हम एक ऐसे युग में हैं जब वैज्ञानिक असीम छोटे कणों का पता लगा सकते हैं जो द्रव्यमान के साथ परमाणुओं को समाप्त कर देते हैं और जीव विज्ञान के कुछ गहरे रहस्यों की जांच कर रहे हैं, जैसे कि किसी जीव के जीन के माध्यम से अनुभवों और यादों को कैसे पार किया जा सकता है।
इस प्रकार, यह आश्चर्य की बात हो सकती है कि हम अभी भी अपेक्षाकृत सरल प्राकृतिक घटना के यांत्रिकी को नहीं समझते हैं: बर्फ।
स्नोफ्लेक्स का निर्माण-अनिवार्य रूप से, हमारे वातावरण में निलंबित होने पर पानी को निष्क्रिय करने वाला अज्ञात-एक बेहद जटिल प्रक्रिया है, जिसे अभी भी वैज्ञानिक सूत्रों द्वारा पूरी तरह से वर्णित नहीं किया गया है। "लोग सोचते हैं कि स्नोफ्लेक सिर्फ एक जमी हुई बारिश है, " कैलटेक भौतिकी के प्रोफेसर केनेथ लिब्रेब्रेच कहते हैं, जिन्होंने पिछले कुछ दशकों से स्नोफ्लेक बनने की प्रक्रिया का अध्ययन किया। "लेकिन वह सोया हुआ है, बस थोड़ा बर्फ के टुकड़े, और यह भी नहीं कि बर्फबारी क्या है।"
लिब्राब्रेक्ट की लैब में एक हिमखंड बढ़ता है, त्वरित होता है
अपने शोध के दौरान, लिब्रेब्रच का काम कला और विज्ञान को शामिल करना है। उन्होंने दोनों वैज्ञानिक कागजात और प्राकृतिक स्नोफ्लेक्स के सैकड़ों सुंदर फ़ोटो (जो उन्होंने कई अलग-अलग पुस्तकों में प्रकाशित किए हैं और यूएस डाक टिकटों पर प्रकाशित किए गए हैं) का उत्पादन किया है, और सूक्ष्म विस्तार में उनके गठन का अध्ययन करने के लिए एक प्रयोगशाला में कृत्रिम रूप से स्नोफ्लेक्स विकसित करने के लिए सरल तरीके भी तैयार किए हैं।
लेकिन यह सब शुरू हुआ, वह कहते हैं, नॉर्थ डकोटा के अपने बचपन के घर की यात्रा के साथ। वे कहते हैं, "मैं अपने परिवार के साथ वहां वापस जा रहा था, और मैं बाहर गया था, और जमीन पर यह सब बर्फ था।" "मैंने अचानक सोचा, 'मैं इन स्नोफ्लेक्स के बारे में अधिक क्यों नहीं समझता?"
लिबरेच ने अपनी प्रयोगशाला में बर्फ के टुकड़े के गठन की गतिशीलता का अध्ययन करना शुरू कर दिया, जिसमें टर्नटेबल डायोड लेजर और सुपरनोवा द्वारा जारी शोर जैसे अधिक गूढ़ विषयों पर शोध किया गया। "मुझे एहसास हुआ कि स्नोफ्लेक्स के बारे में बहुत कुछ अभी बहुत अच्छी तरह से समझा नहीं गया है, और यह कि बर्फ एक बहुत सस्ती सामग्री है, जिसके साथ काम करना है"।
यहां तक कि एक एकल हिमपात का गठन आणविक स्तर पर एक जटिल घटना है। प्रकृति में, यह तब शुरू होता है जब बादल का जल वाष्प पानी की बूंदों में परिवर्तित हो जाता है। हालांकि ठंड से नीचे के तापमान पर भी, इनमें से अधिकांश बूंदें आमतौर पर तरल रूप में रहती हैं, क्योंकि उन्हें एक ऐसे कण की जरूरत होती है जिस पर जमने के लिए: या तो एक धूल कण या कुछ पानी के अणु जो खुद को बर्फ की विशेषता वाले हेक्सागोनल मैट्रिक्स में व्यवस्थित करते हैं।
एक बार जब बूंदें एक केंद्रीय कण पर क्रिस्टलीकरण करना शुरू कर देती हैं, हालांकि, प्रक्रिया तेजी से बढ़ जाती है। जगह में एक क्रिस्टल नाभिक के साथ, आसपास के पानी की बूंदों में सुपरकूल पानी के अणुओं को आसानी से क्रिस्टल पर संघनित किया जाता है, जिससे इसकी ज्यामितीय रूप से नियमित रूप से वृद्धि होती है। जब तक बड़े क्रिस्टल (जिसे हम स्नोफ्लेक कहते हैं) ने बादलों को छोड़ दिया है, लिब्रेब्रेच का अनुमान है कि इसने लगभग 100, 000 बूंदों के पानी को खत्म कर दिया होगा।
यह सब सरल लग सकता है, लेकिन जैसा कि लिब्रेब्रेच और अन्य वैज्ञानिकों ने पता लगाया है, इन क्रिस्टल की परिस्थितियों में मामूली बदलाव - शुरुआत के लिए बादल की आर्द्रता और तापमान - मौलिक रूप से अलग-अलग दिखने वाले गुच्छे पैदा कर सकते हैं। इन गतिकी को बेहतर ढंग से समझने के लिए, लिब्रेब्रेक्ट को एहसास हुआ, उन्हें बर्फ के टुकड़े की वास्तविक विकास प्रक्रिया का निरीक्षण करने का एक तरीका चाहिए था। एक तैरते बादल में खुद को एम्बेड करने के तरीके के बिना, उन्होंने अपने कैलिफोर्निया लैब में कृत्रिम रूप से बढ़ते स्नोफ्लेक्स के लिए एक विधि विकसित करने का फैसला किया।
"एक व्यक्तिगत क्रिस्टल को इस तरह से बढ़ने के लिए कि यह बर्फ के टुकड़े की तरह दिखता है आसान नहीं है, " वे कहते हैं। "अगर आप ठंढ चाहते हैं - तो क्रिस्टल का एक गुच्छा सभी एक ही बार में बढ़ रहा है - यह बहुत सरल है, लेकिन व्यक्तिगत क्रिस्टल पेचीदा हैं।"
पिछले कुछ वर्षों में विकसित की गई लिब्रेब्रेक्ट की प्रक्रिया को ठंडे कक्ष में किया जाता है और कुल मिलाकर लगभग 45 मिनट लगते हैं। वह कांच के पूरी तरह से साफ टुकड़े से शुरू होता है, और उस पर कई सूक्ष्म बर्फ के क्रिस्टल को बिखेरता है। माइक्रोस्कोप के साथ, वह एक विशेष क्रिस्टल को अलग करता है, फिर कांच पर थोड़ी गर्म हवा को उड़ा देता है। जल वाष्प बीज क्रिस्टल पर संघनित होता है, जैसे एक वास्तविक बादल में, अंत में एक दृश्य हिमपात का एक खंड बनता है।
इस प्रक्रिया के साथ काम करते हुए, लिब्रेब्रेक्ट ने तापमान और आर्द्रता के स्तर को निर्धारित किया है जो प्रत्येक विशेष प्रकार के हिमपात का कारण बनता है। "मैं उन्हें 'डिजाइनर स्नोफ्लेक्स' कहता हूं, क्योंकि आप परिस्थितियों को बदल सकते हैं क्योंकि आप उन्हें विकसित करते हैं और भविष्यवाणी करते हैं कि वे क्या दिखेंगे।" अन्य बातों के अलावा, उन्होंने पाया कि एक पतली धार वाला हिमखंड तेजी से बढ़ता है, जिससे धार और भी तेज हो जाती है, अंतत: अपेक्षाकृत बड़े फलक की ओर अग्रसर होती है। बर्फ़ के किनारों से शुरू होने वाली बर्फ़ की परतें, हालांकि, अधिक धीरे-धीरे बढ़ती हैं और कुंद रह जाती हैं, जिससे सुरुचिपूर्ण प्लेटों के बजाय ब्लॉकी प्रिज्म बन जाते हैं।
आखिरकार, जब लिब्रेब्रेच ने अपने काम पर एक पुस्तक प्रकाशित करना चाहा, तो उन्होंने पाया कि, हालांकि वे अपने समय के लिए अच्छे थे, उपलब्ध स्नोफ्लेक्स की अधिकांश तस्वीरें पुरानी थीं, जैसे कि 1930 के दशक में विल्सन बेंटले द्वारा ली गई थीं। जवाब में, उन्होंने विशेष उपकरणों का उपयोग करके और स्पष्ट गुच्छे में वृद्धि हुई रंग और गहराई देने के लिए कई बार विशेष उपकरणों का उपयोग करके और उच्च रिज़ॉल्यूशन में स्वयं उनकी तस्वीर लेना शुरू कर दिया।
आम विचार के बारे में क्या कि कोई दो स्नोफ्लेक एक जैसे नहीं हैं? "हर कोई हमेशा मुझसे पूछता है कि, " लिब्रेब्रेक्ट कहता है।
जवाब, यह पता चला है, एक गणित की समस्या है। यदि आप एक बर्फ के टुकड़े को पानी के मात्र दस अणुओं के रूप में परिभाषित करते हैं, तो दो अलग-अलग गुच्छे आणविक स्तर पर समान होना संभव है। लेकिन एक पूर्ण आकार की परत के लिए, वे कहते हैं, यह बहुत कम संभावना है कि आप दो समान हैं जो स्वाभाविक रूप से होते हैं - एक ही तरह के दो समान मानव उंगलियों के निशान बहुत छोटे हैं। "एक बार जब आप चीजों को थोड़ा जटिल बनाना शुरू करते हैं, तो संभावनाओं की संख्या खगोलीय रूप से बढ़ती है, और यहां तक कि दो स्नोफ्लेक होने की संभावना जो दूर से एक जैसे दिखती है, शून्य हो जाती है, " वे कहते हैं।
