Ko si egbon ti o to ni aarin aarin ti Russia ni igba otutu yii. O ṣubu ni awọn aaye kan, nitorinaa, ṣugbọn ni Oṣu Kini ọkan le nireti diẹ diẹ sii tutu ati oju ojo yinyin. Grẹy ti ko dun ati slush aibikita ṣe idiwọ fun ọ lati rilara ayọ ti igbadun igba otutu deede. Ti o ni idi ti Cloud4Y ṣe imọran lati ṣafikun yinyin diẹ si awọn igbesi aye wa nipa sisọ nipa ... snowflakes.
O gbagbọ pe awọn oriṣi meji ti snowflakes ni o wa. Ati ọkan ninu awọn onimo ijinlẹ sayensi, nigbakan ti a pe ni “baba” ti fisiksi snowflake, ni imọran tuntun lati ṣe alaye idi fun eyi. jẹ eniyan iyanu ti o ṣetan lati lọ kuro ni Gusu California ti oorun-oorun ni arin igba otutu lati lọ si Fairbanks (Alaska), fi jaketi ti o gbona kan ki o si joko ni aaye tio tutunini pẹlu kamera ati nkan ti foomu ni ọwọ rẹ. .
Fun kini? O wa fun awọn sparkliest, julọ ifojuri, julọ lẹwa snowflakes ti iseda le ṣẹda. Gege bi o ti sọ, awọn ayẹwo ti o wuni julọ maa n dagba ni awọn aaye tutu julọ - Fairbanks olokiki ati apa ariwa ti sno ti New York. Òjò dídì tó dára jù lọ tí Kenneth tí ì tíì rí rí wà ní Cochrane, tó jẹ́ ibì kan ní àríwá ìlà oòrùn Ontario, níbi tí ẹ̀fúùfù ìmọ́lẹ̀ ti ń yí àwọn òjò yìnyín bí wọ́n ti ń já bọ́ láti ojú ọ̀run.
Ni iyanilenu nipasẹ awọn eroja, Libbrecht ṣe iwadi igbimọ foomu rẹ pẹlu iduroṣinṣin ti onimọ-jinlẹ. Ti o ba jẹ nkan ti o nifẹ si nibẹ, oju yoo daa mu si. Ti kii ba ṣe bẹ, egbon naa ti yọ kuro ninu ọkọ, ati pe ohun gbogbo tun bẹrẹ. Ati pe eyi ṣiṣe ni fun awọn wakati.
Libbrecht jẹ physicist. Nipa ijamba amudun kan, yàrá rẹ ni Ile-ẹkọ Imọ-ẹrọ California ti ṣiṣẹ ni iwadii sinu eto inu ti Oorun ati paapaa ti ṣe agbekalẹ awọn ohun elo ode oni fun wiwa awọn igbi walẹ. Ṣugbọn fun 20 ọdun sẹhin, ifẹ otitọ Libbrecht ti jẹ yinyin-kii ṣe irisi rẹ nikan, ṣugbọn kini o mu ki o dabi bẹ. "Ibeere ti iru awọn nkan ti o ṣubu lati ọrun, bawo ni o ṣe ṣẹlẹ ati idi ti wọn fi dabi bẹ, n ṣe irora mi ni gbogbo igba," Kenneth jẹwọ.
Fun igba pipẹ, o to fun awọn onimọ-jinlẹ lati mọ pe laarin ọpọlọpọ awọn kirisita egbon kekere, awọn oriṣi pataki meji ni a le ṣe iyatọ. Ọkan ninu wọn jẹ irawọ alapin pẹlu awọn apa mẹfa tabi mejila, ti ọkọọkan wọn ṣe ọṣọ pẹlu lace ẹlẹwa ti o lẹwa. Omiiran jẹ iru ọwọn kekere kan, nigbakan sandwiched laarin “awọn ideri” alapin, ati nigbakan iru si boluti lasan. Awọn apẹrẹ wọnyi ni a le rii ni awọn iwọn otutu ti o yatọ ati ọriniinitutu, ṣugbọn idi fun dida apẹrẹ kan pato ti jẹ ohun ijinlẹ. Awọn ọdun ti awọn akiyesi Libbrecht ṣe iranlọwọ lati ni oye daradara ilana ilana crystallization ti snowflakes.
