Kas on 2 ühesugust lumehelvest. Lumeteooria: pole kahte ühesugust lumehelvest. Filmi "Aleksandr Nevski" skoorides saadi lume kriuksumist segatud suhkru ja soola pigistamisel.
Teadlased tuvastavad kaks võimalust lumekristallide moodustamiseks. Esimesel juhul võib tuulega väga kõrgele, kus temperatuur on umbes 40 °C, kantud veeaur ootamatult külmuda, moodustades jääkristalle. Alumises pilvede kihis, kus vesi külmub aeglasemalt, tekib väikese tolmu- või mullatüki ümber kristall. See kristall, mida ühes lumehelves on 2 kuni 200, on kuusnurkse kujuga, nii et enamik lumehelbeid on kuueharulised tähed.
"Lumimaa" – sellise poeetilise nime mõtlesid välja Tiibeti elanikud.
Lumehelbe kuju sõltub paljudest teguritest: ümbritsevast temperatuurist, niiskusest, rõhust. Sellegipoolest eristatakse 7 peamist tüüpi kristalle: plaadid (kui temperatuur pilves on -3 kuni 0 ° C), tähtkristallid, sambad (-8 kuni -5 ° C), nõelad, ruumilised dendriidid, veerud ots ja valed kujundid. Tähelepanuväärne on see, et kui lumehelves pöörleb kukkudes, on selle kuju täiesti sümmeetriline ja kui see kukub külili või muul viisil, siis mitte.
Jääkristallid on kuusnurksed: nad ei saa nurga all ühendada - ainult servaga. Seetõttu kasvavad lumehelbe kiired alati kuues suunas ja tala hargnemine võib lahkuda ainult 60 või 120 ° nurga all.
Alates 2012. aastast tähistatakse ülemaailmset lumepäeva jaanuari eelviimasel pühapäeval. Selle algatas Rahvusvaheline Suusaliit.
Lumehelbed tunduvad valged nendes sisalduva õhu tõttu: erineva sagedusega valgus peegeldub kristallide vahelistel servadel ja hajub. Tavalise lumehelbe läbimõõt on umbes 5 mm ja mass 0,004 g.
Filmi "Aleksandr Nevski" skoorides saadi lume kriuksumist segatud suhkrut ja soola pigistades.
Usutakse, et kahte ühesugust lumehelvest pole. Seda tõestati esmakordselt 1885. aastal, kui Ameerika farmer Wilson Bentley tegi esimese eduka mikroskoopilise pildi lumehelbest. Ta pühendas sellele 46 aastat ja tegi üle 5000 foto, mille põhjal teooria kinnitust leidis.
Looduses leidub identseid lumehelbeid. Erandjuhtudel. Selle registreeris esmakordselt USA Riiklik Atmosfääriuuringute Keskus 1988. aastal.
Foto: pixabay.com
Uurija Nancy Knight oma teoses "No Two Alike?" tõestas, et looduses võivad esineda identsed lumehelbed.
Knight jõudis sellele järeldusele pärast seda, kui ta sai laboris katseliselt samad lumehelbed. Ta tõestas oma teooriat matemaatiliselt tõenäosusteooria kaudu. Ta tuletas välja 100 lumehelveste eristavat tunnust, mille järgi võib otsustada, et lumehelveste erinevaid variante on 10–158 kraadi. Ja kuigi saadud arv on lõpmatult suur, ei välista see lumehelveste sobitamise võimalust, väidab Knight.
Samal ajal vastavalt California ülikooli füüsikaprofessor Kenneth Libbrecht, on väliselt identsetel lumehelvestel erinevusi sisemises struktuuris, nimelt kristallvõres. Seetõttu ei saa väita, et põhimõtteliselt on võimalik leida kuju ja aatomistruktuuri poolest täiesti identseid lumehelbeid.
Kuidas tekivad lumehelbed ja miks on nende kuju erinev?
Lumehelveste moodustumise protsess hõlmab kristallide sublimeerimist gaasifaasist, möödudes vedelast olekust. Lumehelbe moodustumisel kasvavad veemolekulid juhuslikult alates algkristalli tekkimise hetkest. Seega kulgeb lumehelbe kasv korrapäratult.
Lumehelveste kasv sõltub välistingimustest, nagu temperatuur ja niiskus. Sõltuvalt nendest ja muudest tingimustest asetsevad uued molekulide kihid üksteise peale, moodustades iga kord uue lumehelbe kuju.
Kõigil lumehelvestel on kuus külge, sest kui veemolekulid külmuvad, reastuvad nad erilises järjekorras, mille tulemuseks on kuusnurkne geomeetriline kuju.
