velzevul (dubva1) wrote,
velzevul
dubva1

Наука и волшебство

Снег – это письмо с небес, написанное потаенными иероглифами. (Укичиро Накая)





В японских садах можно повстречать необыкновенный каменный фонарь, украшенный широкой крышей с загнутыми ввысь краями. Это «Юкими-Торо», фонарь для любования снегом. Праздничек «Юкими» призван даровать людям удовольствие красотой ежедневной жизни. Мы тоже решили разглядеть красивое в ежедневном и подошли к «Юкими-Торо» несколько поближе, чем обычно. На каменной крыше фонаря расположились миллионы маленьких снежинок, любая из которых неподражаема и достойна самого пристального внимания. Поражаясь очень сложной форме, безупречной симметрии и нескончаемому обилию снежинок, люди с незапамятных времен связывали их очертания с действием сверхъестественных сил либо божественным промыслом.


Тайну снежных кристаллов желали разгадать многие величавые ученые. В дальнем 1611 году трактат о шестилучевой симметрии снежинок опубликовал известный германский математик и астролог Иоганн Кеплер. Первую систематизированную систематизацию геометрических форм снежинок в 1635 году сделал не кто другой, как известный математик, физик, физиолог и философ Рене Декарт. Ему удалось невооруженным глазом найти даже такие редчайшие снежные кристаллы, как столбики с наконечниками и двенадцатилучевые снежинки. Более полное исследование строения снежинок и их разновидностей японский физик-ядерщик Укичиро Накая опубликовал только посреди прошедшего века. Чтоб разгадать потаенны образования снежных кристаллов, были нужны современные представления о молекулярной структуре льда и сложные исследовательские технологии – например, рентгеновская кристаллография.


Несмотря на заслуги современной науки, люди и на данный момент продолжают задавать вопросы, которыми интересовались тыщи годов назад: почему снежинки симметричны, почему снег белоснежный, правда ли, что посреди всех снежинок на свете не найдется 2-ух схожих? На наши вопросы ответил доктор физики Калифорнийского технологического института Кеннет Либбрехт. Значительную часть собственной жизни он предназначил исследованию снежных кристаллов, при всем этом научившись растить снежинки в лабораторных критериях и даже управлять их формой. Не считая того, доктор Либбрехт известен как создатель наибольшей и различной коллекции фото снежинок.


Триединство воды


Многие неверно считают, что снежинки – это замерзшие по пути к земле капельки дождика. Очевидно, такое атмосферное явление тоже случается и именуется «снег с дождем», но прекрасных геометрически правильных снежинок в этом коктейле нет. Истинные снежинки растут, когда водяные пары конденсируются на поверхности ледяного кристалла, минуя водянистую фазу. Вода – это единственное вещество, которое в ежедневной жизни можно следить в тройной точке фазовой диаграммы: его жесткая, газообразная и водянистая стадии могут сосуществовать при температуре примерно 0,01 градуса Цельсия. Самый 1-ый кристаллик льда, который служит фундаментом будущей снежинки, может образоваться и из микроскопичной капельки водянистой воды, но все предстоящее строительство происходит за счет присоединения молекул водяного пара.


Разгадка таинственной симметрии снежинок кроется в кристаллической решетке льда. Лед – это уникальное вещество, способное создавать более 10 разных кристаллических структур. Кубический лед IX стал центральным элементом романа Курта Воннегута «Колыбель для кошки», где ему приписывалась умопомрачительная способность заморозить всю воду на Земле только одной малеханькой гранулкой. По сути фактически весь лед на планетке кристаллизуется в гексагональной сингонии – его молекулы образуют правильные призмы с шестиугольным основанием. Конкретно шестиугольная форма решетки в конечном счете обусловливает шестилучевую симметрию снежинок.


