 |
Τα χίλια πρόσωπα του χιονιού |
Η αποκαλυπτική... MASC
Το Multi-Angle Snowflake Camera ή MASC, όπως έχουν ονομάσει οι ερευνητές το σύστημα που ανέπτυξαν, φωτογραφίζει τις νιφάδες του χιονιού σε τρεις διαστάσεις, από τρεις διαφορετικές γωνίες, επιτρέποντας έτσι στους ειδικούς να «δουν» με εκπληκτική λεπτομέρεια το σχήμα τους. Αν και φαινομενικά είναι κάτι πολύ «συνηθισμένο» και μελετάται από τους επιστήμονες εδώ και αιώνες (ο περίφημος αστρονόμος Γιοχάνες Κέπλερ έγραψε την πρώτη πραγματεία περί του εξαγωνικού χιονοκρυστάλλου το 1611), το χιόνι παραμένει εν πολλοίς άγνωστο στην επιστήμη. Και όσο και αν φαίνεται παράξενο, κανείς ως τώρα δεν το είχε φωτογραφίσει κατά την πτώση του - οι εικόνες που είχαμε ήταν από «πεσμένες» νιφάδες που εξετάζονταν στο μικροσκόπιο και, όπως αποδεικνύεται, έλεγαν μόνο τη «μισή αλήθεια».
«Αυτό συνέβαινε γιατί δεν υπήρχε η απαραίτητη τεχνολογία» λέει μιλώντας στο «Βήμα» ο Τιμ Γκάρετ, επίκουρος καθηγητής Ατμοσφαιρικών Επιστημών στο Πανεπιστήμιο της Γιούτα στο Σολτ Λέικ Σίτι ο οποίος ανέπτυξε το σύστημα μαζί με τον Κέιλ Φολγκέιτερ, ερευνητή μηχανικό στο ίδιο πανεπιστήμιο. «Το να φωτογραφίσεις σε υψηλή ανάλυση μια νιφάδα καθώς πέφτει δεν είναι κάτι που μπορεί να γίνει με μια παραδοσιακή φωτογραφική μηχανή. Εμείς χρησιμοποιούμε μια πολύ ισχυρή κάμερα υψηλής ταχύτητας και αισθητήρες κίνησης, τεχνολογίες οι οποίες είναι πολύ πρόσφατες και ακόμη βελτιώνονται».
Υπερανάλυση και υπερταχύτητα
Για να είμαστε ακριβείς, το σύστημα χρησιμοποιεί τρεις πανίσχυρες φωτογραφικές μηχανές οι οποίες φωτογραφίζουν το χιόνι από τρεις διαφορετικές γωνίες. Εχουν ανάλυση «μεγαπίξελ», 9 μικρών (ή εκατομμυριοστών του μέτρου), και χρόνο έκθεσης 1/40.000 ανά δευτερόλεπτο (αυτό σημαίνει ότι κάνουν λήψη μιας εικόνας σε 1/40.000 του δευτερολέπτου). Μια σειρά από αισθητήρες υπερύθρων είναι τοποθετημένοι σε διάταξη έτσι ώστε να ανιχνεύουν τις νιφάδες για να πυροδοτούν τις κάμερες αλλά επίσης να μετρούν την ταχύτητα της πτώσης του χιονιού. Για να επιτυγχάνουν καλύτερη ανάλυση οι φωτογραφίες είναι ασπρόμαυρες και οι νιφάδες φωτίζονται από ισχυρές φωτοδιόδους (LED). «Χρησιμοποιώντας αυτόν τον συνδυασμό, αισθητήρες κίνησης, πολύ υψηλής ταχύτητας ψηφιακές φωτογραφικές μηχανές και LED, μπορούμε να πάρουμε πολύ υψηλής ανάλυσης φωτογραφίες των χιονονιφάδων αυτόματα, χωρίς να χρειάζεται να είμαστε δίπλα στην κάμερα» λέει ο κ. Γκάρετ. «Το σύστημα παίρνει φωτογραφίες μέρα-νύχτα, χιλιάδες εικόνες, και αυτό αποτελεί μεγάλη πρόοδο γιατί αυξάνει τις πληροφορίες που έχουμε για το χιόνι».