Lumehelbe kasvu määrab õhutemperatuur, mille juures see tekkis. Mida madalam on temperatuur, seda väiksem on lumehelbe suurus.
Lumehelveste kasvusuunad on tingitud sellest, et jääkristallid on kuusnurksed. Kahte kristalli ei saa nurga all ühendada, need on alati näoga üksteise külge kinnitatud. Seetõttu kasvavad kiired alati kuues suunas ja "oks" saab kiirest eemalduda vaid 60- või 120-kraadise nurga all.
"Lumeteooria" uurimise pioneer oli noor talunik Wilson Alison Bentley, hüüdnimega "Lumehelbeke". Lapsepõlvest saati köitis teda taevast langevate kristallide ebatavaline kuju. Tema kodulinnas Jeerikos Ameerika Ühendriikide põhjaosas oli lumesadu tavaline nähtus ja noor Wilson veetis palju aega väljas lumehelbeid uurides.
Wisloni "Lumehelbed" Bentley
Bentley kohandas kaamera oma ema 15. sünnipäevaks kingitud mikroskoobi järgi ja püüdis jäädvustada lumehelbeid. Kuid tehnoloogia täiustamiseks kulus peaaegu viis aastat – alles 15. jaanuaril 1885 tehti esimene selge pilt.
Elu jooksul on Wilson pildistanud 5000 erinevat lumehelvest. Ta ei lakanud imetlemast nende miniatuursete loodusteoste ilu. Oma meistriteoste saamiseks töötas Bentley miinuskraadides, asetades kõik leitud lumehelbed mustale taustale.
Wilsoni tööd on kiitnud nii teadlased kui ka kunstnikud. Teda kutsuti sageli esinema teaduskonverentsidel või eksponeerima fotosid kunstigaleriides. Kahjuks suri Bentley 65-aastaselt kopsupõletikku, tõestamata, et identseid lumehelbeid pole olemas.
"Lumeteooria" teatepulga võttis sada aastat hiljem kätte riikliku atmosfääriuuringute keskuse teadur Nancy Knight. 1988. aastal avaldatud artiklis tõestas ta vastupidist – identsed lumehelbed võivad eksisteerida ja peaksidki eksisteerima!
Dr Knight üritas laboris lumehelveste valmistamise protsessi reprodutseerida. Selleks kasvatas ta mitu veekristalli, allutades need samadele ülejahutamise ja üleküllastamise protsessidele. Katsete tulemusena õnnestus tal saada üksteisega täiesti identsed lumehelbed.
Täiendavad välivaatlused ja eksperimentaalsete vigade töötlemine võimaldasid Nancy Knightil väita, et identsete lumehelveste esinemine on võimalik ja selle määrab ainult tõenäosusteooria. Pärast taevakristallide võrdleva kataloogi koostamist jõudis Knight järeldusele, et lumehelvestel on 100 erinevuse märki. Seega on välimusvalikute koguarv 100! need. peaaegu 10 kuni 158. astmeni.
Saadud arv on kaks korda suurem kui aatomite arv universumis! Kuid see ei tähenda, et kokkusattumused on täiesti võimatud – lõpetab dr Knight oma töös.
Ja nüüd - uus uurimus "lume teooriast". Teisel päeval avaldas California ülikooli füüsikaprofessor Kenneth Libbrecht oma teadusrühma paljude aastate pikkuse uurimistöö tulemused. "Kui näete kahte ühesugust lumehelvest, on need ikkagi erinevad!" - ütleb professor.
Libbrecht tõestas, et iga viiesaja hapnikuaatomi kohta massiga 16 g/mol on lumemolekulide koostises üks aatom massiga 18 g/mol. Sellise aatomiga molekuli sidemete struktuur on selline, et see eeldab kristallvõres olevate ühendite jaoks lugematul hulgal võimalusi. Teisisõnu, kui kaks lumehelvest näevad tõesti ühesugused välja, tuleb nende identiteeti veel mikroskoopilisel tasemel kontrollida.
Lume (ja eelkõige lumehelveste) omaduste õppimine ei ole lapsemäng. Kliimamuutuste uurimisel on väga olulised teadmised lume ja lumepilvede olemusest. Ja mõned jää ebatavalised ja uurimata omadused võivad leida ka praktilisi rakendusi.
Igale koolilapsele tuttav väide, et kahte ühesugust lumehelvest pole olemas, on korduvalt kahtluse alla seatud. Kuid California Tehnoloogiainstituudi ainulaadsed uuringud suutsid sellele tõeliselt uusaastanumbrile lõpu teha.
Lumi tekib siis, kui pilvedes olevad mikroskoopilised veepiisad tõmbavad ligi tolmuosakesi ja külmuvad.
