لیکن جنوری میں کچھ اور ٹھنڈے اور برفانی موسم کی توقع کی جا سکتی ہے۔ پھیکا سرمئی پن اور ناخوشگوار کیچڑ آپ کو سردیوں کے معمول کے مزے کی خوشی کو محسوس کرنے سے روکتا ہے۔ یہی وجہ ہے کہ Cloud4Y نے... برف کے تودے کے بارے میں بات کرکے ہماری زندگیوں میں تھوڑی سی برف شامل کرنے کی تجویز پیش کی ہے۔
یہ خیال کیا جاتا ہے کہ برف کے تودے صرف دو قسم کے ہوتے ہیں۔ اور سائنسدانوں میں سے ایک، جسے بعض اوقات برفانی طبیعیات کا "باپ" کہا جاتا ہے، اس کی وجہ بتانے کے لیے ایک نیا نظریہ رکھتا ہے۔ ایک حیرت انگیز شخص ہے جو موسم سرما کے وسط میں دھوپ سے گرم جنوبی کیلیفورنیا چھوڑ کر فیئربینکس (الاسکا) جانے کے لیے تیار ہے، گرم جیکٹ پہن کر ایک جمے ہوئے میدان میں کیمرہ اور ہاتھوں میں جھاگ کا ایک ٹکڑا لیے بیٹھا ہے۔ .
کس لیے؟ وہ سب سے چمکدار، سب سے زیادہ بناوٹ والے، سب سے خوبصورت برف کے ٹکڑے ڈھونڈتا ہے جسے فطرت تخلیق کر سکتی ہے۔ ان کے مطابق، سب سے زیادہ دلچسپ نمونے سرد ترین مقامات - بدنام زمانہ فیئربینکس اور نیویارک کے برف پوش شمالی حصے میں بنتے ہیں۔ کینتھ نے اب تک جو سب سے اچھی برف دیکھی تھی وہ شمال مشرقی اونٹاریو میں واقع ایک جگہ کوچران میں تھی، جہاں آسمان سے گرنے کے ساتھ ہی ہلکی ہوائیں برف کے ٹکڑوں کو گھماتی تھیں۔
عناصر کی طرف سے متوجہ، Libbrecht ایک ماہر آثار قدیمہ کی سختی کے ساتھ اپنے فوم بورڈ کا مطالعہ. اگر وہاں کوئی دلچسپ چیز ہے، تو نظر اس پر ضرور گرے گی۔ اگر نہیں تو، برف بورڈ سے بہہ جاتی ہے، اور سب کچھ دوبارہ شروع ہوتا ہے۔ اور یہ گھنٹوں تک جاری رہتا ہے۔
Libbrecht ایک طبیعیات دان ہے۔ ایک دلچسپ اتفاق سے، کیلیفورنیا انسٹی ٹیوٹ آف ٹیکنالوجی میں ان کی لیبارٹری سورج کی اندرونی ساخت پر تحقیق میں مصروف ہے اور یہاں تک کہ کشش ثقل کی لہروں کا پتہ لگانے کے لیے جدید آلات بھی تیار کر لیے ہیں۔ لیکن پچھلے 20 سالوں سے، Libbrecht کا حقیقی جذبہ برف رہا ہے — نہ صرف اس کی ظاہری شکل، بلکہ اس کی وجہ اس طرح نظر آتی ہے۔ "یہ سوال کہ آسمان سے کس قسم کی چیزیں گرتی ہیں، یہ کیسے ہوتی ہیں اور وہ ایسی کیوں نظر آتی ہیں، مجھے ہر وقت اذیت دیتے ہیں،" کینتھ تسلیم کرتے ہیں۔
ایک طویل عرصے تک، طبیعیات دانوں کے لیے یہ جاننا کافی تھا کہ برف کے بہت سے چھوٹے کرسٹل میں سے دو اہم اقسام کو پہچانا جا سکتا ہے۔ ان میں سے ایک چپٹا ستارہ ہے جس میں چھ یا بارہ بازو ہیں، جن میں سے ہر ایک کو بہت خوبصورت فیتے سے سجایا گیا ہے۔ دوسرا ایک قسم کا چھوٹے کالم ہے، جو کبھی کبھی فلیٹ "کور" کے درمیان سینڈویچ ہوتا ہے، اور کبھی کبھی عام بولٹ کی طرح ہوتا ہے۔ یہ شکلیں مختلف درجہ حرارت اور نمی میں دیکھی جا سکتی ہیں لیکن کسی خاص شکل کے بننے کی وجہ ایک معمہ بنی ہوئی ہے۔ Libbrecht کے سالوں کے مشاہدات نے برف کے ٹکڑے کے کرسٹلائزیشن کے عمل کو بہتر طور پر سمجھنے میں مدد کی۔
