Tüm kar tanelerinin sonsuz yapısal çeşitliliğine rağmen, Dünya'ya yolculukları oldukça benzer, hatta tahmin edilebilirdir. Düşen yarım milyondan fazla kar tanesini izleyen araştırmacılar, havada tam olarak nasıl döndüklerini açıklayan geniş bir matematiksel model ortaya çıkardılar.
İlgili İçerikler
Physics of Fluids dergisinde yayımlanan yeni bir çalışmanın başyazarı olan Utah Üniversitesi'nden atmosfer bilimci Tim Garrett, yaklaşık on yıldır kar taneleri üzerinde çalışıyor. Böylesine küçük, geçici nesnelerin davranışları önemsiz gibi görünse de, düşme hızları tropik bölgelerde bile hava ve iklim tahminlerinde önemli bir değişkendir; yağışların çoğu, sonunda nereye ulaşırsa ulaşsın, kar olarak başlar.
Kar tanesinin hareketi genellikle laboratuvarlarda, doğanın karmaşıklığını yansıtmayan kontrollü koşullar altında incelenir. Sahada düşen kar tanelerini incelemek, atmosfer bilimcilerini onlarca yıldır zorlamaktadır.
Garrett, yeni bir yaklaşım için Utah Üniversitesi mühendisleri Dhiraj Kumar Singh ve Eric Pardyjak ile birlikte çalışarak, bir ocak üzerine düşen kar tanelerinin kütlesini, yoğunluğunu, alanını ve şeklini ölçen bir makine inşa etti. Araştırmacılar bu aleti video kameraların ve bir lazer ışığı düzleminin altına yerleştirerek, her bir kar tanesinin dış ortamdaki hava türbülansına tepki olarak nasıl hareket ettiğini izleyebildiler.
Garrett, "Atmosferin kendini ifade etmesine, bir bilim insanı tarafından tamamen kontrol edilemeyecek şekilde davranmasına izin verebildik" diyor. "Sanırım bu yüzden olağanüstü bir sadeliği, bir zarafeti ortaya çıkardık."
Araştırmacılar, bir kar tanesinin ortalama ivmesi (bu çalışmada ne kadar döndüğüne eşdeğerdir) ile bir nesnenin hava türbülansındaki değişikliklere ne kadar hızlı tepki verdiğini tanımlayan bir değer olan Stokes sayısı arasında doğrusal bir korelasyon keşfetti. Örneğin, geniş ve kabarık bir pul, aerodinamik bir taneye göre daha fazla döner.
Stokes sayısını kullanan araştırmacılar artık tek bir kar tanesinin düşerken ne kadar döneceğini tahmin edebiliyor. Daha geniş bir ölçekte, ekip, hava türbülansının geniş değişkenliğine ve kar tanesi şekil ve boyutlarının çeşitliliğine rağmen, ortalama kar tanesi girdabının dağılımının tek, neredeyse mükemmel bir üstel eğriye (sabit bir matematiksel model) uyduğunu görünce şaşırdı.
Bu düzenliliğin nedeni şimdilik gizemini koruyor. Ancak Garrett, bunun türbülanslı havanın kar tanelerinin şekil ve boyutlarında nasıl dalgalanmaya yol açtığıyla ilgili olabileceğini ve bunun da kar tanelerinin bu türbülansa verdikleri tepkileri değiştirebileceğini söylüyor.
Minnesota Üniversitesi'nden makine mühendisi Jiarong Hong, matematiksel modelin evrenselliğini değerlendirmek için daha fazla araştırmaya ihtiyaç olduğunu söylüyor. Hong, "[Bu sonucun] farklı koşullar altında yakalanan kar tanelerinden oluşan veri setlerimize uygulanabilirliğini inceleyeceğiz," diye ekliyor.
Garrett, bu örüntü evrensel olarak geçerliyse, "bu basitlik, basit bir açıklaması olacağını gösteriyor" diyor. "Sadece onu bulmamız gerekiyor."
