Ученые разобрались в структуре таинственного погодного явления

МОСКВА, 14 янв — РИА Новости. Уникальные эффекты взаимодействия света с каплями воды в ледяном тумане объяснили ученые Томского политеха в составе международного научного коллектива.

Магнитные свойства двухслойных ледяных частиц, открытые учеными, будут полезны в магнитобиологии — науке, которая сможет объяснить поведение живых организмов. Результаты представлены в Scientific reports.

Частички воды в переохлажденном воздухе (от –10 до –15 °С) похожи по структуре на желейные конфеты: жидкость находится в ледяной оболочке, рассказали в Томском политехническом университете (ТПУ). Такие структуры представляют собой резонаторы, которые могут способствовать образованию магнитных полей.

Наибольший магнитный импульс испускается в момент замораживания капли, что является причиной уникальных оптических явлений: ледяных игл и световых столбов, которые также называют "прожекторами судного дня". По словам специалистов, ледяной туман можно назвать природным метаматериалом с оптической нейронной сетью.

Маленькие частицы перемерзшей воды могут "общаться" друг с другом посредством магнитных импульсов, к которым чувствительны представители животного мира, например птицы, так работает их внутренний навигатор при сезонной миграции.Ученые ТПУ, физического факультета МГУ и Технологического института Хуайиня (Китай) создали модель магнитных эффектов в замерзающей капле воды в тумане.

В ходе этого процесса специалисты обнаружили возникновение резонанса Фано — явления, которое теоретически может помочь в создании ряда новых практически важных систем.Появление резонанса Фано, как объяснили авторы исследования, можно представить таким образом.

Если в водоеме пустить волну, а потом такую же запустить под углом к первой, то при их столкновении получится новый гребень. При этом из-за особенностей погоды и рельефа он окажется неровным.

То же происходит при интерференции электромагнитных волн."Оптика замерзающих капель ― новое направление.

Исследуя туман, мы установили, что пик резонанса Фано значительно меняется при варьировании толщины ледовой оболочки замерзающей капли. В ходе обледенения оболочки капли на ее полюсах интенсивность магнитного и электрического полей возрастает, что вызывает необычные оптические явления", — рассказал руководитель проекта, профессор отделения электронной инженерии Инженерной школы неразрушающего контроля и безопасности ТПУ Игорь Минин.

Он отметил, что для подтверждения правильности полученной модели необходимы экспериментальные работы, которые пока невозможны при имеющемся оборудовании."Существующие теоретические модели не учитывают магнитные эффекты, мы предлагаем корректировки, с помощью которых однажды можно будет не только управлять светом в тумане, но и объяснить поведение живых организмов, например, ежиков в нем", — отметил специалист.

Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда, программы развития ТПУ.