눈을 좋아해서 직접 만들었다
“빛의 도움으로 끝없이 떨어지는 눈송이를 바라볼 때마다 착각이 듭니다. 마치 내 몸이 하늘로 가볍게 떠 있는 듯한 느낌이었다. 다른 기준점이 없었기 때문에 놀랍지도 않지만, 지금까지 경험하지 못한 소중한 경험이었다.” 하늘에서 온 편지' - 일본의 물리학자 나카타니 우키치로가 남긴 시문으로, 결정의 모양과 문양 등의 비밀코드를 통해 쓰여져 있다.
인간이 눈 결정을 연구하는 과정에서 나카타니 우키치로(Nakatani Ukichiro)를 반드시 언급해야 한다. 그는 세계 최초로 인공 눈을 개발한 스노우 박사로서 뛰어난 공헌을 했습니다. 그는 일본 홋카이도의 겨울 설경을 작업의 무대로 삼아 당시 선구적인 연구로 평가받았습니다. 동시에 사람들에게 과학의 진정한 의미를 전달하기도 합니다.
나카타니 씨는 자연설설의 신비를 풀기 위해 여러 차례 홋카이도 도카치다케에 가서 눈송이를 모으고 3,000장이 넘는 눈 결정 사진을 찍었습니다. 일본어로 시행착오(trial and error)라는 말이 있는데, 이는 성공할 때까지 시행착오를 의미합니다. 이는 과학 연구의 정상적인 부분입니다. "실패는 성공의 어머니이다." 수많은 실험 실패를 겪은 후, 나카타니 씨는 1936년 일본 홋카이도 대학 극저온 실험실에서 인공 눈 결정 개발에 성공하고 결정 형성 과정과 기상 조건 사이의 관계를 밝혔습니다. 인간이 자연의 신비에 도전하고 자신의 손으로 눈 결정을 만들 수 있다는 것은 매우 놀라운 일입니다.
나카타니 우키치로는 아름다운 산문 작가이기도 하다. 그의 작품 '눈송이-천국에서 온 편지'는 일본의 많은 모델 독자들에게 선택되기도 했다. 연구 외에도 그는 아름다운 눈송이 사진을 많이 찍었고 자신의 연구 과정에 대해 아름다운 산문을 썼습니다. 수필집 《눈》은 눈과 관련된 여러 수필을 발췌하여 그가 어떻게 눈과 연관되게 되었는지, 그리고 그것을 어떻게 연구했는지를 기술하고 있다. 여기에는 홋카이도 대학에서의 헌신적인 연구 과정과 성공적인 인공 눈 개발, 그리고 눈송이를 수집하기 위해 홋카이도 토카치 산을 여러 차례 여행한 귀중한 경험이 포함되며 이는 물리학자로서 엄격하고 진지한 과학적 태도를 반영합니다.
눈송이를 만드는 과정이 이 책에 모두 담겨있습니다
책명 유키("눈")
저자 [일본어] 나카타니 우키치로
< p> 번역자 Cheng Li, Zhang Yu편집자 Zhang Yu
저자 소개 나카야 우키치로(나카야 우키치로, 1900년(메이지 33년) 7월 4일~1962년 2017년 4월 11일(쇼와) 37)), 일본의 물리학자이자 수필가. Nakatani Ukichiro는 현미경으로 수천 개의 눈송이를 촬영하고 연구했습니다. 나는 눈송이의 모양이 모양과 크기에 따라 다르지만 여전히 동일하다는 것을 발견했습니다. 1936년 3월 12일, 그는 인공눈 개발에 성공했다. 나카타니 우키치로는 세계 최초로 인공 눈을 만든 스노우 박사로 눈송이 연구 분야에 뛰어난 공헌을 했습니다.
옅은 수빙으로 덮여 있는 고대 백자나무의 가지는 십자형으로 뻗어 있으며 가지 사이의 유일한 틈으로 눈 결정이 조용히 떨어진다. 구조는 우리의 상상을 초월합니다. 밤에는 바람이 멈추고 기온이 영하 15도까지 떨어지면 빛이 내리는 눈송이가 특히 매력적으로 보입니다. 나는 어두운 발코니로 걸어가서 손전등을 하늘로 비췄다. 끝이 보이지 않는 밤하늘에서 수많은 하얀 가루들이 연달아 떨어지는 것을 보았다. 대부분의 눈송이는 일정한 크기의 나선형 궤적을 그리며 떨어집니다. 그리고 대부분의 눈송이는 빛 아래서 빛나며 완전한 결정 표면을 보여줍니다. 도카치다케 산 중턱의 고도는 1,100m에 불과하며 홋카이도 내륙에 위치하여 인구가 적습니다. 바람 한 점 없는 밤, 이곳은 완전히 어둡고 고요한 세상이다. 손전등 빛의 일부가 내 머리 위 밤하늘을 가로지른다. 이 빛의 도움으로 끝없이 떨어지는 눈송이를 올려다볼 때마다 내 몸이 가볍게 떠서 그 위로 솟아오르는 듯한 착각을 지울 수 없다. 하늘.