Iṣẹ Libbrecht ni agbegbe yii ti ṣe iranlọwọ lati ṣẹda awoṣe tuntun ti o ṣalaye idi ti awọn yinyin ati awọn kirisita yinyin miiran ṣe jẹ ohun ti a lo lati rii. Gege bi erongba re, ori ayelujara ni Oṣu Kẹwa Ọdun 2019, ṣapejuwe iṣipopada ti awọn ohun elo omi nitosi aaye didi (crystallization) ati bii awọn agbeka kan pato ti awọn ohun elo wọnyi ṣe le funni ni ikojọpọ awọn kirisita ti o dagba labẹ awọn ipo oriṣiriṣi. Ninu tirẹ Ni awọn oju-iwe 540, Libbrecht ṣe apejuwe gbogbo imọ nipa awọn kirisita egbon.
Awọn irawọ onika mẹfa
Iwọ, nitorinaa, mọ pe ko ṣee ṣe lati rii awọn flakes yinyin meji kanna (ayafi ni ipele ibẹrẹ). Otitọ yii ni lati ṣe pẹlu bii awọn kirisita ṣe ṣe ni ọrun. Snow jẹ akojọpọ awọn kirisita yinyin ti o dagba ninu afẹfẹ ati idaduro apẹrẹ wọn nigbati wọn ba ṣubu papọ si Earth. Wọn ṣẹda nigbati afẹfẹ ba tutu to lati ṣe idiwọ fun wọn lati dapọ tabi yo sinu ojo tabi ojo.
Botilẹjẹpe ọpọlọpọ awọn iwọn otutu ati awọn ipele ọriniinitutu le ṣe igbasilẹ laarin awọsanma kan, fun flake snowflake kan awọn oniyipada wọnyi yoo jẹ igbagbogbo. Eyi ni idi ti snowflake nigbagbogbo n dagba ni irẹwẹsi. Ni apa keji, ọkọọkan snowflake ti farahan si afẹfẹ, oorun ati awọn ifosiwewe miiran. Ni pataki, kirisita kọọkan jẹ koko-ọrọ si rudurudu ti awọsanma, ati nitorinaa gba awọn fọọmu oriṣiriṣi.
Gẹgẹbi iwadii Libbrecht, ironu akọkọ nipa awọn fọọmu elege wọnyi ni a gbasilẹ ni 135 BC. ni Ilu China. Ọ̀mọ̀wé Han Yin kọ̀wé pé: “Àwọn òdòdó ewéko àti igi sábà máa ń ní ojú márùn-ún, ṣùgbọ́n àwọn òdòdó yìnyín máa ń jẹ́ olójú mẹ́fà. Ati onimọ-jinlẹ akọkọ ti o gbiyanju lati mọ idi ti eyi n ṣẹlẹ ni boya Johannes Kepler, onimọ-jinlẹ ara Jamani ati polymath kan.
Ni ọdun 1611, Kepler funni ni ẹbun Ọdun Tuntun kan fun olutọju rẹ, Olu-ọba Romu Mimọ Rudolf II: kekere kan. ẹtọ ni "Nipa Hexagonal Snowflakes".
“Mo rekọja afara naa, ti itiju ni mi - Mo fi ọ silẹ laisi ẹbun Ọdun Tuntun! Ati lẹhinna anfani kan wa si ọna mi! Omi omi, ti o nipọn lati inu otutu sinu yinyin, ṣubu bi awọn awọ-yinyin lori awọn aṣọ mi, gbogbo wọn, bi ọkan, hexagonal, pẹlu awọn egungun fluffy. Mo bura pẹlu Hercules, eyi ni ohun kan ti o kere ju eyikeyi silẹ, ti o ni apẹrẹ kan, o le ṣe iṣẹ bi ẹbun Ọdun Titun ti a ti nreti pipẹ si olufẹ ti Ko si ohunkan ati pe o yẹ fun mathimatiki ti ko ni nkan ti ko si gba Nkankan, niwon o bọ́ láti ojú ọ̀run ó sì fi ìrí ìràwọ̀ onígun mẹ́fà pa mọ́ sínú ara rẹ̀!
