Физики Уральского федерального университета (УрФУ) провели первое в мире комплексное исследование условий и факторов, влияющих на рост кристаллов воды, то есть снежинок и узоров на стеклах. Они проанализировали существующие экспериментальные данные, собранные в том числе в условиях микрогравитации на околоземной орбите.
Авторы работы отмечают, что из-за конвекции, то есть переноса тепла в атмосфере и воде, а также из-за гравитации, земные снежинки не бывают симметричными и геометрически правильными. Это распространенное представление. Однако ученые выяснили, что форма кончика дендритного кристалла спереди может описываться параболой, однако в целом снежинка имеет сложную неправильную структуру.
Неидеальным форму снежинки делает конвекция. Она определяет скорость роста и радиус кривизны разных частей объекта. Также важна степень переохлаждения воды и гравитационное воздействие. Последнее отсутствует на орбите. Поэтому в космосе снежинки формируются более симметрично и предсказуемо, следуя в основном внутренним законам кристаллизации.
Кажущийся простым процесс формирования снежинок до сих пор до конца не может быть описан с точки зрения всех физических механизмов. Ученым необходимо досконально оценивать форму поверхности кристаллов, устойчивость режимов их роста, определять скорость и радиус вершины в разных плоскостях, морфологическую устойчивость межфазной границы, учитывать образование ответвлений, а также множество других параметров.
Полученная модель, обобщившая существующие экспериментальные данные, описывает только фундаментальные природные процессы. Однако понимание нюансов роста кристаллов в бытовых земных условиях может иметь не только научную ценность, но и прикладное значение. Например, промышленники могут на основании этих данных смогут лучше представлять процессы затвердевания сплавов, выяснять причины образования дефектов.
На базе этого исследования его авторы намерены применить модель к другим веществам, чтобы выяснить особенности кристаллизации не только в воде.
Ранее мы рассказывали о том, как ученые наблюдали аномальное состояние материи.