اس علاقے میں Libbrecht کے کام نے ایک نیا ماڈل بنانے میں مدد کی ہے جو یہ بتاتا ہے کہ برف کے تودے اور دیگر برف کے کرسٹل کیوں بنتے ہیں جو ہم دیکھنے کے عادی ہیں۔ اس کے نظریہ کے مطابق، اکتوبر 2019 میں آن لائن، نقطہ انجماد (کرسٹلائزیشن) کے قریب پانی کے مالیکیولز کی حرکت کی وضاحت کرتا ہے اور کس طرح ان مالیکیولز کی مخصوص حرکت کرسٹل کے ایک مجموعہ کو جنم دے سکتی ہے جو مختلف حالات میں بنتے ہیں۔ اس میں 540 صفحات میں، Libbrecht برف کے کرسٹل کے بارے میں تمام معلومات کو بیان کرتا ہے۔
چھ نکاتی ستارے۔
آپ یقیناً جانتے ہیں کہ دو ایک جیسے برف کے تودے دیکھنا ناممکن ہے (سوائے آغاز کے مرحلے کے)۔ اس حقیقت کا تعلق اس بات سے ہے کہ آسمان میں کرسٹل کیسے بنتے ہیں۔ برف برف کے کرسٹل کا ایک مجموعہ ہے جو فضا میں بنتا ہے اور جب وہ زمین پر ایک ساتھ گرتے ہیں تو اپنی شکل برقرار رکھتے ہیں۔ وہ اس وقت بنتے ہیں جب ماحول کافی ٹھنڈا ہوتا ہے تاکہ انہیں بارش یا بارش میں ضم ہونے یا پگھلنے سے روکا جا سکے۔
اگرچہ ایک ہی بادل کے اندر بہت سے درجہ حرارت اور نمی کی سطحیں ریکارڈ کی جا سکتی ہیں، لیکن ایک برفانی تودہ کے لیے یہ متغیرات مستقل رہیں گے۔ یہی وجہ ہے کہ برف کا تودہ اکثر متوازی طور پر بڑھتا ہے۔ دوسری طرف، ہر برفانی تودہ ہوا، سورج کی روشنی اور دیگر عوامل کے سامنے آتا ہے۔ بنیادی طور پر، ہر کرسٹل بادل کی افراتفری کے تابع ہے، اور اس وجہ سے مختلف شکلیں لیتا ہے.
Libbrecht کی تحقیق کے مطابق، ان نازک شکلوں کے بارے میں ابتدائی سوچ 135 قبل مسیح میں درج ہے۔ چین میں. "پودوں اور درختوں کے پھول عام طور پر پانچ نکاتی ہوتے ہیں، لیکن برف کے پھول ہمیشہ چھ نکاتی ہوتے ہیں،" اسکالر ہان ین نے لکھا۔ اور پہلا سائنسدان جس نے یہ جاننے کی کوشش کی کہ ایسا کیوں ہو رہا ہے شاید جوہانس کیپلر تھا، جو ایک جرمن سائنسدان اور پولی میتھ تھا۔
1611 میں، کیپلر نے اپنے سرپرست، مقدس رومی شہنشاہ روڈولف II کو نئے سال کا تحفہ پیش کیا: ایک چھوٹا سا "ہیکساگونل سنو فلیکس کے بارے میں" کے عنوان سے۔
"میں پل کو پار کرتا ہوں، شرمندگی سے ستا رہا ہوں - میں نے تمہیں نئے سال کے تحفے کے بغیر چھوڑ دیا! اور پھر ایک موقع میرے پاس آیا! پانی کے بخارات، سردی سے برف میں گاڑھے ہوئے، میرے کپڑوں پر برف کے ٹکڑوں کی طرح گرتے ہیں، یہ سب، ایک ہیکساگونل کے طور پر، تیز شعاعوں کے ساتھ۔ میں ہرکیولس کی قسم کھاتا ہوں، یہاں ایک ایسی چیز ہے جو کسی بھی قطرے سے چھوٹی ہے، اس کی شکل ہے، کچھ بھی نہیں کے عاشق کے لیے نئے سال کے تحفے کے طور پر کام کر سکتی ہے اور ایک ایسے ریاضی دان کے لائق ہے جس کے پاس کچھ بھی نہیں ہے اور اسے کچھ نہیں ملتا، کیونکہ یہ آسمان سے گرتا ہے اور اپنے اندر ہیکساگونل ستارے کی شکل چھپا لیتا ہے!
