کد خبر : 71755 شنبه 07 بهمن 1396 - 21:57:16
بلورهای-برف-چگونه-شکل-می-گیرند؟

دنیای شگفت انگیز دانه های برف

بلورهای برف چگونه شکل می گیرند؟

سیناپرس: نتایج یک تحقیق جدید نشان دهنده چگونگی شکل گیری بلورهای برف در شرایط مختلف محیطی بوده و در آن مشخص شده است که چرا بلورهای برف از الگوهای یکسان شکل گیری و متنوع در اشکال پیروی می کنند.

پژوهشگری به نام آلن تورینگ (Alan Turing) در مطالعات خود به بررسی پایه های شیمیایی مورفوژنتیکی دانه های برف پرداخته است. در این پژوهش بافت های ایجاد شده در دانه های برف بر اساس الگوهای طبیعی، خطوط،لکه ها و مارپیچ های روی آن مورد مطالعه قرار گرفتند. این پژوهشگر تلاش کرده است الگوهای تکامل دانه های برف را به زبان معدلات دیفرانسیل تحلیل کند.

دانه های برف همواره دارای یک هسته مرکزی و شبکه ای از اشکال مختلف هستند که حول ان تشکیل شده است این ذرات تا زمانی که نزدیک به مرز شبکه قرار می گیرند، به اندازه کافی رشد کرده و کامل می شوند.

پیچیدگی و جزئیات موجود در الگوهای دانه های برف و بررسی سیستم های واکنش آن ها نسبت به محیط می تواند واقعا شگفت انگیز باشد. یک روند نسبتا ساده و تعداد کمی از پارامترها می تواند انواع مختلفی از الگوهای و اشکال آشنا را در بلورهای برف تشکیل دهند.  

با استفاده از مدل موسوم به  Gravner-Griffeath، می توان با بهره بردن از کدهای طراحی شده توسط این پژوهشگر، طرح ها و مدل های بلورهای برف را شبیه سازی کرد. تقارن شعاعی ذرات برف از شبکه شش ضلعی که در آن رشد می کند به وجود آمده و  طی آن سه نوع مختلف جرم در مکان ها و شبکه های مختلف شبیه سازی شده اند: یخ، شبه مایع و بخار.  در این تحقیقات ابتدا، مقدار ρ موجود در یخ یک بلور برف و جرم تبخیر شده ρ در محیط محاسبه می شود.

در ادامه این فرایند مدل سازی، انجماد (تحت كنترل κ ) و ذوب (توسط μ و γ کنترل می شود) تکرار و بررسی شده و به عنوان مثال، طی فرایند انجماد، یک بخش از بخار موجود در توده مورد نظر در قسمت های مربوط به لبه های آن به یخ تغییر شکل داده و بخش  باقیمانده 1به صورت شبه مایع تبدیل می شود. در این حالت بخش های اطراف بلور برف به شکل یک دانه برف در آمده سپس این فرایند به داخل گسترش پیدا می کند. این پدیده با پارامترهای  α,β  و θ کنترل می شوند که عنوان عوامل شکل دهنده نوع برش بلور برف عمل می کنند. در فرایند شکل گیری بلورها، زمانی که تنها یک بخش از مایع تبدیل به دانه برف شود، این عمل به سرعت در تمامی بلور تداوم یافته و دیگر تغییری در آن رخ نخواهد داد.

تمامی تصاویر این دانه های برف به شکل شش ضلعی  بوده 800 × 800 بوده و 30 هزار مرتبه رشد کرده اند.  در اینجا در یک شبکه مستطیلی ارائه می شوند که توسط چرخش و پوسته پوسته شدن بلورهای برف به دست می آیند.  دانه های برف همواره دارای یک هسته مرکزی و شبکه ای از اشکال مختلف هستند که حول ان تشکیل شده است این ذرات تا زمانی که نزدیک به مرز شبکه قرار می گیرند، به اندازه کافی رشد کرده و کامل می شوند.

در تصاویر ارائه شده شما شاهد روند رشد بلورهای برفی هستید. نقشه رنگی نیز با هدف مشخص کردن لبه ها های هر بلور برف در هنگام مشاهده در محیط پر نور است. باید توجه داشت که برای مشاهده تمامی حجم برف ها رنگ آبی روشن مناسب تر بوده و در رنگ آبی تیره حجم کمتری از بلور برف مشاهده می شود.

به خاطر داشته باشید که مقارن با تبدیل شدن یک بخش از مایع به برف، تمامی ذرات آن از الگوی خاص و ثابتی که زمان بندی مشخصی دارد پیروی کرده و بلور تشکیل می دهند.  طی این فرایند در ابتدا، حجم یخ در امتداد محور تقارن تجمع پیدا کرده و به سرعت ارتعاشات کوچکی در سراسر آن ظاهر می شود. این  ارتعاشات به صورت شاخه ای رشد می کنند زیرا بخار به عنوان بخشی از بلور برف نیاز به فضایی جهت انتشار دارد. این فرایند، بی ثباتی شاخه ای نامیده  شده و باعث شکل گیری دانه برف های دندریتی یا شاخه شاخه می شود.

 

ترجمه: فاطمه کردی

منبع: blogs.scientificamerican.

no-alt

در فرایند شکل گیری بلورها، زمانی که تنها یک بخش از مایع تبدیل به دانه برف شود، این عمل به سرعت در تمامی بلور تداوم یافته و دیگر تغییری در آن رخ نخواهد داد.

no-alt

مقارن با تبدیل شدن یک بخش از مایع به برف، تمامی ذرات آن از الگوی خاص و ثابتی که زمان بندی مشخصی دارد پیروی کرده و بلور تشکیل می دهند.

no-alt

پیچیدگی و جزئیات موجود در الگوهای دانه های برف و بررسی سیستم های واکنش آن ها نسبت به محیط می تواند واقعا شگفت انگیز باشد.

no-alt

تقارن شعاعی ذرات برف از شبکه شش ضلعی که در آن رشد می کند به وجود آمده و طی آن سه نوع مختلف جرم در مکان ها و شبکه های مختلف شبیه سازی شده اند: یخ، شبه مایع و بخار.

no-alt

یک روند نسبتا ساده و تعداد کمی از پارامترها می تواند انواع مختلفی از الگوهای و اشکال آشنا را در بلورهای برف تشکیل دهند.

نظرات شما
  • davood سه شنبه 10 بهمن 1396 - 10:11:16
    ممنون از مطلب جالبتون چقدر دنیای برف عجیب و زیباست
  • بهاره سه شنبه 10 بهمن 1396 - 10:11:54
    چه نظمی در شکل برف ها وجود داره/خیلی جالب بود این مطلب/واقعا تا به حال فکر نمیکردم برف اینقدر اشکال مختلف داشته باشه/ممنون

[کد امنیتی جدید]