Sel juhul tekkivad jääkristallid, mille läbimõõt ei ületa algul 0,1 mm, kukuvad alla ja kasvavad neile õhust tuleva niiskuse kondenseerumise tagajärjel. Sel juhul moodustuvad kuue otsaga kristalsed vormid.
Tänu veemolekulide ehitusele on kristalli kiirte vahel võimalikud vaid 60° ja 120° nurgad. Peamisel veekristallil on tasapinnas korrapärase kuusnurga kuju. Seejärel ladestuvad sellise kuusnurga tippudele uued kristallid, neile ladestuvad uued ja nii saadakse erinevaid lumehelbetähti.
California ülikooli füüsikaprofessor Kenneth Libbrecht avaldas oma teadusrühma aastatepikkuse uurimistöö tulemused. "Kui näete kahte ühesugust lumehelvest, on need ikkagi erinevad!" ütleb professor.
Libbrecht tõestas, et iga viiesaja hapnikuaatomi kohta massiga 16 g/mol on lumemolekulide koostises üks aatom massiga 18 g/mol.
Sellise aatomiga molekuli sidemete struktuur on selline, et see eeldab kristallvõres olevate ühendite jaoks lugematul hulgal võimalusi.
Teisisõnu, kui kaks lumehelvest näevad tõesti ühesugused välja, tuleb nende identiteeti veel mikroskoopilisel tasemel kontrollida.
Lume (ja eelkõige lumehelveste) omaduste õppimine ei ole lapsemäng. Kliimamuutuste uurimisel on väga olulised teadmised lume ja lumepilvede olemusest.
Loodus on talvel ilus: tuleb vaid minutiks tempot maha võtta, vaadata lumega kaetud puid, kohevaid lumehange ja sirutada käsi - nii nagu mõni lumehelves sellele kukub. Pole midagi ilusamat ja kaalutumat kui need miniatuursed loodusteosed.
Kahju, et nende kaunist mustrit saab imetleda vaid lühikest aega.
Võib-olla olete kuulnud väidet: pole kahte ühesugust lumehelvest. Vaatame seda "talvenumbrit".
Lumehelveste moodustumise protsess on esmapilgul väga keeruline. Siin on seotud elementaarosakeste vastastikmõju füüsikalised seadused. Atmosfääris miinustemperatuuridel tõmbavad veemolekulid tolmumolekulide poole ja tahkuvad, moodustades kuueharulisi kristalle. Kristalli üksikute kiirte vahel on veemolekuli ehituse iseärasuste tõttu võimalikud vaid 60- või 120-kraadised nurgad ning kuusnurga tippudega liituvate uute kristallide tõttu tekivad mitmesugused lumehelveste kujud ja mustrid.
Nii saime teada, et:
- Lumehelbed tekivad jääpilve sees aurudest, möödudes vedelast faasist.
- Lumehelveste kasv sõltub välistingimustest: niiskusest ja õhutemperatuurist.
- Lumehelveste "embrüod" on kuusnurkse kujuga.
- Lumehelbe kuju võib atmosfääri läbides muutuda.
- Lumehelbe langemise kiirus on 15 m/min.
- Lumehelbe moodustav jää on läbipaistev.
Vaatame viimast fakti lähemalt. Miks on lumivalge, kui lumehelves on läbipaistev? Sellele küsimusele vastavad füüsikaseadused: lumehelveste servadelt peegelduv valgus loob mulje valgest massist, mida me nimetame lumeks.
Niisiis erutas lumehelveste moodustamise protsess paljusid meeli.
"Lume" teooria pioneerid olid põllumees W.E. Bentley ja dr N. Knight.
Bentley lõi kogu oma elu jooksul tohutu hulga fotosid lumehelvestest, mis huvitas nii teadlasi kui ka fotograafe. Dr Knight suutis laboris lumehelveste teket reprodutseerida.
Nende teadmisi ja teaduslikku tööd süstematiseeris California ülikooli professor K. Libbrecht, kes selle probleemi uurimise käigus esitas väite: "Kui näete kahte ühesugust lumehelvest, on need ikkagi erinevad!".
Tema oli see, kes oma väidet teaduslikult põhjendas, selgitades, et kristallvõre moodustavatel molekulidel ja aatomitel võib olla tohutult erinevaid ühendusviise.
Libbrecht nentis, et visuaalselt võivad lumehelbed ühesugused välja näha, aga kui neid mikroskoobi all vaadata, siis tuleb muster hoopis teistsugune!
Nüüd teate, et kui aknast välja sajab lumi, on iga lumehelves ainulaadne ja omal moel jäljendamatult ilus!
