Fiziķi atrisina mākoņu veidošanās mīklu

Viens no lielākajiem izaicinājumiem atmosfēras fizikā ir izskaidrot, kā veidojas mākoņi.

Protams, fiziķi zina pamatus: noteiktā temperatūrā un spiedienā ūdens tvaiki kondensējas pilienos, kas apvienojas, veidojot pietiekami smagas lietus lāses, lai nokristu uz Zemi.

Velns slēpjas detaļās. Šis pilienu agregācijas process dažkārt notiek tik ātri, ka tam nav izskaidrojuma. Lielākā daļa cilvēku būs redzējuši mākoņu veidošanos dažu minūšu laikā un lietus parādīsies gandrīz no nekurienes.

Pētnieki pat ir izmērījuši šo procesu. Viņi parasti redz pilienus, kuru diametrs ir 15 mikrometri — pārāk mazs lietum — izaug līdz 50 mikrometriem vai vairāk mazāk nekā pusstundas laikā. Tas ir pietiekami liels, lai izraisītu lietusgāzi.

Jautājums ir par to, kā šī izaugsme notiek. Nekādi standarta pilienu veidošanās modeļi to nevar izskaidrot (vismaz, ja neveidojas ledus). Taču šodien mums ir risinājums, pateicoties Vasiliosa Dalasa un Kristosa Vasilikosa darbam Londonas Imperiālajā koledžā.

Šīs problēmas pamatā ir lielums, ko sauc par Stoksa skaitli pēc īru matemātiķa Džordža Stoksa, kurš to izgudroja 19. gadsimtā. Stoksa skaitlis ir bezizmēra lielums, kas saistīts ar inerci, kas apraksta, kā ūdens pilieni satriecas kopā gāzes plūsmā. Tas ir ļoti jutīgs pret mērogu, kādā notiek šīs sadursmes.

Ja Stoksa skaitlis ir mazs, piliens seko gāzes plūsmai, kad tas pārvietojas ap citu pilienu, un tāpēc tie reti saduras. Ja to skaits ir liels, pilieniem ir lielāka inerce, un tāpēc tie nevar izvairīties no sadursmes.

Lūk, problēma. Pirms mākoņu veidošanās pilieni ir mazi, un Stoksa skaitlis ir niecīgs. Tāpēc pilieni reti saduras. Pēc mākoņu veidošanās pilieni ir lieli un Stoksa skaitlis ir milzīgs, kas nozīmē, ka daļiņas viegli savienojas, radot lietus. Bet kā notiek šī pāreja?

Šeit ir vistas un olu problēma. Pilieni nevar ātri augt, ja vien Stoksa skaitlis nav liels, bet Stoksa skaitlis nevar būt liels, ja vien pilieni nav lieli.

Dalasas un Vassilicos izrāviens ir parādīt, kā turbulence maina šīs attiecības. Viņi saka, ka turbulence notiek plašā mērogā, ieskaitot mikrometru skalas, kurās veidojas pilieni. Šīs turbulences sekas ir lielas Stoksa skaitļa variācijas mikrometru skalā. Viņi saka, ka tas liek sīkajiem pilieniem biežāk sadurties.

Būtībā Dalasa un Vassilicos saka, ka mikrometru mēroga turbulence paātrina mākoņu veidošanos un izraisa lietusgāzes.

Tas ir interesants, lai gan ne gluži negaidīts rezultāts, kam vajadzētu radīt labākas laika prognozes. Varbūt vēl būtiskāk, tam varētu būt arī liela ietekme uz klimata modeļiem. Mākoņiem ir liela ietekme uz gaismas daudzumu, ko Zeme atstaro atpakaļ kosmosā. Ir svarīgi labāk aprēķināt, kad tie veidojas.

Un tas aizver apkaunojošu caurumu mūsu izpratnē par vienu no visvienkāršākajām atmosfēras parādībām.

Atsauce: arxiv.org/abs/1012.0578 : lietus sākums siltos mākoņos

paslēpties