天空中摇摆的粒子

冰晶或火山灰颗粒等微小颗粒在大气中沉降时往往会振荡。在他们的实验中，科学家们能够以前所未有的精度跟踪尺寸小于1毫米的非球形颗粒。他们的观察产生了一个模型，可以帮助完善对空气污染物或天气预报的预测。

大气中含有许多微小的固体颗粒。马克斯·普朗克动力学和自组织研究所(MPI-DS)和哥廷根大学的科学家与法国国家科学研究中心(CNRS)和瑞典哥德堡大学合作，目前正在研究这种非球形颗粒如何在空气中沉降。

为此，他们使用了一种新的精密仪器，该仪器配备了高速摄像机和一种新型粒子注射装置。

使用3D打印机，他们制造了不同形状的颗粒，类似厚度低至50微米的圆盘和长度高达880微米的棒。

由于这种设置，他们可以观察到粒子在静止空气中沉降时倾向于振荡。

“到目前为止，大多数关于这种小颗粒行为的研究都是在液体中进行的，因为在空气中进行实验极具挑战性，”MPI-DS小组负责人Mohsen Bagheri描述了以前的方法。

“然而，真正的沉降动力学无法通过这种方式进行探索。他们现在在我们的实验环境中被揭示出来，直接测量真实大小的粒子的运动，这些粒子比周围环境重得多。

观测到的振荡可能会影响单个粒子的碰撞、它们在大气中的飞行距离以及它们与太阳辐射的相互作用。

预测粒子的动力学

通常，大气粒子不是完美的球形，而是扁平或细长的结构。

科学家们开发并测试了一个模型来描述和预测这种粒子的运动，该模型非常准确地捕捉到了实验结果。

新模型可用于研究粒子团簇的动力学和形成以及日常生活中由此产生的影响。

Alain Pumir总结说:“特别是，我们的结果可以帮助更好地预测污染物在大气中停留的时间或降雨是如何在云中开始的。”

这位CNRS的研究人员与他的同事伯恩哈德·梅利格和克里斯蒂安·古斯塔夫森一起开发了这个模型。

总的来说，这些新的见解有助于更准确地了解大气粒子，以及它们如何影响我们的环境和气候。

来源: Materials provided by Max Planck Institute for Dynamics and Self-Organization.
注明: Content may be edited for style and length. Journal Reference: T. Bhowmick, J. Seesing, K. Gustavsson, J. Guettler, Y. Wang, A. Pumir, B. Mehlig, G. Bagheri. Inertia Induces Strong Orientation Fluctuations of Nonspherical Atmospheric Particles. Physical Review Letters, 2024; 132 (3) DOI: 10.1103/PhysRevLett.132.034101