눈송이가 형성되는 방식
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눈의 예술
눈을 가까이에서 보면 아름답게 복잡한 디자인을 가진 수천 개의 작은 조각으로 구성되어 있음을 알 수 있습니다.
이 눈송이는 실제로 얼음 결정입니다. 그것들은 우리의 대기, 구름 높은 곳에서 형성되고 다양한 요인과 힘 덕분에 지구로 가는 여정에서 변형됩니다.
우리는 눈송이가 어떻게 형성되는지, 그리고 어떤 대기 조건이 우리가 눈송이를 알게 된 아름다운 복잡성에 기여하는지 살펴봅니다.
눈송이 만드는 방법
눈송이의 디자인은 실제로 대기에 의해 제어되는 결정화 과정의 산물입니다.
대기 중의 수증기는 자유롭게 떠다니는 꽃가루나 먼지 알갱이에 달라붙어 핵 생성기 역할을 합니다 . 이것은 더 많은 물 분자를 추가(즉, 핵 생성)하기 시작하고 크기가 커질 수 있음을 의미합니다. 추운 온도에서 이런 일이 발생하면 물도 얼고 결정화됩니다.
많은 독특한 스타일의 눈송이에도 불구하고 모두 똑같은 모양인 육각형으로 결정화됩니다. 그 이유는 물이 화학적 수준에서 작용하는 방식과 관련이 있습니다. 실온에서 물 분자는 서로 무작위로 흐르며 끝없이 결합을 형성하고 끊습니다.
그러나 온도 가 낮아 지면 운동 에너지를 잃기 시작하고 보다 안정적인 결합을 형성합니다. 0°C까지 에너지 효율이 높은 위치로 방향을 바꾸는데, 이는 단단한 육각형 구성입니다. 이것은 얼어 붙은 물 또는 얼음입니다.
모든 눈송이는 이런 식으로 핵을 형성하고 결정화합니다. 더 많은 물 분자가 유아 눈 결정에 핵을 형성함에 따라 긴 팔과 가지가 뻗은 덩굴손을 결정화하여 독특하고 예술적인 디자인을 형성합니다.
이러한 디자인이 구체화되는 방식은 단순히 물의 가용성과 온도의 문제이며 Nakaya Snowflakes 다이어그램에 가장 잘 설명된 관계입니다.
눈송이의 나카야 다이어그램
1930년대에 일본의 물리학자 나카야 우키치로(Ukichiro Nakaya)는 최초의 인공 눈송이를 만들고 자연적인 눈 결정 형성에 대한 아날로그로서 성장을 연구했습니다. Snow Crystal Morphology Diagram 또는 Nakaya Diagram 은 눈송이가 어떻게 형성되는지 보여주는 편리한 차트입니다.
다이어그램은 눈 결정이 땅에 떨어지는 동안 대기 온도와 습도를 통해 형성되는 눈송이의 종류를 보여줍니다.
눈송이의 크기와 복잡성은 대기의 습도에 따라 달라집니다. 더 많은 물은 더 크고 복잡한 눈송이를 의미합니다.
놀랍게도, 눈송이는 온도가 낮아짐에 따라 두 종류의 성장(플레이트 대 컬럼) 사이를 순환합니다.
100주년에 가까운 Nakaya 다이어그램의 이 세부 사항은 오늘날에도 여전히 연구자들을 당혹스럽게 합니다. 많은 사람들이 계속해서 이 현상이 어떻게 가능한지 이론화하고 입증합니다.
동일하게 시작하고 다르게 완료
두 개의 눈송이가 모두 육각형 시작을 가지고 기둥이나 판만 형성할 수 있는 경우 어떻게 두 개의 눈송이가 동일하지 않을 수 있는지 궁금할 것입니다.
대답은 대기의 역동적인 특성에 있습니다.
분위기는 끊임없이 변화하고 있습니다. 1초가 지나면서 온도, 습도, 풍향 및 기타 여러 요소가 눈 결정을 내리치며 땅에 떨어집니다.
눈 결정은 이러한 변화 중 아주 작은 변화에도 민감합니다. 결정화되는 수증기는 궁극적으로 새로운 패턴을 만드는 다양한 노출에 반응합니다.
두 개의 눈송이가 정확히 같은 시간에 정확히 같은 경로로 이동하지 않기 때문에 두 개의 눈송이가 동일하게 보이지 않습니다. 같은 시작, 다른 결말.