Хлопья летят наверх
Могут ли снежинки преодолевать силу притяжения или это просто фигура речи? Вопрос не только вдохновил артистов на множество новогодних песен, но и увлек физиков из Университета Юты в США. Группа ученых доказала, что снежные хлопья действительно могут лететь наверх и нарушать законы природы. Результаты опубликованы в журнале Atmospheric Chemistry and Physics.
Одной зимней ночью несколько физиков собрали в сумки причудливое оборудование и отправились в горы. Это была не туристическая прогулка: они держали путь на специальный полигон, чтобы исследовать снегопад. Ученые измеряли скорость ветра и определяли его направление с помощью анемометра, отслеживали траектории отдельных снежинок лазерным лучом и ловили их на специальную пластину, чтобы узнать массу, плотность и форму каждого из сотен тысяч кристаллов.
Попадая на теплую поверхность, они таяли и оставляли влажный след, по которому определялись площадь, масса, плотность и диаметр структур. Полученные данные позволили рассчитать скорость падения снежинок в штиль и ветреную погоду.
Ученые обнаружили парадокс: при турбулентности (хаотичном движении воздуха) кристаллы достигали земли примерно в два раза медленнее, чем в безветренную погоду. При этом доля снежинок, которые двигались вверх или почти параллельно горизонту, резко возрастала. В условиях слабого ветра картина была противоположной: легкие, похожие на хлопья кристаллы с большой площадью поверхности падали быстрее ожидаемого благодаря крупным нисходящим вихрям. При разных режимах турбулентности снежинки могли либо быстро осыпаться на землю, либо надолго зависнуть в воздухе. Такое поведение влияет на время жизни облаков и то, как они распределяются по поверхности.
Еще одно важное наблюдение связано с формой и рыхлостью кристаллов. Исследователи оценили сложность контура и соотношение формы и плотности и выяснили, что именно тонкие и разветвленные снежинки сильнее всего реагируют на турбулентность: их падение то ускоряется, то резко тормозится.
На основе миллиона измерений авторы предложили формулу, которая связывает отношение реальной скорости падения к расчетной с интенсивностью турбулентности и формой снежинок. Результат исследования уже сейчас может улучшить прогнозы по поводу снегопадов, накопления снега и даже водных ресурсов горных регионов.
Теперь каждый сможет по-научному рассказать, почему хлопья летят наверх. И когда в новогоднюю ночь снег вдруг начнет кружиться и взлетать в причудливых пируэтах, свяжет это не только с праздничным настроением и магией света, но и с динамикой, которую ученые только начинают по-настоящему описывать формулами.
Фото на обложке: unsplash.com