"برف کی شکل ہیکساگونل ستارے کی طرح ہونے کی کوئی وجہ ضرور ہے۔ یہ کوئی حادثہ نہیں ہو سکتا،" جوہانس کیپلر کو یقین تھا۔ شاید اسے اپنے ہم عصر تھامس ہیریئٹ کا ایک خط یاد تھا، جو ایک انگریز سائنسدان اور ماہر فلکیات تھے جو ایکسپلورر سر والٹر ریلی کے لیے بطور نیویگیٹر کام کرنے میں کامیاب رہے تھے۔ 1584 کے آس پاس، Harriot Raleigh بحری جہازوں کے ڈیکوں پر توپوں کے گولے لگانے کا سب سے موثر طریقہ تلاش کر رہا تھا۔ ہیریئٹ نے محسوس کیا کہ ہیکساگونل پیٹرن گولوں کو ترتیب دینے کا بہترین طریقہ معلوم ہوتا ہے، اور اس نے کیپلر کے ساتھ خط و کتابت میں اس مسئلے پر بات کی۔ کیپلر نے سوچا کہ کیا برف کے تودے میں بھی ایسا ہی کچھ ہوتا ہے اور ان چھ شعاعوں کے پیدا ہونے اور برقرار رکھنے کے لیے کون سا عنصر ذمہ دار ہے۔
سنو فلیک کی شکلیں۔
ہم کہہ سکتے ہیں کہ یہ جوہری طبیعیات کے اصولوں کی ابتدائی تفہیم تھی، جس پر صرف 300 سال بعد بات کی جائے گی۔ درحقیقت، پانی کے مالیکیولز، اپنے دو ہائیڈروجن ایٹموں اور ایک آکسیجن کے ساتھ، ایک دوسرے کے ساتھ مل کر ہیکساگونل صفیں بناتے ہیں۔ کیپلر اور اس کے ہم عصروں کو اندازہ نہیں تھا کہ یہ کتنا اہم ہے۔
جیسا کہ طبیعیات دان کہتے ہیں، ہائیڈروجن بانڈنگ اور مالیکیولز کے ایک دوسرے کے ساتھ تعامل کی بدولت ہم ایک کھلی کرسٹل ساخت کا مشاہدہ کر سکتے ہیں۔ برف کے تودے اگانے کی صلاحیت کے علاوہ، ہیکساگونل ڈھانچہ برف کو پانی سے کم گھنے ہونے دیتا ہے، جس کے جیو کیمسٹری، جیو فزکس اور آب و ہوا پر بہت زیادہ اثرات مرتب ہوتے ہیں۔ دوسرے لفظوں میں، اگر برف نہ تیرتی تو زمین پر زندگی ناممکن ہو جاتی۔
لیکن کیپلر کے مقالے کے بعد، سنو فلیکس کا مشاہدہ کرنا ایک سنجیدہ سائنس سے زیادہ مشغلہ تھا۔ 1880 کی دہائی میں، ولسن بینٹلی نامی ایک امریکی فوٹوگرافر، جو سردی میں رہتا تھا، ہمیشہ برف پوش چھوٹے شہر جیریکو (ورمونٹ، یو ایس اے) نے فوٹو گرافی کی پلیٹوں کا استعمال کرتے ہوئے برف کے تودے کی تصاویر لینا شروع کیں۔ وہ نمونیا سے مرنے سے پہلے 5000 سے زیادہ تصاویر بنانے میں کامیاب رہا۔
یہاں تک کہ بعد میں، 1930 کی دہائی میں، جاپانی محقق Ukichiro Nakaya نے منظم طریقے سے برف کے کرسٹل کی مختلف اقسام کا مطالعہ شروع کیا۔ صدی کے وسط میں، ناکایا نے ریفریجریٹڈ کمرے میں رکھے ہوئے خرگوش کے انفرادی بالوں کا استعمال کرتے ہوئے لیبارٹری میں برف کے تودے اگائے۔ اس نے نمی اور درجہ حرارت کی ترتیب کے ساتھ ٹنکر کیا، کرسٹل کی بنیادی اقسام کو بڑھایا، اور ممکنہ شکلوں کا اپنا اصل کیٹلاگ مرتب کیا۔ نکایا نے دریافت کیا کہ برفانی تودے کے ستارے -2°C اور -15°C پر بنتے ہیں۔ کالم -5 ° C اور تقریبا -30 ° C پر بنتے ہیں۔