Но связь меж структурой кристаллической решетки и формой снежинки, которая больше молекулы воды в 10 миллионов раз, неочевидна: если б молекулы воды присоединялись к кристаллу в случайном порядке, форма снежинки вышла бы неверной. Все дело в ориентации молекул в решетке и расположении свободных водородных связей, которое содействует образованию ровненьких граней. Представьте для себя игру в тетрис: установить гладкий кубик на гладкую же поверхность несколько сложнее, чем заполнить образовавшуюся в ровненькой полосы брешь. В первом случае приходится выбирать, продумывать стратегию на будущее. А во 2-м – и так все ясно. Точно так же молекулы водяного пара с большей вероятностью заполняют пустоты, ежели пристают к ровненьким граням, так как пустоты содержат больше свободных водородных связей. В итоге снежинки принимают форму правильных шестиугольных призм с ровненькими гранями. Такие призмы падают с неба при сравнимо маленький влажности воздуха в самых различных температурных критериях.


В какой-то момент на гранях возникают выпуклости. Каждый бугорок притягивает к для себя дополнительные молекулы и начинает расти. Снежинка длительно путешествует по воздуху, при всем этом шансы повстречаться с новыми молекулами воды у выступающего бугорка несколько выше, чем у граней. Так на снежинке очень стремительно растут лучи. Из каждой грани растет один толстый луч, потому что молекулы не терпят пустоты. Из бугорков, образующихся на этом луче, растут ответвления. Во время путешествия крошечной снежинки все ее грани находятся в схожих критериях, что служит предпосылкой для роста схожих лучей на всех 6 гранях.


Путь света


От маршрута, по которому снежинка путешествует с неба на землю, прямо зависит ее вид. В районах с разной влажностью, температурой и давлением грани и лучи вырастают по-разному. Снежинка, которую ветер пронес над широким ареалом, имеет все шансы приобрести самую затейливую форму. Чем подольше снежинка спускается на землю, тем огромные размеры она может приобрести. Наибольшая снежинка была зафиксирована в 1887 году в американской Монтане. Ее поперечник составил 38 см, а толщина – 20 см. В Москве самые большие снежинки, размером с ладонь, выпали 30 апреля 1944 года.


Обычно же снежинки бывают малеханькими, поперечником в пару мм и массой в пару миллиграммов. Все же к концу зимы масса снежного покрова северного полушария планетки добивается 13 500 миллиардов тонн. Белое одеяло отражает в космос до 90% солнечного света. А почему, фактически, белое? Почему снег смотрится белоснежным, тогда как снежинки состоят из прозрачного льда? Все разъясняется сложной формой снежинок, их огромным количеством и способностью льда преломлять и отражать свет. Проходя через бессчетные грани снежинок, лучи света преломляются и отражаются, непредсказуемо меняя направление. Снег освещается солнцем и частично лучами различных цветов, отраженными от окружающих объектов. В итоге бессчетных преломлений отражения объектов рассеиваются и снег возвращает в главном белоснежный солнечный свет. Точно таким же свойством обладает гора колотого льда либо битого стекла. Очевидно, во время бессчетных переотражений снег поглощает часть света, при этом свет красноватого диапазона поглощается активнее, чем свет голубого диапазона. На поверхности голубоватый колер снега чуть приметен, потому что при прямом попадании практически весь свет отражается. Попытайтесь сделать в снегу глубокую неширокую ямку, на дно которой не проникал бы свет. В глубине ямки вы можете узреть свет, прошедший через толщу снега, – и он будет голубым.


В неких случаях снег может получать совсем внезапные цвета. В арктических регионах можно узреть красноватый снег: он не тает длительное время, потому меж его кристаллами живут водные растения. Посреди прошедшего века в промышленных европейских городках, отапливаемых в главном углем, падал темный снег. Нам о черном снеге ведали обитатели современного Челябинска.


Свежайшему снегу в морозный денек всегда сопутствует радостный хруст под ногами. Это не что другое, как звук ломающихся кристаллов. Никто не способен расслышать, как ломается одна снежинка, но тыщи малеханьких кристалликов – приличный оркестр. Чем ниже опускается столбик указателя температуры, тем паче жесткими и хрупкими становятся снежинки и тем выше становится тон хруста под ногами. Набравшись опыта, можно использовать это свойство снега, чтоб определять температуру на слух.









Subscribe

Recent Posts from This Journal

  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

  • 0 comments