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主题:美丽的科学 雪花结晶背后的故事

发表于2007-01-19
2006被气象学家标为有纪录以来最温暖的年份之一,对一般人而言影响不是很明显,但是对于另外一些学者而言,简直就是糟糕透顶的一年。因为,这些学者研究的对象是——雪花。

他们的工作就是为了揭示这些冰冷的艺术杰作是如何形成的。而且他们的研究成果还对许多方面有影响,包括电脑芯片的制造和飞行器的安全方面。

发表于2007-01-19
德国数学和天文学家Johannes Kepler,第一个提出行星绕日轨道是椭圆形的科学家,估计是最早开始深入思考雪花结晶形成过程的人。在1611年,他写成了《六角雪花(Six-Cornered Snowflake)》,深入的反思了为什么雪花会形成对称的六边形状。


发表于2007-01-19
几百年后,自学成才的农夫Wilson Bentley开创了用胶片捕捉冷冻结晶的技术。经过数年的努力之后,他把显微镜和一个风箱相机连接在一起,成功的捕捉到了单雪花结晶的照片,他把这个称为:美丽的奇迹。
发表于2007-01-19
后来又陆续拍摄了超过5000张图片,其中将近一半的照片被收录起来,变成了Bentley于1931推出的杰作《雪结晶(Snow Crystals)》。正是由于有了Bentley的图片,才初步证明了雪花有那么多令人惊讶的结晶形态。

不过仍然有一个一以贯之的疑问:这些复杂的形状最初是怎么形成的?

最初立志当核科学家的Nakaya,最后投身研究雪花。他开始尝试在兔毛、蜘蛛网和其他细丝上生长单独的结晶。不过Nakaya也不是第一尝试制造人工雪花的人,但是他的试验却揭示了结晶形成的两个关键气候条件:温度和湿度。


发表于2007-01-19
时至今日,由于科学家的努力,我们对于雪花结晶的过程了解的更为透彻。雪花生命的开始并不是雨滴或者液态水的形式出现,而是直接从大气中的水蒸气形成的。这种水蒸气通常浓缩在气载尘埃颗粒周围,作为形成雪花的“种子”。随着结晶的生长,雪花变得越来越沉,直到重力作用让它飘落人间。

发表于2007-01-19
不过最近很多科学家投入对雪花的研究,是为了更为实用的原因。比方说John Hallett研究生长的雪花结晶,是为了提升航空器的安全性。他的工作是帮助创造一种驾驶员座舱设备,以便警告驾驶员远离那些可能让机翼结冰的充满冰晶的云朵。

发表于2007-01-19
更好地了解雪花结晶,能更好地理解更为重要的商业结晶过程,例如糖,还有生产计算机芯片很重要的硅晶体,以及许多的金属制造过程。
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