یہاں یہ نوٹ کرنا ضروری ہے کہ تقریبا -2 °C کے درجہ حرارت پر برف کے ٹکڑے کی پتلی پلیٹ جیسی شکلیں نمودار ہوتی ہیں، -5 °C پر وہ پتلے کالم اور سوئیاں بناتے ہیں، جب درجہ حرارت -15 °C تک گر جاتا ہے تو وہ واقعی پتلی ہو جاتی ہیں۔ پلیٹیں، اور نیچے کے درجہ حرارت پر - 30 ° C پر وہ موٹے کالموں میں واپس آجاتے ہیں۔
کم نمی کے حالات میں، ستارے کے برف کے ٹکڑے کئی شاخیں بناتے ہیں اور ہیکساگونل پلیٹوں سے مشابہت رکھتے ہیں، لیکن زیادہ نمی میں وہ زیادہ پیچیدہ اور سست ہو جاتے ہیں۔
Libbrecht کے مطابق، Nakai کے کام کی بدولت برف کے تودے کی مختلف شکلوں کے ظاہر ہونے کی وجوہات واضح ہو گئیں۔ یہ پایا گیا ہے کہ جب کنارے تیزی سے باہر کی طرف بڑھتے ہیں اور چہرے آہستہ آہستہ اوپر کی طرف بڑھتے ہیں تو برف کے کرسٹل چپٹے ستاروں اور پلیٹوں (تین جہتی ڈھانچے کے بجائے) میں نشوونما پاتے ہیں۔ پتلے کالم تیزی سے بڑھتے ہوئے کناروں اور آہستہ بڑھتے ہوئے کناروں کے ساتھ مختلف طریقے سے بڑھتے ہیں۔
ایک ہی وقت میں، بنیادی عمل جو اس بات پر اثر انداز ہوتے ہیں کہ آیا ایک برفانی تودہ ستارہ بنتا ہے یا کالم غیر واضح رہتا ہے۔ شاید اس کا راز درجہ حرارت کے حالات میں پوشیدہ ہے۔ اور Libbrecht نے اس سوال کا جواب تلاش کرنے کی کوشش کی۔
سنو فلیک کا نسخہ
محققین کی اپنی چھوٹی ٹیم کے ساتھ مل کر، لیبرچٹ نے برف کے تودے کی ترکیب تیار کرنے کی کوشش کی۔ یعنی مساوات اور پیرامیٹرز کا ایک مخصوص سیٹ جسے کمپیوٹر میں لوڈ کیا جا سکتا ہے اور AI سے برف کے تودے کی ایک شاندار قسم حاصل کی جا سکتی ہے۔
کینتھ لیبرچٹ نے اپنی تحقیق بیس سال قبل ایک غیر ملکی برف کے تودے کی شکل کے بارے میں جاننے کے بعد شروع کی جسے بند کالم کہا جاتا ہے۔ یہ دھاگے کے سپول یا دو پہیوں اور ایکسل کی طرح لگتا ہے۔ ملک کے شمال میں پیدا ہوئے، وہ اس حقیقت سے حیران رہ گئے کہ اس نے کبھی ایسا برفانی تودہ نہیں دیکھا تھا۔
برف کے کرسٹل کی لامتناہی شکلوں کو دیکھ کر وہ حیران ہونے لگا برف کے تودے اگانے کے لیے ایک تجربہ گاہ بنا کر ان کی فطرت۔ کئی سالوں کے مشاہدات کے نتائج نے ایک ایسا ماڈل بنانے میں مدد کی جسے مصنف خود ایک پیش رفت سمجھتا ہے۔ اس نے سطحی توانائی پر مبنی مالیکیولر پھیلاؤ کا خیال پیش کیا۔ یہ خیال بیان کرتا ہے کہ کس طرح برف کے کرسٹل کی نشوونما کا انحصار ابتدائی حالات اور مالیکیولز کے طرز عمل پر ہوتا ہے جو اسے بناتے ہیں۔
تصور کریں کہ پانی کے مالیکیول ڈھیلے انداز میں واقع ہیں کیونکہ پانی کے بخارات ابھی جمنا شروع ہو رہے ہیں۔ اگر آپ ایک چھوٹے سے رصد گاہ کے اندر رہ سکتے ہیں اور اس عمل کو دیکھ سکتے ہیں، تو آپ دیکھ سکتے ہیں کہ کس طرح منجمد پانی کے مالیکیول ایک سخت جالی بنانا شروع کر دیتے ہیں، جہاں ہر آکسیجن ایٹم چار ہائیڈروجن ایٹموں سے گھرا ہوتا ہے۔ یہ کرسٹل ارد گرد کی ہوا سے پانی کے مالیکیولز کو اپنی ساخت میں شامل کرکے بڑھتے ہیں۔ وہ دو اہم سمتوں میں بڑھ سکتے ہیں: اوپر کی طرف یا باہر کی طرف۔
