Раскрыта природа светящихся колец в атмосфере Земли

Ученые из Университета штата Огайо создали лед с почти идеальной кубической решеткой и получили рентгеноструктурное изображение кристаллов. Дифракционная картина, показывающая, как рассеивается падающее на лед излучение, напоминает явление гало — светящиеся концентрические кольца в небе. Исследователи пришли к выводу, что атмосферный феномен может возникать из-за наличия в воздухе кубических кристаллов. Статья ученых опубликована в The Journal of Physical Chemistry Letters.

Обычно при замерзании воды формируются кристаллы гексагональной формы. Такая разновидность льда обозначается как Ih. При определенных условиях ячейки в молекулярной решетке могут быть кубическими (Ic), однако эта модификация сосуществует с гексагональными формами в различных пропорциях. Так, существуют гибридные кристаллы с содержанием Ic, равным 70 процентов.

Исследователи создали лед с рекордным содержанием кубических кристаллов (80 процентов). Для этого азот и водяной пар пропускали через сопло со сверхзвуковой скоростью. При увеличении объема пара он охлаждался, образуя микроскопические капли, температура которых достигала минус 48 градусов Цельсия. Они замерзали через одну миллионную долю секунды.

Для оценки кубической доли в кристаллах ученые воспользовались линейным ускорителем при Национальной ускорительной лаборатории SLAC в США. Получаемое с помощью установки синхротронное излучение в рентгеновском диапазоне позволило получить дифракционную картину и подтвердить высокую долю Ic.

По мнению исследователей, в высотных облаках водяная пыль становится достаточно переохлажденной, чтобы образовать кубические кристаллы. Это может объяснять форму атмосферного оптического феномена, возникающего при рассеивании солнечных лучей.