Καμία δεν μοιάζει με την άλλη
Καμία νιφάδα χιονιού δεν μοιάζει με μια άλλη: εδώ απεικονίζονται μόνο μερικά από τα χιλιάδες σχήματά τους. Φωτογραφία: Tim Garrett, University of Utah
Ενα από τα πιο απρόσμενα στοιχεία που αποκάλυψαν οι χιλιάδες φωτογραφίες είναι ότι οι χιονονιφάδες έχουν και αυτές χιλιάδες σχήματα - ουσιαστικά θα μπορούσε να πει κάποιος ότι καμία δεν μοιάζει με την άλλη ενώ ο εξαγωνικός κρύσταλλος που όλοι έχουμε συνδυάσει απόλυτα με το χιόνι αποτελεί... μειονότητα, όπως επισημαίνει ο καθηγητής. «Ξέρετε, για μένα αυτή είναι μια μεγάλη ανακάλυψη και όταν μιλάω με άλλους ερευνητές και εκείνοι εκπλήσσονται εξίσου με την τόσο μεγάλη ποικιλία των νιφάδων» λέει. Η ποικιλία αυτή παρέμενε ως τώρα «κρυφή» γιατί οι νιφάδες παραδοσιακά εξετάζονται αφού έχουν πέσει - «επάνω σε ένα κομμάτι τσόχα» όπως αναφέρει χαρακτηριστικά - και εξαιτίας αυτής της πτώσης το σχήμα τους «πέφτει» και αυτό και γίνεται πιο επίπεδο. Ως αποτέλεσμα ως τώρα είχαμε μια πολύ περιορισμένη αντίληψη του «βάθους» των χιονοκρυστάλλων. «Αν κοιτάξετε τις φωτογραφίες που είχαμε ως τώρα από χιονονιφάδες οι περισσότερες δείχνουν επίπεδους κρυστάλλους, σαν αυτούς που έχουμε συνηθίσει να βλέπουμε σε εικόνες ή κόβαμε σε χαρτί όταν ήμασταν παιδιά» επισημαίνει ο ερευνητής. Αυτοί οι επίπεδοι κρύσταλλοι, το «σήμα κατατεθέν» της χιονονιφάδας όπως το έχουμε στο μυαλό μας, αποδεικνύεται τώρα ότι είναι εξαιρετικά σπάνιοι κατά τη διάρκεια της πτώσης του χιονιού. «Πάρα πολύ δύσκολα βλέπει κάποιος αυτούς τους απλούς κρυστάλλους όταν οι νιφάδες σχηματίζονται στον ουρανό» μάς λέει ο κ. Γκάρετ. Οπως εξηγεί, από τη στιγμή που θα γεννηθούν ψηλά στην ατμόσφαιρα οι νιφάδες του χιονιού «ταξιδεύουν» μία ως δύο ώρες ώσπου να φθάσουν στο έδαφος. Σε αυτό το διάστημα δεν αναπτύσσονται με μια απλή συμπύκνωση, όπως οι απλοί κρύσταλλοι, αλλά συγκρούονται μεταξύ τους μέσα στα σταγονίδια των νεφών παίρνοντας το «αφράτο» σχήμα που βλέπουμε να έχουν κάτω στη Γη. Αν και αυτό ήταν θεωρητικά γνωστό, κανείς δεν είχε υποπτευθεί πόσα διαφορετικά σχήματα θα μπορούσαν να πάρουν κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας.
Νιφάδες και άνθρωποι
«Η ποικιλία είναι πραγματικά απίστευτη, και το πιο σημαντικό είναι ότι έχουν σχήματα τα οποία ούτε καν θα τολμούσε να φανταστεί κάποιος αν δεν τα έβλεπε στις φωτογραφίες» λέει ο καθηγητής. «Ξέρετε, για μένα μία από τις μεγαλύτερες δυσκολίες είναι ότι θα πρέπει να γράψω ένα επιστημονικό άρθρο σχετικά με αυτό το θέμα, αλλά δεν ξέρω ούτε πώς να αρχίσω να τις περιγράφω. Είναι όλες τόσο διαφορετικές!». Ενα «σίγουρο» κύριο συμπέρασμα είναι πάντως για τον επιστήμονα ότι τα ευρήματα φαίνονται να δικαιώνουν τη... λαϊκή σοφία. «Ξέρετε, πολλοί παρομοιάζουν τις νιφάδες του χιονιού με τους ανθρώπους» εξηγεί. «Νομίζω ότι η παρομοίωση είναι τελικά βάσιμη. Γιατί οι νιφάδες καθώς πέφτουν μεγαλώνουν, γερνούν, και καθώς γερνούν γίνονται πιο σύνθετες και πιο ιδιαίτερες, και καθεμία τους είναι πολύ διαφορετική από την άλλη. Αλλά δεν είναι απλώς διαφορετικές. Είναι διαφορετικές με τρόπους που τουλάχιστον εγώ δεν είχα φανταστεί ποτέ προτού ξεκινήσω αυτή τη μελέτη».
«Ανιχνευτής» χιονοστιβάδων
Το σύστημα των ερευνητών της Γιούτα και τα εκπληκτικά αποτελέσματά του προκάλεσαν το ενδιαφέρον άλλων επιστημόνων - μια εταιρεία-τεχνοβλαστός, η Fallgatter Technologies, ιδρύθηκε για την παραγωγή και διάθεσή του σε ερευνητικά κέντρα. Ο λόγος είναι ότι η βελτίωση των ελλιπών γνώσεων του χιονιού είναι σημαντική για πολλούς τομείς. Ο αμερικανικός στρατός, για παράδειγμα, αγόρασε ένα σύστημα γιατί θέλει να το χρησιμοποιήσει για την πρόγνωση των χιονοστιβάδων. «Πολλές χιονοστιβάδες, όχι όλες, αλλά πολλές από αυτές δημιουργούνται από καινούργιο χιόνι και το σχήμα που έχουν οι κρύσταλλοι του χιονιού όταν πέφτουν στο έδαφος επηρεάζει τη σταθερότητα του στρώματος του χιονιού» εξηγεί ο κ. Γκάρετ. «Αν παραδείγματος χάριν στην αρχή της θύελλας πέφτει ένα σχήμα νιφάδας αλλά αργότερα πέφτει ένα διαφορετικό σχήμα ίσως το κάτω, πρώτο στρώμα του χιονιού να δημιουργεί μια ολισθηρή επιφάνεια για το στρώμα που "κάθεται" από πάνω».