“Ìdí kan gbọ́dọ̀ wà tí ìrì dídì fi dà bí ìràwọ̀ onígun mẹ́fà. Eyi ko le jẹ ijamba,” Johannes Kepler ni idaniloju. Bóyá ó rántí lẹ́tà kan láti ọ̀dọ̀ Thomas Harriot, onímọ̀ sáyẹ́ǹsì àti awòràwọ̀ ọmọ ilẹ̀ Gẹ̀ẹ́sì kan tí ó tún ṣe ìṣàkóso láti ṣiṣẹ́ gẹ́gẹ́ bí atukọ̀ fún olùṣàwárí Sir Walter Raleigh. Ni ayika ọdun 1584, Harriot n wa ọna ti o munadoko julọ lati ṣe akopọ awọn bọọlu cannonball lori awọn deki ti awọn ọkọ oju omi Raleigh. Harriot rí i pé ó dà bí ẹni pé ọ̀nà tó dára jù lọ láti ṣètò àwọn àyíká ọ̀hún, ó sì jíròrò ọ̀ràn yìí ní ìkọ̀wé pẹ̀lú Kepler. Kepler ṣe iyanilenu boya iru nkan kan ba ṣẹlẹ ni awọn ẹfọn snow ati kini ipin ti o jẹ iduro fun awọn eegun mẹfa wọnyi ti a ṣẹda ati ṣetọju.
Awọn apẹrẹ Snowflake
A le sọ pe eyi ni oye akọkọ ti awọn ilana ti fisiksi atomiki, eyiti yoo jiroro ni ọdun 300 nikan lẹhinna. Nitootọ, awọn moleku omi, pẹlu awọn ọta hydrogen meji wọn ati atẹgun kan, ṣọ lati darapọ mọ lati ṣe awọn akojọpọ onigun mẹrin. Kepler ati awọn ẹlẹgbẹ rẹ ko mọ bi eyi ṣe ṣe pataki to.
Gẹgẹbi awọn onimọ-jinlẹ ti sọ, ọpẹ si isunmọ hydrogen ati ibaraenisepo ti awọn ohun alumọni pẹlu ara wọn, a le ṣakiyesi ẹya-itumọ ti kristali ti o ṣii. Ni afikun si agbara rẹ lati dagba awọn egbon yinyin, eto hexagonal ngbanilaaye yinyin lati dinku ipon ju omi, eyiti o ni awọn ipa nla lori geochemistry, geophysics ati afefe. Ni awọn ọrọ miiran, ti yinyin ko ba leefofo, igbesi aye lori Earth kii yoo ṣeeṣe.
Ṣugbọn lẹhin iwe-ọrọ Kepler, wíwo awọn flakes snow jẹ diẹ sii ti ifisere ju imọ-jinlẹ pataki lọ. Ni awọn ọdun 1880, oluyaworan Amẹrika kan ti a npè ni Wilson Bentley, ti o ngbe ni otutu, ilu kekere ti o wa ni yinyin nigbagbogbo ti Jeriko (Vermont, USA), bẹrẹ si ya awọn fọto ti snowflakes nipa lilo awọn awo aworan. O ṣakoso lati ṣẹda diẹ sii ju awọn fọto 5000 ṣaaju ki o to ku ti pneumonia.
Paapaa nigbamii, ni awọn ọdun 1930, oluṣewadii ara ilu Japan Ukichiro Nakaya bẹrẹ ikẹkọ ni ọna ṣiṣe ti awọn oriṣiriṣi awọn kirisita yinyin. Ni agbedemeji ọgọrun ọdun, Nakaya dagba awọn egbon yinyin ni ile-iyẹwu nipa lilo awọn irun ehoro kọọkan ti a gbe sinu yara ti o tutu. O si tinkered pẹlu ọriniinitutu ati otutu eto, dagba ipilẹ orisi ti kirisita, ati compiled atilẹba rẹ katalogi ti ṣee ṣe ni nitobi. Nakaya ṣe awari pe awọn irawọ didan egbon maa n dagba ni -2°C ati ni -15°C. Awọn ọwọn dagba ni -5 °C ati ni isunmọ -30 °C.
