دانه های برف ،شبیه سازی شدند!
ساعت ۳:٠٩ ‎ب.ظ روز جمعه ۳ آبان ۱۳۸٧ : توسط : حسین

دانشمندان با استفاده از تکنیک های نوین شبیه سازی رایانه ای مطالعات جالبی درباره رموز مربوطه به دانه های سه بعدی برف انجام داده اند.
یانکو گراونر از ریاضیدانان دانشگاه کالیفرنیا در دیویس و از محققان اصلی این پروژه گفت : هیچ دو دانه برفی دقیقا مشابه هم نیستند، اما می توانند شباهت های زیادی به یکدیگر داشته باشند. اما این که چرا دانه های برف تفاوت های زیادی با یکدیگر ندارند همواره یک معمای چالش برانگیز بوده است. اکنون با دستیابی به فناوری ارائه مدلی برای بررسی و پردازش دانه های برف دانشمندان به یافتن پاسخی برای این سوال ها امیدوار شده اند.
مدل جدید ارائه شده با در نظر گرفتن فاکتورهایی نظیر دما، فشار و غلظت بخار آب مورد استفاده در تشکیل دانه های برف این امکان را به آنها داد تا طیف وسیعی از دانه های برف طبیعی را شبیه سازی کنند.
در این شبیه سازی ها چگونگی تشکیل دانه های مختلف برف ترسیم شده و دانشمندان دانش خود را درباره چگونگی تشکیل آنها در اشکالی به این پیچیدگی گسترش داده اند، اما در سوی دیگر و در دنیای زیرساختارها، گروهی از دانشمندان هلندی با کمک یک میکروسکوپ الکترونیکی ویژه موفق شدند نانو ساختارهای هندسی و رنگ های خیره کننده بال های پروانه را تشریح کنند و به این ترتیب موفق شدند راز زیبایی بال پروانه ها را که دارای خطوط رنگی خیره کننده ، چشم های کاذب و اشکال هندسی است با کمک یک میکروسکوپ الکترونیکی ویژه کشف کنند.
به گفته این دانشمندان ، بال های پروانه ها از تعداد زیادی فلس های رنگی پوشیده شده است که هر یک از آنها در حدود 50 در 250 میکرون هستند. این ساختارها را در یک تصویر مایکروسکوپی می توان همانند پیکسل های دوربین های دیجیتال تصور کرد.
ساختار این فلس ها که از گونه ای به گونه دیگر تغییر می کند در عین حال دارای تعداد زیادی ویژگی های کلی مشترک است. به طوری که در هر یک از این فلس ها یکسری شیار موازی و طولانی وجود دارد که فاصله میان آنها در حدود یک تا دو میکرون است و رنگ و درخشش آنها بستگی به نوری دارد که روی این نانو ساختارها تابیده و جذب هریک از این دانه های رنگی می شود.
همچنین روی هر بال را دوباره دو لایه فلسی می پوشانند. این لایه ها کمک می کنند که نور با شدت بیشتری منعکس شوند و اثربخشی بیشتری داشته باشند، اما هر روز که می گذرد گویی باید بیشتر نگران گرم شدن زمین باشیم.
بر اساس آخرین تحقیقات که نتایج آن در این هفته منتشر شد، سطح آب دریای مدیترانه به سرعت در حال افزایش است و اگر روند گرم شدن هوا تغییر نکند، ظرف 50 سال آینده آب این دریا می تواند نیم متر دیگر بالا رود و این امر رویدادهایی فاجعه آمیز در پی خواهد داشت. این در حالی است که بالا آمدن آب ، حتی به میزان جزیی ، برای نواحی ساحلی پست پیامدهایی بسیار جدی دارد.
محققان ضمن اشاره به این که دمای آب در آب های مدیترانه ای اسپانیا از دهه 1970 تاکنون حدود 0.12 تا 0.50 درجه سانتیگراد افزایش یافته ، تاکید می کنند شاید این افزایش به نظر اندک باشد اما باید توجه داشت که افزایش دمای آب حتی به میزان جزیی ، به این معناست که آب مقادیر بسیار زیادی حرارت جذب کرده است. آنها ضمن تاکید بر جهانی بودن پدیده گرمایش زمین ، به افزایش شوری آب مدیترانه اشاره کرده و یکی از دلایل آن ، کاهش بارندگی در این دریا می دانند. همچنین پیش بینی می کنند که تا سال 2100 ، عمدتا در نتیجه انبساط آب بر اثر حرارت ، سطح دریاها حداقل 18 سانتیمتر بالا خواهد آمد.

منبع : جام جم آنلاین


 
به راستی چرا بلورهای برف شش پر و متقارن و سفید هستند؟!
ساعت ٥:٥٤ ‎ب.ظ روز یکشنبه ۳٠ دی ۱۳۸٦ : توسط : حسین

به راستی چرا بلورهای برف شش پر و متقارن و سفید هستند؟
برای پاسخ به این سوال باید داستان زندگی یک دانه برف را دانست.

داستان زندگی دانه برف، از ابر آغاز می‌شود، از زمانی که یک قطره بسیار ریز ابر یخ زده و به یک ذره کوچک یخی تبدیل می‌شود.

زمانی که بخار آب روی سطح ذره یخ شروع به سخت شدن می‌کند، به سرعت در این یخ کوچک چند وجه ایجاد و به یک شش وجهی تبدیل می‌شود.

