Космические пассажиры на Земле
Если вы когда-либо замечали причудливые орнаменты на замерзшем окне или ослепительное сияние снежинок под солнечными лучами, то сталкивались с чудом микроскопического мира. Однако такая красота — не только результат случайного морозного узора. В 1980-х метеорологи случайно обнаружили редкое явление в верхних слоях атмосферы. Известное как "снежинки возрождения", оно связано с кристаллами льда, которые образуются в облаках на высотах более 6 км.
Необъяснимая способность
Названный так из-за внезапного превращения дождевых капель в идеальные структуры, этот эффект наблюдается в холодных облаках в высоких широтах. Когда снаряд сухопутного дождя попадает в воздух с экстремально низкой температурой (ниже -40°C), капли воды стремительно превращаются в шестигранные кристаллы льда. Но при столкновении с теплым слоем воздуха снежинки не тают, а меняют форму — возвращаются к первоначальному состоянию, как будто помнят свою структуру.
Физика, которая играет с законами
Ученые пытались воспроизвести этот феномен в лабораторных условиях. В 2021 году сотрудниками ETH Zurich было сделано специальное оборудование, способное регистрировать изменения ледяных частиц за миллисекунды. В ходе эксперимента выяснилось: при нагревании снежинки до -10°C они возвращались к исходной форме в течение 0.13 секунды. Это доказало молекулярную "память" ледяных тел, но природа данного явления осталась загадкой.
Как лед "помечтывает": современные теории
Группа физиков из Японии предположила, что в кристаллах льда может существовать квантовый гистерезис. Это явление, известное из магнетизма, означает способность объекта "запоминать" неявные силы, влияющие на его состояние. Однако ученые подчеркивают, что подобный механизм для воды наблюдается впервые ( журнал Physical Review Letters ).
Прикладной шанс
Специалисты НАСА встраивают исследования атмосферных снежинок в развивающиеся технологии. Например, понимание их "возрождения" может помочь в создании материалов, приспосабливающихся к температурным скачкам. Эти свойства, правда, пока не применяются, но уже моделлируются при разработке защиты для космических модулей НАСА ".
Классическая водная физика не предусматривает такое поведение. Лед, как правило, должен деформироваться или таять при переменах температуры. А тут — попытка "вспомнить": какой была структура.
От эстетики к парадоксам
Напротив, подобные паттерны в природе мы видим часто. Облака Cirrus, украшающие атмосферу над полюсами, формируются по экзотическим правилам. Их связь с "снежинками возрождения" тем более интересна, учитывая, что подобное "восстановление" не наблюдается в облаках средних широт.
Сейчас ученые исследуют потенциальные приложения, включая создание термостойких покрытий и даже биохимические структуры с "незабывчивыми" связями. Но пока что физика этих кристаллических созданий всё ещё остаётся вне зоны предсказуемого.
Риски и предостережения
Важно отметить, что теория ледяной "памяти" пока не является общепринятой. Некоторые исследователи сомневаются в универсальности эффекта. Так, команда из Института водной физики (Цюрих) сообщает, что повторность реакции наблюдается не более 63% случаев в контролируемых условиях.
Специалисты из Массачусетского технологиического института обращают внимание на необходимость подтверждения гипотезы независимыми тестами на стабильность структур при различных давлениях и скоростях температурных колебаний.
Дисclaimer
Статья подготовлена на основе достоверных данных из научных исследований. Некоторые интерпретации все еще находятся в стадии изучения, и дальнейшие наблюдения могут подтвердить или опровергнуть новые теории. Работа написана вручную нашим экспертом.