Στο πλευρό των ραντάρ
Οι πιο στρογγυλεμένες νιφάδες στη φωτογραφία δημιουργούνται από την «ομιχλοκρυστάλλωση» - όταν δηλαδή σταγονίδια των νεφών «κάθονται» επάνω στις χιονονιφάδες δημιουργώντας συσσωματώματα με μορφή σβώλου. Φωτογραφία: Tim Garrett, University of Utah
Μια άλλη εφαρμογή είναι η βελτίωση των μετεωρολογικών ραντάρ. «Τα ραντάρ είναι πολύ χρήσιμα για να συμπεράνουμε πόσο σοβαρή είναι μια χιονοθύελλα» λέει ο καθηγητής. «Τα ραντάρ όμως λειτουργούν με μικροκυματική ακτινοβολία - στέλνουν έναν παλμό ακτινοβολίας ο οποίος ανακλάται και έρχεται πίσω και από αυτή την ανάκλαση εξάγονται συμπεράσματα». Το πόση ακτινοβολία ανακλάται όμως από τις χιονονιφάδες εξαρτάται απόλυτα από το σχήμα τους και αυτό, όπως τονίζει, αποτελούσε ως τώρα ένα βασικό πρόβλημα γιατί οι επιστήμονες δεν γνώριζαν το σχήμα των νιφάδων του χιονιού. «Ελπίζουμε ότι με αυτό το σύστημα, το οποίο δείχνει τις νιφάδες όχι μόνο από μία αλλά από τρεις διαφορετικές γωνίες, θα μπορέσουμε να εξαγάγουμε καλύτερες εξισώσεις για τον υπολογισμό της χιονόπτωσης από τα ραντάρ».
Μετεωρολογικές προβλέψεις χιονόπτωσης
Εκείνο όμως που ενδιαφέρει κυρίως τον κ. Γκάρετ είναι η βελτίωση των μετεωρολογικών προγνώσεων. «Αυτό που εγώ θέλω να επιτύχω με αυτό το σύστημα είναι να περιγράψω με καλύτερο τρόπο πόσο γρήγορα πέφτουν οι νιφάδες, πόσο μεγάλες γίνονται και πόσο γρήγορα μεγαλώνουν ώστε να χρησιμοποιήσω αυτά τα στοιχεία στα μετεωρολογικά μοντέλα» εξηγεί. «Η χιονόπτωση είναι ένα από τα πιο αδύναμα σημεία της μετεωρολογικής πρόγνωσης. Αυτή τη στιγμή ένα μετεωρολογικό μοντέλο μπορεί να μας πει με ακρίβεια αν θα έχουμε ή δεν θα έχουμε χιονοθύελλα, δεν μπορεί όμως να προβλέψει με ακρίβεια πόσο χιόνι θα πέσει». Προκειμένου να γίνουν προβλέψεις αυτού του είδους η γνώση της διαδικασίας ανάπτυξης των νιφάδων - το σχήμα, το μέγεθος και οι συνθήκες της ανάπτυξής τους - καθώς και της ταχύτητας της πτώσης τους είναι απαραίτητη. Για να την αποκτήσει ο καθηγητής κάνει μετρήσεις στο χιονοδρομικό κέντρο Αλτα της Γιούτα, συνοδεύοντας το σύστημά του με ραντάρ. «Εχουμε τοποθετήσει δυο συστήματα, ένα στη βάση του χιονοδρομικού κέντρου και ένα στην κορυφή του βουνού» αναφέρει. «Συγκρίνοντας τους τύπους των νιφάδων στη βάση και στην κορυφή μπορούμε να πάρουμε μια ιδέα σχετικά με το πώς οι νιφάδες αλλάζουν καθώς πέφτουν».
Εφαρμογή για iPhone και iPad
Αν θέλετε και εσείς να πάρετε μια ιδέα για τα χιλιάδες «πρόσωπα» των χιονονιφάδων, οι ερευνητές του Πανεπιστημίου της Γιούτα έχουν σχεδιάσει μια εφαρμογή για iPhone και iPad. Το όνομά της είναι Snowflake Showcase και διατίθεται δωρεάν. Προς το παρόν παρουσιάζει τις εικόνες των νιφάδων από τις τρεις διαφορετικές γωνίες που τις φωτογραφίζει το σύστημα δίνοντας πληροφορίες για τα χαρακτηριστικά τους. Σύντομα όμως, όπως μας είπε ο κ. Γκάρετ, θα έχει και live feed το οποίο θα επιτρέπει στους χρήστες να βλέπουν σε «ζουμ» τις νιφάδες καθώς πέφτουν σε πραγματικό χρόνο.
Πηγή: tovima.gr