ذره یخ تا مدتی این شکل شش وجهی را حفظ می‌کند اما به تدریج که بلور بزرگتر و بزرگتر می‌شود، از هر یک از وجوه این شش وجهی شاخه‌ای بیرون می‌آید. از آنجا که شرایط جوی (یعنی دما و رطوبت) در همه نقاط این بلور کوچک یکسان است، هر شش شاخه جدید، تقریبا به یک اندازه رشد می‌کنند.

بلور برف در حالیکه بزرگتر می‌شود، در داخل ابر با باد به اینسو و آنسو می‌رود و به همین دلیل است که در طول زمان، با دماهای مختلفی روبرو می‌شود.

اما رشد کریستال تا حد بسیار زیادی به میزان دما مربوط می‌شود و از آنجا که هر شش شاخه بلور در هر زمان در شرایط مساوی قرار دارند، همه آنها به یک شکل رشد می‌کنند.

نتیجه نهایی این روند، ایجاد ساختاری شش شاخه و متقارن است. باید توجه داشت که چون هر بلور برف مسیری خاص خود را در ابر می‌پیماید، هر یک شکل خاص خود را پیدا می‌کنند.

** چه چیزی باعث همزمانی رشد شش بازوی کریستال برف می‌شود؟
هیچ چیز. همانطور که قبلا اشاره شد هر یک از بازوهای دانه برف مستقلا رشد می‌کند اما از آنجا که نقاط مختلف هر بلور اولیه برف درشرایط مساوی دمایی قرار دارد، این رشد همزمان و برابر صورت می‌گیرد.

شاید این موضوع عجیب و باورنکردنی به نظر برسد اما شاید اشاره به یک نکته، این موضوع را باورکردنی کند: در واقع بلورهای برف چندان کامل متقارن نیستند. برای اطمینان به زیر برف بروید و خودتان آزمایش کنید.

به ندرت ممکن است کریستالی کاملا متقارن پیدا کنید.

** دانه برف چرا شش بازو دارد؟
علت این امر به خصوصیات هندسه شش ضلعی شبکه بلور یخ برمی‌گردد. اما این شبکه ابعاد مولکولی دارد و پی بردن به این موضوع که این تقارن در ابعاد نانو چگونه به ساختار یک کریستال برف که به مراتب بزرگتراست، منتقل می‌شود، کار ساده‌ای نیست.

اما بطورکلی باید گفت ایجاد بازو در دانه برف از طریق "تشکیل وجوه" (‪ faceting‬یا ایجاد ساختاری مانند جواهرات تراش داده شده) صورت می‌گیرد.

این وجوه بدون نیاز به نیروی خاصی تشکیل می‌شوند که علت آن، نحوه قرار گرفتن مولکول‌ها در داخل شبکه دانه برف است. در فرآیند تشکیل وجوه است که دانه ابتدایی برف به یک شش وجهی تبدیل می‌شود که ساختاری بزرگتر با یک تقارن شش بری است. در نهایت، بازوها از گوشه‌های شش ضلعی بیرون می‌آیند و وجود شش گوشه اساس به وجود آمدن شش بازوست.

فرآیند "تشکیل وجوه" نشان می‌دهد که هندسه مولکول آب چگونه به هندسه یک کریستال درشت برف منتقل می‌شود.



** چرا برف سفید است؟
برف سفید نیست. برف از کریستالهای یخ درست شده و انبوه آنها سفید به نظر می‌رسد درست مانند خرده شیشه‌هایی که انبوه آنها سفید به نظر می‌آید.

نور بازهم مانند شیشه، از بخشی از سطوح یخ دانه برف منعکس می‌شود و رنگ خاصی را بازتاب می‌دهد. هنگامی که مقدار زیادی برف انباشته شده باشد و از روی هر وجه هر دانه برف بخشی از نور منعکس شود، این نور به نقاط اطراف بازتاب یافته و دوباره برمی‌گردد. از آنجا که همه رنگها تقریبا به میزان مساوی پراکنده هستند، انبوه برف سفیدرنگ به نظر می‌رسد.

در واقع، هنگامی که نور در حال تابش و بازتابش است، یخ بخشی از آن را جذب می‌کند و رنگ قرمز، آسانتر از رنگ آبی جذب می‌شود و در نتیجه، رنگ آبی بازتاب می‌یابد. به همین دلیل اگر به داخل یک توده برف خوب نگاه کنید، گاه در آن رنگ آبی را مشاهده می‌کنید. **

فایده دانستن این اطلاعات درباره دانه‌های برف چیست؟
بلورهای زیبای برف رقص کنان از آسمان به زمین می‌بارند و یک انسان پرسشگر باید بداند که این دانه‌ها از چه و چگونه تشکیل شده‌اند. مطمئنا از میان بیش از شش میلیارد جمعیت زمین، عده‌ای هستند که بخواهند به رازهای دانه‌های برف پی ببرند.

با همه اینها، یافتن راز چگونگی تشکیل بلورها، بدون تردید کار بی‌فایده‌ای نیست. برای مثال، کل صنعت کامپیوتر به سیلیکون و دیگر کریستال‌های نیمه‌هادی متکی است ولی ما هنوز درباره فیزیک چگونگی تشکیل این کریستالها اطلاعات زیادی نداریم.

اگر از فیزیک پایه‌ای که در پس رشد بلورها ، از جمله بلور یخ، وجود دارد، درک بهتری پیدا کنیم، توانایی بیشتری برای ایجاد مواد جدید خواهیم داشت.

منبع: سایت فیزیک هوپا