Model matematyczny po raz pierwszy oblicza kształty płatków śniegu

W 1954 roku japoński fizyk Ukichiro Nakaya opublikował przełomowe badanie na temat natury płatków śniegu. Zaklasyfikował płatki do różnych kategorii, a nawet odkrył, jak je hodować w warunkach laboratoryjnych, za pierwszym razem, gdy zostało to zrobione. Nakaya odkrył, że płatki śniegu tworzą się, gdy para przesycona ochładza się poniżej zera, ale ich kształt jest bardzo wrażliwy zarówno na poziom przesycenia, jak i temperaturę. Jego diagram (powyżej) podsumowujący jego wyniki stał się od tego czasu sławny. Od tego czasu różni badacze próbowali lepiej zrozumieć procesy, które determinują morfologię płatków śniegu. Na tym blogu przyjrzeliśmy się na przykład pracy Kennetha Libbrechta, jednego ze światowych liderów w tej dziedzinie. Jednym z wyzwań w tej dziedzinie jest symulacja wzrostu płatków śniegu o wszystkich kształtach za pomocą modelu komputerowego. Jednak sukces był trudny do osiągnięcia ze względu na trudności w modelowaniu złożonych warunków występujących na granicy lód/powietrze w miarę wzrostu kryształu. W szczególności modelarze mieli trudności z uchwyceniem jednoczesnego wzrostu ścianek z rozgałęzieniem dendrytycznym, które pojawia się, gdy rosną płatki. Uważa się, że w połączeniu te procesy generują wiele słynnych, pięknych kształtów kryształów. Dzisiaj John Barrett z Imperial College London i kilku kumpli ujawniają swoje podejście do modelowania płatków śniegu, które ich zdaniem rozwiązuje ten problem. W rezultacie po raz pierwszy udało im się obliczyć różne kształty płatków śniegu, które pojawiają się w przyrodzie. Należą do nich pełne płyty, pełne pryzmaty, puste kolumny, igły, dendryty, zakryte kolumny i zwoje na płytach. Model zapewnia również pewien wgląd w to, jak tworzą się kryształy. Na przykład ich model przewiduje liniową zależność między prędkością wzrostu wierzchołka kryształu a stopniem przesycenia. To coś, co można przetestować w laboratorium. Na przykład Libbrecht ma sprzęt do wykonania tej pracy. Nr ref.: arxiv.org/abs/1202.1272 : Obliczenia numeryczne formowania się fasetowanego wzoru we wzroście kryształów śniegu ukryć