ایک پتلا، چپٹا کرسٹل (لیمیلر یا ستارے کی شکل کا) اس وقت بنتا ہے جب کنارے کرسٹل کے دو چہروں سے زیادہ تیزی سے بنتے ہیں۔ بڑھتا ہوا کرسٹل باہر کی طرف پھیل جائے گا۔ تاہم، جب اس کے چہرے اس کے کناروں سے زیادہ تیزی سے بڑھتے ہیں، تو کرسٹل لمبا ہو کر سوئی، کھوکھلا ستون، یا چھڑی بناتا ہے۔
سنو فلیکس کی نایاب شکلیں۔
ایک لمحہ اور۔ شمالی اونٹاریو میں لیبرچٹ کی طرف سے لی گئی تیسری تصویر کو نوٹ کریں۔ یہ ایک "بند کالم" کرسٹل ہے - ایک موٹی کالم کرسٹل کے سروں پر دو پلیٹیں جڑی ہوئی ہیں۔ اس صورت میں، ہر پلیٹ کو زیادہ پتلی پلیٹوں کے جوڑے میں تقسیم کیا جاتا ہے۔ کناروں کو قریب سے دیکھیں، آپ دیکھیں گے کہ پلیٹ کو کس طرح دو حصوں میں تقسیم کیا گیا ہے۔ ان دو پتلی پلیٹوں کے کنارے ریزر بلیڈ کی طرح تیز ہیں۔ برف کے کالم کی کل لمبائی تقریباً 1,5 ملی میٹر ہے۔
Libbrecht کے ماڈل کے مطابق، پانی کے بخارات پہلے کرسٹل کے کونے کونے پر جم جاتے ہیں اور پھر سطح کے ساتھ ساتھ کرسٹل کے کنارے یا اس کے چہروں تک پھیل جاتے ہیں، جس کی وجہ سے کرسٹل باہر یا اوپر کی طرف بڑھتا ہے۔ ان میں سے کون سا عمل "جیت" کا انحصار بنیادی طور پر درجہ حرارت پر ہوتا ہے۔
واضح رہے کہ ماڈل "نیم تجرباتی" ہے۔ یعنی جو کچھ ہو رہا ہے اس کے مطابق جزوی طور پر اس کا ڈھانچہ بنایا گیا ہے، نہ کہ برف کے تودے کی نشوونما کے اصولوں کی وضاحت کرنے کے لیے۔ لاتعداد مالیکیولز کے درمیان عدم استحکام اور تعاملات مکمل طور پر کھولنے کے لیے بہت پیچیدہ ہیں۔ تاہم، امید باقی ہے کہ Libbrecht کے خیالات برف کی نشوونما کی حرکیات کے ایک جامع ماڈل کی بنیاد کے طور پر کام کریں گے، جسے مزید تفصیلی پیمائشوں اور تجربات کے ذریعے تفصیل سے بیان کیا جا سکتا ہے۔
کسی کو یہ نہیں سوچنا چاہیے کہ یہ مشاہدات سائنس دانوں کے ایک تنگ دائرے کے لیے دلچسپی کا باعث ہیں۔ اسی طرح کے سوالات گاڑھا مادے کی طبیعیات اور دیگر شعبوں میں پیدا ہوتے ہیں۔ منشیات کے مالیکیولز، کمپیوٹرز کے لیے سیمی کنڈکٹر چپس، سولر سیلز اور دیگر صنعتیں اعلیٰ معیار کے کرسٹل پر انحصار کرتی ہیں، اور پوری ٹیمیں ان کی افزائش کے لیے وقف ہیں۔ لہٰذا Libbrecht کے پیارے اسنو فلیکس سائنس کے فائدے میں اچھی طرح سے کام کر سکتے ہیں۔
آپ بلاگ پر اور کیا پڑھ سکتے ہیں؟
→
→
→
→
→
ہمارے سبسکرائب کریں۔ -چینل تاکہ آپ اگلے مضمون سے محروم نہ ہوں! ہم ہفتے میں دو بار سے زیادہ نہیں اور صرف کاروبار پر لکھتے ہیں۔ ویسے، اگر آپ پہلے سے نہیں جانتے ہیں، تو سٹارٹ اپس Cloud10Y سے $000 وصول کر سکتے ہیں۔ دلچسپی رکھنے والوں کے لیے شرائط اور درخواست فارم ہماری ویب سائٹ پر مل سکتے ہیں:
ماخذ: www.habr.com