O ṣe pataki lati ṣe akiyesi nibi pe ni iwọn otutu ti iwọn -2ºC tinrin-bi awọn fọọmu ti snowflakes han, ni -5 °C wọn ṣẹda awọn ọwọn tinrin ati awọn abere, nigbati iwọn otutu ba lọ silẹ si -15 °C wọn di tinrin gaan. awọn awo, ati ni awọn iwọn otutu ni isalẹ - Ni 30 °C wọn pada si awọn ọwọn ti o nipọn.
Ni awọn ipo ọriniinitutu kekere, awọn irawọ snowflakes dagba awọn ẹka pupọ ati dabi awọn awopọ hexagonal, ṣugbọn ni ọriniinitutu giga wọn di intricate ati lacy diẹ sii.
Ni ibamu si Libbrecht, awọn idi fun irisi ti awọn oriṣiriṣi awọn fọọmu ti snowflakes di mimọ sii ọpẹ si iṣẹ Nakai. A ti rii pe awọn kirisita yinyin ṣe idagbasoke sinu awọn irawọ alapin ati awọn awo (dipo awọn ẹya onisẹpo mẹta) nigbati awọn egbegbe ba dagba ni ita ati awọn oju dagba laiyara si oke. Awọn ọwọn tinrin dagba ni oriṣiriṣi, pẹlu awọn egbegbe ti o dagba ni iyara ati awọn egbegbe dagba losokepupo.
Ni akoko kanna, awọn ilana ipilẹ ti o ni ipa boya yinyin yinyin di irawọ tabi ọwọn kan ko mọ. Boya awọn ikoko dubulẹ ninu awọn ipo otutu. Ati Libbrecht gbiyanju lati wa idahun si ibeere yii.
Snowflake ohunelo
Paapọ pẹlu ẹgbẹ kekere ti awọn oniwadi, Libbrecht gbiyanju lati wa pẹlu ohunelo kan fun yinyin. Iyẹn ni, eto kan ti awọn idogba ati awọn paramita ti o le ṣe kojọpọ sinu kọnputa kan ati gba ọpọlọpọ nla ti awọn egbon yinyin lati AI.
Kenneth Libbrecht bẹrẹ iwadii rẹ ni ogun ọdun sẹyin lẹhin kikọ ẹkọ nipa apẹrẹ yinyin nla kan ti a pe ni ọwọn pipade. O dabi spool ti o tẹle ara tabi kẹkẹ meji ati axle. Ti a bi ni ariwa ti orilẹ-ede naa, o jẹ iyalẹnu nipasẹ otitọ pe oun ko tii ri iru yinyin bẹ rara.
Iyanu nipasẹ awọn apẹrẹ ailopin ti awọn kirisita egbon, o bẹrẹ si iseda wọn nipa ṣiṣẹda yàrá kan fun dagba snowflakes. Awọn abajade ti ọpọlọpọ ọdun ti awọn akiyesi ṣe iranlọwọ lati ṣẹda awoṣe ti onkọwe funrararẹ ṣe akiyesi aṣeyọri kan. O dabaa imọran ti itankale molikula ti o da lori agbara dada. Ero yii ṣe apejuwe bi idagba ti kristali yinyin ṣe da lori awọn ipo ibẹrẹ ati ihuwasi awọn ohun elo ti o ṣẹda rẹ.
Fojú inú wò ó pé àwọn molecule omi náà wà lárọ̀ọ́wọ́tó bí èéfín omi ṣe ń bẹ̀rẹ̀ sí dì. Ti o ba le wa inu ibi akiyesi kekere kan ti o si wo ilana yii, o le rii bi awọn ohun elo omi ti o tutunini ṣe bẹrẹ lati di lattice lile, nibiti atomu atẹgun kọọkan ti yika nipasẹ awọn ọta hydrogen mẹrin. Awọn kirisita wọnyi dagba nipasẹ fifipọ awọn ohun elo omi lati inu afẹfẹ agbegbe sinu eto wọn. Wọn le dagba ni awọn ọna akọkọ meji: oke tabi ita.
