The science of snowflakes - Maruša Bradač

Translator: soheila Jafari Reviewer: Ali Hosseini

If you ever find yourself gazing at falling snow,

اگر تا به حال خود را در حالتی یافتید که خیره به بارش برف نگاه می‌کنید،

why not catch a few snowflakes on your glove and examine their shapes?

چرا چند دانه برف را روی دستکش‌هایتان نمی‌گیرید و به شکلشان نگاه نمی‌کنید؟

You might notice that they look symmetrical,

شاید متوجه شوید آنها شکل‌های متقارن دارند،

and if you look closely,

و اگر از نزدیکتر نگاه کنید،

you'll see they have six sides.

می‌بینید که آنها شش وجه دارند.

You could say a snowflake is simply frozen water,

می‌توانید بگوید دانه‌های برف تنها آب یخ زده هستند،

but compare one with an ice cube from the freezer,

اما یکی از آنها را با تکه یخی در فریزر مقایسه کنید،

and you'll realize they're very different things.

متوجه خواهید شد که آنها دو چیزکاملا متفاوت هستند.

Unlike ice cubes, formed when liquid freezes into a solid,

برخلاف تکه یخ که با سرد شدن و تبدیل به جامد شدن مایع شکل می‌گیرد،

snowflakes form when water vapor turns straight into ice.

دانه برف از یخ زدن مستقیم بخارآب به یخ شکل می‌گیرد.

But that still doesn't explain why snowflakes have six sides.

اما هنوز دقیقاً توضیح نمی‌دهد که چرا دانه‌های برف شش وجه دارند.

To understand that,

برای درک آن،

we need to delve deeper into the physics of water.

لازم است فیزیک آب را کاوش کنیم.

Water is made out of two hydrogen atoms and one oxygen atom.

آب از دو اتم هیدروژن و یک اتم اکسیژن تشکلیل شده است.

A single water molecule thus has ten protons and ten electrons,

پس یک مولکول آب دارای ده پروتون و ده الکترون هست،

eight from oxygen and one from each hydrogen atom.

هشت تا از اتم اکسیژن و از هر اتم هیدروژن یکی.

The two electrons from oxygen's outer shell

دو الکترون از لایه بیرونی اکسیژن

are shared with two electrons from both hydrogens as they bond together,

با دو الکترون از هر دو اتم هیدروژن هم نشینی دارند،

and the remaining four outer shell electrons from oxygen

و چهار الکترون‌های باقیمانده از لایه بیرونی اکسیژن

form two pairs.

دو تا دو تا جفت می‌شوند.

We call the bonds between these atoms covalent bonds.

ما این پیوند بین اتم‌ها را پیوندهای کووالانسی (ظرفیتی) می‌گویم.

The pairs of electrons are all negatively charged.

جفت‌های الکترون بار منفی دارند.

Similar charges repel,

بارهای مشابه همدیگر را دفع می‌کنند،

so they tend to stay as far away from each other as possible.

پس آنها تمایل دارند تا جایی که ممکن هست از هم دور بمانند.

The pairs form four electron clouds,

دو جفت (الکترون) ابر الکترونی چهارتایی را شکل می‌دهند،

two of which are where the hydrogen and oxygen share electrons.

دوتای این ابرها جایی است که اکسیژن و هیدروژن الکترون به اشتراک گذاشته اند.

The repulsion between the unbonded pairs

نیروی دافعه بین دو جفت الکترون آزاد

is even stronger than repulsion between the shared pairs,

حتی قوی‌تر ازنیروی دافعه بین دو جفت مشترک هستند،

so the two hydrogens get pushed a little further

بنابراین دو تا هیدروژن کمی به جلو

to an angle of 104.5 degrees.

در زاویه ۱۰۴/۵ رانده می‌شوند.

The water molecule as a whole is electrically neutral,

مولکول آب بار الکتریکی خنثی دارد،

but oxygen gets a larger share of electrons,

اما اکسیژن بیشترین سهم الکترون‌های مشترک را می‌گیرد،

making it slightly negative and the hydrogens slightly positive.

و این را کمی دارای بار منفی می‌کند و هیدروژن دارای اندکی بار مثبت می‌شود.

Due to its negative charge,

بنابر بار منفی اکسیژن،

the oxygen in one molecule

اکسیژن در یک مولکول

is attracted to the positive charge of the hydrogen in another molecule.

جذب بار مثبت هیدروژن در مولکول درگیر می‌شود.

