Snowflake • Arkady Kuramshin • Videnskabeligt billede af dagen om "Elements" • Fysik, Kemi

Snefnug

Billedet viser en snefnug, et af vinterens symboler og det kommende nytårsferie. Hvorfor har en snefnug altid seks-rayed symmetri?

Så tidligt som i 1611 foreslog Johannes Kepler i sit arbejde Strena Seu de Nive Sexangula (Nytårsgave eller På Halvkantede Snefnug), at en snefnug består af enklere elementer, der kun kan forene sig med en figur med seks-bjælkesymmetri (se C. Schneer, 1960 Snowflake og Ph. Ball, 2011. I eftertanke: På den sekshjørne snefnug). Studier om symmetri førte ham til spekulationer om den mest effektive pakning af bolde i tredimensionelt rum (se Keplers hypotese). Keplers banebrydende arbejde inden for symmetri blev senere brugt i krystallografi og kodningsteori. Kepler havde ret. Faktisk er vandmolekyler, der danner is, organiseret i et hexagonalt molekylært krystal gitter, som i sidste ende bestemmer selve iskrystals geometri – snefnug.

Trekantede snefnug. Billede fra snowcrystals.com

Sandt nok, ikke alle snefnug når jordens sekskantede, der er også trekantede. De begynder deres rejse som sekskanter, men luftstrømmene i atmosfæren kan accelerere væksten af ​​tre skiftende stråler, og krystallet ser ud som en trekantet.Det kan også ske, at to sekskantede krystaller holder sammen og begynder at vokse som en, der formelt danner en tolvkantet snefnug.

Tolv-stråle snefnug. Billede fra snowcrystals.com

Japansk fysiker Ukichiro Nakaya (Ukichiro Nakaya) var den første videnskabsmand, der opdagede, at en snefals form kan fortælle historien om dens dannelse. I 1930 blev han ansat for hvad der syntes ham en lovende position, men det viste sig, at universitetet, der hyrede ham, ikke havde penge til at købe det nødvendige udstyr til det planlagte arbejde inden for røntgenanalyse. Nakaya gav ikke op og begyndte at gøre hvad hans materielle base tillod, at udforske almindelige snefnug og vokse kunstige på en kanins individuelle hår (se sin bog Snøkrystaller: Naturlig og Kunstig – "Snekrystaller: Naturlig og Kunstig").

Han opdagede, at hver snefnug begynder sin vækst med dannelsen af ​​et sekskantet prisme, som kan være så lang som en facetteret blyant og næsten flad, som sekskantede mønter. Da hexagonens hjørner bliver mere afkølet af den omgivende luft, går bindingen af ​​nye portioner vand til hjørnerne hurtigere, og snefnuget vokser sine sædvanlige stråler.

Dannelsen af ​​snefnug: en – en partikel af atmosfærisk støv, som spiller rollen som et center for krystallisering b – vanddamp dækker støvets overflade og kondenserer på overfladen i en væske i – flydende vand krystalliserer i is g – de seks hjørner af den resulterende iskrystal vokse hurtigere end andre områder, da de er mere afkølet og hurtigere kan tage på nye portioner vand; d – dannelsen af ​​tilfældige og ikke-gentagende former begynder – betingelserne kan bidrage til væksten af ​​nye sekskanter, stråler og så videre.

Formen af ​​snefnug kan være meget anderledes. I den øvre atmosfære vokser iskrystaller ved forskellige temperaturer og fugtighed. Da deres vækst fortsætter under ikke-ligevægtstilstande, kan de resulterende krystaller være helt forskellige fra det canoniske billede af det nye års snefnug. Under visse forhold vokser ishexagonerne kraftigt langs sin akse, og derefter langstrakte snefnug – snefnug-søjler eller nål-snefnug dannes. Under andre forhold vokser de vinkelret på aksen, og så danner snefnug i form af sekskantede plader eller sekskantede stjerner. En dråbe vand kan fryse til en faldende snefnug – og der dannes uregelmæssige og asymmetriske snefnug.

Hvordan snefnug dannes (accelereret optagelse)

Som den amerikanske fysiker fra Caltech Kenneth Libbrecht, en amerikansk fysiker fra Caltech, indrømmer i sin anmeldelse Physics of Snow Crystals (2005), at den præcise mekanik ved dannelsen af ​​sådanne symmetriske vandkrystaller – snefnug – er ukendt for os selv på kvalitetsniveauet og vi kom ikke tæt på at løse mysteriet om deres udseende i sammenligning med Nakai's værker.

Typer af snefnug. Billede af webstedet snowsrystals.com

Under et snefald er det næsten umuligt at finde et par identiske snefnug (det er muligt at dyrke samme snefnug kun i laboratoriet, hvor en strengere kontrol af forholdene er mulig). Ikke desto mindre vil en person altid finde ordre i kaos, så der er en lang tradition for at klassificere snefnug. I 1675 beskrev den tyske Friedrich Martens 24 typer snefnug. I 1832, takket være Daimyo Doi Toshitsura, steg antallet af snefnug til 86 (se sin bog Sekka Zusetu).

"Sekka Zusetsu" – Japansk bog om snefnug, skrevet af Doi Tositsura i 1832. Foto fra digitalcollections.nypl.org

Klassifikationen fortsætter i vores tid, og nu kan vi tale om mere end hundrede typer snefnug – fra de kendte stjernelignende dendritter til de fusionerede sekssidige søjler.Ifølge Nakaya-værkerne vokser de største og smukkeste dendritiske snefnug, nemlig dem, vi forbinder med nytårsferien, i meget fugtige skyer ved en temperatur på omkring -15 ° C.

Kilde: Katrina Krämer. Forklarer: snefnug // Kemi verden, 8. december 2017.

Foto af Alexey Klyatov fra flickr.com. Hvordan man skyder snefnug, kan du læse i et interview med fotografen.

Arkady Kuramshin


Like this post? Please share to your friends:
Skriv et svar

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: