شباهت قطره‌های باران به شهابسنگها
اگر به قطره‌های باران به عنوان شهاب‌سنگ‌های بسیار کوچکی که به زمین برخورد می‌کنند و حیات دایناسورهایی در همان ابعاد را به خطر می‌اندازند نگاه کنید، بارش باران رویدادی بسیار هیجان‌انگیزتر خواهد بود.
به نظر می‌رسد که این خیال‌بافی چندان هم دور از ذهن نیست. محققان تشابه‌ها فراوانی میان حفره‌های ایجاد شده از برخورد شهابسنگها روی زمین و جای قطره‌های باران روی سطح شنی پیدا کرده‌اند.
در دانشگاه Minnesota فیزیکدانی بنام Xiang Cheng به همراه سه دانشجوی مقطع کارشناسی به طور دقیق اتفاقی را که با برخورد یک قطره آب به روی یک سطح گرانولی (سطحی با دانه‌های ریز) رخ می‌دهد مورد بررسی قرار دادند. به دلیل وجود متغیرهای زیاد موجود در این برخورد ازجمله ویسکوزیته‌ی مایع، میزان پخش شدن قطره زمانی که به سطح برخورد می‌کند، و اینکه مایع و ذرات سطح در تماس با هم چه عکس‌العملی نشان می‌دهند، محققان این پدیده را بسیار پیچیده می‌دانند.
Cheng و دانشجویانش با استفاده از عکاسی فوق‌سریع و اندازه‌گیری‌های لیزری، برخورد قطره‌های آب به سطح و ایجاد حفره‌های بسیار کوچک در اثر آن را مورد بررسی قرار دادند. آنها در این بررسی به جای ذرات شن، از ذرات شیشه‌ی شبیه به شن استفاده کردند. سپس قطره‌هایی در ابعاد قطره‌های باران را بر روی این سطح چکاندند. برای ایجاد حفره‌های بسیار کوچک، قطره‌ها از ارتفاعی کمتر از 2 میلی‌متر روی سطح ریخته شدند. قطره‌های دیگر نیز از فاصله‌ی 12 متری و بیشتر روی سطح ریخته شدند.
نتایج که بصورت فیلم صحنه آهسته بودند، وقوع پدیده‌های بسیار جالب و عجیبی را در لحظه‌ی برخورد قطره با سطح نشان می‌دهند. قطره‌های باران درواقع مانند مجسمه‌سازانی هستند که اشکال مختلفی را بسته به اینکه از چه ارتفاعی و با چه شدتی به سطح برخورد کنند، روی سطح از خود به جا می‌گذارند.
گلوله‌ي تيله اي معلق آب و شن!
به عنوان مثال قطره‌هایی که با انرژی کم به سطح برخورد می‌کنند، روی سطح پخش می‌شوند و مقداری شن را به خود جذب می‌کنند. سپس به حالت کروی برمی‌گردند و یک قطره تشکیل می‌دهند که داخل آن ذرات شن وجود دارد و به مرمر مایع معروف است. این قطره‌ی دوباره تشکیل شده حتی ممکن است در ادامه از روی زمین بلند شود و به هوا پرتاب شود.
گودالي که قطره درست مي‌کند.
اگر قطره با کمی انرژی بیشتر به سطح برخورد کند، پخش می‌شود و درنتیجه‌ی آن تکه‌های کوچکی از ترکیب آب و ذرات شن معروف به انگشت‌های شنی تشکیل می‌شود.
تاج جواهرنشان آب!
با بالاتر رفتن سطح انرژی قطره‌ها در هنگام برخورد، یک حفره‌ی عمیق با یک تاج آب (water crown) در محل برخورد تشکیل می‌شود که قطره‌های آب جدیدی را از خود به بیرون پرتاب می‌کند.
پس از نفوذ قطره‌های آب به داخل شن، ممکن است اشکالی عجیب و غریب مثل پفک حلقه‌ای، کره‌های ناصاف شنی و یا حتی گُل روی سطح تشکیل شود.
اما جدا از زیبا و هنرمندانه بودن این طرح‌ها که در اثر برخورد قطره‌ها بر روی سطح ایجاد می‌شود، Cheng و دانشجویانش مجذوب شباهت این اشکال با اثرات برخورد شهابسنگها بر روی زمین شدند. آنها با اندازه‌گیری‌ها و نتایجی که به دست آوردند یک مدل کلی از برخورد قطره‌های باران بر روی سطح شنی به دست آوردند. رابطه‌ی ریاضی که این گروه محقق بین انرژی برخورد قطره‌ها و ابعاد حفره‌ی حاصل به دست آوردند، مشابه رابطه‌ی ریاضی برخورد یک شهاب‌سنگ است!
شباهتی دیگر بین این پدیده و برخورد شهاب‌سنگ، رابطه‌ی بین اندازه‌ی قطر حفره و عمق آن است. نسبت بین این دو مقدار در برخورد قطره‌های باران با سطح شنی و در برخورد شهابسنگها با سطح ماه، مریخ و عطارد یکسان است.
تفاوت میان انرژی برخورد یک شهاب‌سنگ و یک قطره‌ی باران در حدود 1018 است. به بیان دیگر، یک شهاب‌سنگ با شدتی در حدود 1018برابر شدت یک قطره‌ی باران به سطح برخورد می‌کند. اما جالب این است که با وجود این تفاوت در سطح انرژی، از نظر این محققان قطره‌ی باران مدل بهتری برای شبیه‌سازی برخورد شهاب‌سنگ به زمین حتی در مقایسه با یک کره‌ی جامد سنگین است.
يکي از برخوردهاي شهاب سنگي به زمين در آريزونا، ايالات متحده. زمين به دليل جو و فرسايش، اين حفره‌ها را برخلاف ماه و سيارات سنگي بدون جو، نمي‌تواند حفظ کند و به مرور از بين مي‌روند و بسياري هم پنهان مي‌مانند.
اما جدا از زیبا و هنرمندانه بودن این طرح‌ها که در اثر برخورد قطره‌ها بر روی سطح ایجاد می‌شود، Cheng و دانشجویانش مجذوب شباهت این اشکال با اثرات برخورد شهابسنگها بر روی زمین شدند. آنها با اندازه‌گیری‌ها و نتایجی که به دست آوردند یک مدل کلی از برخورد قطره‌های باران بر روی سطح شنی به دست آوردند. رابطه‌ی ریاضی که این گروه محقق بین انرژی برخورد قطره‌ها و ابعاد حفره‌ی حاصل به دست آوردند، مشابه رابطه‌ی ریاضی برخورد یک شهاب‌سنگ است!
شباهتی دیگر بین این پدیده و برخورد شهاب‌سنگ، رابطه‌ی بین اندازه‌ی قطر حفره و عمق آن است. نسبت بین این دو مقدار در برخورد قطره‌های باران با سطح شنی و در برخورد شهابسنگها با سطح ماه، مریخ و عطارد یکسان است.
تفاوت میان انرژی برخورد یک شهاب‌سنگ و یک قطره‌ی باران در حدود 1018 است. به بیان دیگر، یک شهاب‌سنگ با شدتی در حدود 1018برابر شدت یک قطره‌ی باران به سطح برخورد می‌کند. اما جالب این است که با وجود این تفاوت در سطح انرژی، از نظر این محققان قطره‌ی باران مدل بهتری برای شبیه‌سازی برخورد شهاب‌سنگ به زمین حتی درمقایسه با یک کره‌ی جامد سنگین است.
Elizabeth Preston
منابع مفيد:
سيارک مرگبار
Current Collision Risks
Impact Event