And so a weak bond between the two molecules,

بنابراین یک پیوند ضعیف بین دو مولکول شکل می‌گیرد،

called a hydrogen bond, is formed.

که به آن پیوند هیدروژنی می‌گویند.

When water freezes, this bonding occurs on repeat,

هنگامی که آب یخ می‌زند این پیوند تکرار می‌شود،

ultimately forming a hexagonal structure

در نهایت تشکیل یک ساختار شش ضلعی می‌دهد

due to the angle between hydrogens and oxygen within each molecule.

که با توجه به زاویه بین هیدروژن و اکسیژن بین هر مولکول بوجود می‌اید.

This is the seed of a snowflake,

این یک دانه برف هست،

and it retains a hexagonal shape as it grows.

و این شکل شش ضلعی را با بزرگتر شدن حفظ می‌کند.

As the snowflake moves through the air,

همانطور که دانه برف در هوا حرکت می‌کند،

water vapor molecules stick to the six sharp edges

مولکول های بخار آب به لبه‌های شش ضلعی می‌چسبند

and expand the snowflake outwards, bit by bit.

و کم کم دانه‌های برف را به سمت خارج بزرگتر می‌کنند.

A snowflake's developing shape depends on atmospheric conditions,

گسترش شکل یک دانه برف بستگی به شرایط اتمسفر

like humidity and temperature.

مانند رطوبت و دما دارد.

As a snowflake falls,

دانه برف که می‌بارد،

changes in weather conditions can affect how it grows,

تغییرات در شرایط آب و هوایی می‌تواند بر چگونگی رشد آن مؤثر باشد،

and even small differences in the paths two snowflakes take

و حتی تغییر کوچکی در مسیر دو دانه برف

will differentiate their shapes.

باعث می‌شود شکل آنها متفاوت شود.

However, since conditions at the six sharp edges of one snowflake are similar,

با این حال، از آنجا که شرایط در شش لبه یک دانه برف مشابه هستند،

a symmetric snowflake can grow.

شکل متقارن برف می‌تواند رشد کند.

Weather conditions affect snow on the ground, as well.

شرایط آب و هوایی نیز، برف روی زمین را تحت تأثیر قرار می‌دهد.

Warmer ground temperatures produce a wetter snow that is easier to pack

دمای بالاتر زمین باعث می‌شود که دانه‌‌های برف آبکی راحت‌تر به هم بسته شوند

because liquid water molecules help snowflakes stick to each other.

زیرا مولکول های آب مایع به دانه‌های برف کمک می‌کند که به هم بچسبند.

Melted snow also plays a critical role in another wintry activity, skiing.

برف آب شده نقش مهمی در بازی‌های زمستانی مانند اسکی ایفاء می‌کند.

Completely dry snow is very difficult to ski on

در برف کاملاً خشک اسکی کردن بسیار مشکل هست

because there's too much friction between the jagged snowflakes and the ski surface.

زیرا اصطکاک بسیار زیادی بین چوبهای اسکی و سطح اسکی ایجاد می‌شود.

So what's happening is that as skis move,

خُب آنچه که اتفاق می‌افتد این است که با حرکت اسکی،

they rub the surface of the snow and warm it up,

سطح برفی مالش یافته و آن را گرم می‌کند،

creating a thin layer of water, which helps them slide along.

و یک لایه نازک از آب تشکیل می‌دهد که کمک به سرُ خوردن بر آن می‌کند.

So technically, it's not really snow skiing,

پس عملاً، این واقعاً اسکی روی برف نیست،

but water skiing.

این اسکی روی آب هست.

But it is true that no matter how hard you look,

اما حقیت دارد که هرچقدر تلاش کنید و ببینید،

you're almost definitely not going to find two identical snowflakes,

تقریباً محال است که دو دانه برف دقیقاً یک شکل را پیدا کنید،

and that's a mystery that scientists are still trying to solve,

و این رازی است که دانشمندان هنوز به دنبال حل آن هستند،

though we know that it has to do

هر چند می‌دانیم که باید

with the many possible branching points in snowflake formation,

به نقاط انشعابی محتمل در شکل گیری دانه برف مربوط باشد،

and the differences in temperature and humidity,

و همچنین تفاوت بین دما و رطوبت،

and while we wait for the answer,

و تا زمانی که ما منتظر پاسخ هستیم،

we can enjoy watching these tiny fractals falling from the sky.

می‌توانیم از تماشای این دانه‌های ریزی که از آسمان فرو می‌ریزند لذت ببریم.