Визуализация: как образуются снежинки
Визуализация: как образуются снежинки
Искусство снега
Если вы посмотрите на снег вблизи, вы, вероятно, заметите, что он состоит из тысяч крошечных хлопьев с красивыми сложными узорами.
Эти снежинки на самом деле кристаллы льда. Они формируются в нашей атмосфере, высоко в облаках и трансформируются на пути к Земле благодаря различным факторам и силам.
Мы смотрим, как образуются снежинки, и какие атмосферные условия вносят свой вклад в прекрасную сложность, благодаря которой мы их узнали.
Как построить снежинку
Дизайн снежинок на самом деле является продуктом процесса кристаллизации, который контролируется атмосферой.
Водяной пар в атмосфере захватывает свободно плавающую частичку пыльцы или пыли и действует как зародыш . Это означает, что он может начать добавлять (то есть зародышеобразовать) больше молекул воды и увеличиваться в размерах. Когда это происходит при низких температурах, вода также замерзает и кристаллизуется.
Несмотря на множество уникальных стилей снежинок, все они кристаллизуются в одной и той же форме - шестиугольнике. Причина этого связана с тем, как вода ведет себя на химическом уровне. При комнатной температуре молекулы воды беспорядочно обтекают друг друга, бесконечно образуя и разрывая связи.
Однако при понижении температуры они начинают терять кинетическую энергию и образуют более прочные связи. При 0°C они переориентируются в энергетически эффективное положение, которое оказывается жесткой шестиугольной конфигурацией. Это замерзшая вода или лед.
Все снежинки зарождаются и кристаллизуются таким образом. По мере того, как все больше молекул воды зарождается в младенческом снежном кристалле, они кристаллизуют длинные руки и ветвящиеся усики, образуя уникальные художественные узоры.
То, как материализуются эти узоры, зависит просто от наличия воды и температуры, отношения, которые лучше всего описаны на диаграмме снежинок Накая.
Диаграмма Накая снежинок
В 1930-х годах японский физик Укичиро Накая создал первые искусственные снежинки и исследовал их рост как аналог естественного образования снежных кристаллов. Диаграмма морфологии снежных кристаллов, или диаграмма Накая , - его удобная диаграмма, которая иллюстрирует, как формируются снежинки.
На диаграмме показаны виды снежинок, которые образуются из-за атмосферной температуры и влажности во время падения кристалла снега на землю.
Размер и сложность снежинок зависят от влажности атмосферы. Больше воды означает более крупные и сложные снежинки.
Удивительно, но снежинки циклически переключаются между двумя классами роста (пластины и столбцы) при понижении температуры.
Приближаясь к своему 100-летнему юбилею, эта деталь диаграммы Накая до сих пор озадачивает исследователей. Многие продолжают теоретизировать и демонстрировать, как это явление возможно.
Начни с того же, закончи по-другому
Вам может быть интересно, как это возможно, что нет двух одинаковых снежинок, если все они имеют шестиугольное начало и могут образовывать только столбцы или пластины.
Ответ кроется в динамической природе атмосферы.
Атмосфера постоянно меняется. Каждую секунду температура, влажность, направление ветра и ряд других факторов бомбардируют снежный кристалл, когда он падает на землю.
Снежные кристаллы чувствительны к малейшим из этих изменений. Водяной пар, который кристаллизуется, реагирует на различные воздействия, которые в конечном итоге создают новые узоры.
Поскольку никакие две снежинки не могут двигаться по одному и тому же пути в одно и то же время, никакие две снежинки не будут выглядеть одинаково. Одно начало, разные концовки.