Kristali tinrin, alapin (lamellar tabi irawo) ti wa ni akoso nigbati awọn egbegbe ba yara ju awọn oju meji ti gara. Kirisita ti ndagba yoo tan si ita. Bí ó ti wù kí ó rí, nígbà tí ojú rẹ̀ bá yára ju àwọn etí rẹ̀ lọ, kírísítálì náà dàgbà síi, ní dídá abẹrẹ kan, ọwọ̀n ṣofo, tàbí ọ̀pá.
Toje iwa ti snowflakes
Akoko diẹ sii. Ṣe akiyesi fọto kẹta, ti Libbrecht ya ni ariwa Ontario. Eyi jẹ kirisita "iwe ti o ni pipade" - awọn awopọ meji ti a so si awọn opin ti kristali ọwọn ti o nipọn. Ni idi eyi, awo kọọkan ti pin si bata ti awọn awo tinrin pupọ. Wo ni pẹkipẹki ni awọn egbegbe, iwọ yoo rii bi a ti pin awo naa si meji. Awọn egbegbe ti awọn awo tinrin meji wọnyi fẹrẹ to bii bi abẹfẹlẹ. Awọn lapapọ ipari ti awọn yinyin iwe jẹ nipa 1,5 mm.
Ni ibamu si awoṣe Libbrecht, oru omi kọkọ gbe ni awọn igun ti kristali ati lẹhinna tan (tan kaakiri) lẹba ilẹ boya si eti okuta momọ tabi si awọn oju rẹ, ti o mu ki kirisita dagba si ita tabi si oke. Ewo ninu awọn ilana wọnyi “awọn bori” da lori iwọn otutu.
O yẹ ki o ṣe akiyesi pe awoṣe jẹ "ologbele-igbimọ". Iyẹn ni, o ti ṣeto ni apakan lati ṣe deede si ohun ti n ṣẹlẹ, kii ṣe lati ṣalaye awọn ilana ti idagbasoke snowflake. Awọn aisedeede ati awọn ibaraenisepo laarin awọn moleku ainiye jẹ idiju pupọ lati ṣii ni kikun. Sibẹsibẹ, ireti wa pe awọn imọran Libbrecht yoo ṣiṣẹ bi ipilẹ fun awoṣe okeerẹ ti awọn agbara ti idagbasoke yinyin, eyiti o le ṣe alaye nipasẹ awọn iwọn alaye diẹ sii ati awọn adanwo.
Eniyan ko yẹ ki o ronu pe awọn akiyesi wọnyi jẹ iwulo si Circle dín ti awọn onimọ-jinlẹ. Awọn ibeere ti o jọra dide ni fisiksi ọrọ di di ati ni awọn aaye miiran. Awọn ohun elo oogun, awọn eerun semikondokito fun awọn kọnputa, awọn sẹẹli oorun ati ogun ti awọn ile-iṣẹ miiran gbarale awọn kirisita ti o ni agbara giga, ati pe gbogbo awọn ẹgbẹ jẹ igbẹhin si dagba wọn. Nitorinaa awọn ọ̀wọ́n yinyin olufẹ Libbrecht le ṣe iranṣẹ anfani ti imọ-jinlẹ daradara.
Kini ohun miiran ti o le ka lori bulọọgi?
→
→
→
→
→
Alabapin si wa - ikanni ki o maṣe padanu nkan ti o tẹle! A kọ ko siwaju sii ju lẹmeji ọsẹ kan ati ki o nikan lori owo. Nipa ọna, ti o ko ba mọ tẹlẹ, awọn ibẹrẹ le gba $10 lati Cloud000Y. Awọn ipo ati fọọmu elo fun awọn ti o nifẹ ni a le rii lori oju opo wẹẹbu wa:
orisun: www.habr.com