Badaczom z Niemiec i Wielkiej Brytanii udało się odtworzyć wzór, w jaki tworzą się płatki śniegu. To przełomowe odkrycie może pomóc w badaniach nad tym, w jaki sposób powstają i funkcjonują np. czerwone krwinki i bańki mydlane, czyli powierzchnie zmienne w czasie.
Badacze, od żyjącego w XVI wieku Johannesa Keplera poczynając, próbowali rozwikłać zagadkę struktury płatków śniegu. Musieli przy tym brać poprawkę na niezwykłe subtelności fizyki, takie jak najmniejsze nawet zmiany w wysokościach temperatur bądź wilgotności powietrza.
Te subtelności mogą bowiem w krótkim czasie zmienić kształt i rozmiar płatka śniegu (złożonego z lodowych kryształów). Sprawia to, że niezwykle trudno jest odtworzyć jego model. Udało się to w końcu zespołowi matematyków, którzy symulowali narastanie płatków posługując się prawami zachowania (są to prawa fizyki stwierdzające, że w układach fizycznych izolowanych od otoczenia określone wielkości fizyczne pozostają stałe) oraz zasadami termodynamiki.
Precyzyjne symulacje
- Haraldowi Garckemu z niemieckiego Uniwersytetu Regensburga i jego kolegom z Imperial College of London udało się zrobić to, czego nie udało się dokonać dotąd nikomu - mówi Ken Libbrecht z California Institute of Technology.
Żeby wykonać komputerowy model płatka, zespół Garckego musiał niezwykle precyzyjnie symulować to, jak jego powierzchnia zmienia się w czasie. Jak się okazało, sprawiło im to sporo trudności.
- Na powierzchnię płatka śniegu składają się zazwyczaj kryształki w kształcie zazębionych trójkątów, które podczas symulacji często się deformują. Głównie to przeszkadzało nam w opracowaniu modelu - mówi Garcke.
Badaczom udało się obejść tę trudność. Opracowali taką metodę opisu krzywizny oraz innych danych geometrycznych dotyczących powierzchni płatka śniegu, która pozwoliła im wprowadzić odpowiednio zakodowane dane do komputera.
Wskazali dwa typy
Naukowcy nie tylko odtworzyli wzór w jaki rosną kolejne kryształki lodu, lecz także wskazali jego dwa główne typy: fasetowy, w którym płaskie płytki sześciokątów dominują w całym procesie narastania, oraz dendrytyczny, w którym płytki rozgałęziają się jak drzewa.
Natrafiono także na zupełnie nieoczekiwane aspekty formowania się płatków śniegu - takie jak silny wpływ wiązań występujących na powierzchni krysztaków. Ustalono też, że prędkość, z jaką narastają ostre krawędzie płatków, jest wprost proporcjonalna do ilości pary wodnej znajdującej się w atmosferze.
Autor: map/mj / Źródło: livescience.com