벤치마킹할 수 있는 다른 기준점이 없기 때문에 이런 착각이 일어나는 것도 당연하지만, 그 느낌은 지금까지 경험하지 못한 소중한 경험이다.
눈송이 연구는 처음에는 반 오락적인 사고 방식으로 시작하여 점차 개선되었습니다. 손가락으로 세어보니 도카치산에 오른 것은 이번이 다섯 번째입니다[1]. 우리의 목적지는 "시로긴소"라고 불리는 홋카이도의 산장으로, 산사태 지역과 가깝고 후키아게 온천[2][3]에서 5피트도 채 안되는 거리에 있었습니다. 이 장소는 도카치다케 산 중턱에 위치하며 해발 1,060m의 숲을 통과합니다.
눈송이를 연구하고 있지만 현재 주요 업무는 현미경으로 사진을 찍는 것입니다. 따라서 현미경은 필수품이며, 카메라, 현상기 일체, 간단한 기상관측기, 심지어는 휴대용 암실까지 무거운 물품도 산으로 운반해야 합니다. 게다가, 매번 여행할 때마다 음식과 간식을 가지고 한 무리의 사람들을 데려와 약 10일을 기다려야 하는데, 이러한 준비도 힘든 일입니다. 총 무게가 100구[4]에 달하는 짐을 말이 끄는 썰매 3~4대에 실어 5시간 동안 눈밭을 부딪힌 뒤 마침내 백인 마을에 도착할 때마다 벌써 어두워진다. . 눈 내리는 당일치기 여행이 가장 큰 어려움이었습니다. 오두막에 도착하자마자 친숙한 산림 관리원 부부가 세심한 배려와 배려를 해주셔서 갑자기 마치 시골에 있는 친척 집에 온 것처럼 따뜻해졌습니다. 한 지방.
이 백인마을은 산장이라고 하는데 실제로는 삼림 관리인 오씨의 집이다. 일반적으로 외부인에게 공개되지 않아 집 배치가 상당히 우아하다. 1층은 식당과 거실로 이루어져 있으며 중앙에 커다란 장작 난로가 있는 평범한 산장처럼 보입니다. 이상하게도 기내 공간에는 바람이 많이 불지 않으므로 아래층에 있는 장작 난로를 믿을 수 있다면 2층 침실에서 담요를 덮으세요. 우리가 잠을 잘 수 있는 가장 안전하고 편안한 공간입니다. 도착한 지 이틀째 되는 날, 우리는 먼저 집 아래층 구석에 벽 틈으로 바람이 들어오는 것을 방지하기 위해 매트를 깔고, 그 위에 이동식 검정색 커튼을 당겨서 어두운 방을 만들었습니다. 그런 다음 현상 장치, 감광성 유리판 및 기타 장비를 언제든지 쉽게 꺼내거나 보관할 수 있도록 적절한 위치를 찾아 장비가 담긴 나무 상자를 놓습니다. 또한, 식탁을 빌려 실험대로 사용해 보세요. 눈 결정 사진은 객실 입구와 자작나무로 만든 발코니에서 이루어졌으며 여기에도 실험 플랫폼으로 나무 상자가 배치되었습니다. 현미경으로 사진을 찍으려면 꽤 튼튼하고 괜찮은 실험대가 필요하다. 앞서 말했듯이 '콘크리트 눈'이라는 소중한 것이 있다. 나무 상자 주변은 눈으로 고정되어 있습니다. 물 한 컵을 물통에 부으면 5분도 안 되어 아름다운 콘크리트 눈 실험 플랫폼으로 완전히 얼어붙습니다. 마찬가지로 현미경의 촬영 장치도 실험대에 단단히 고정되어 있어야 합니다.
토카치다케 지역은 아마도 눈 결정을 연구하기에 이상적인 장소일 것입니다. 어쩌면 세상에 이런 곳이 많지 않을 수도 있다는 생각도 듭니다. 우선 여기의 눈 결정은 윤곽이 선명하고 뚜렷하며, 수정 가지와 같은 세부 사항까지도 놀랍도록 아름답고 극도로 가늘습니다. 전 세계의 어떤 관찰자가 찍은 사진을 보면 우리가 백인장에서 관찰한 눈 결정만큼 아름다운 것은 없습니다. 둘째, 여기에는 일반적으로 눈 결정의 대표자로 간주되는 모든 육각형 결정뿐만 아니라 덜 알려진 수지상 입체 결정, 심지어 희귀한 피라미드 결정 및 드럼 모양 결정을 포함하여 많은 유형의 눈 결정이 있습니다. 크리스탈. 드럼 모양의 결정이 겹겹이 쌓여 있고, 여러 겹의 드럼 모양의 결정이 형성되어 있으며, 신은 이 결정을 거침없이 세상에 흩뿌린다. 올해 2월 이곳에는 30분간 폭설이 내렸는데, 내린 것은 모두 바늘 같은 결정체뿐이었다. 더욱이 우리는 지금까지 세계 문헌에서 언급되지 않은 이상한 측결정을 여기에서 반복적으로 관찰했습니다.
어쨌든 눈 결정은 높은 고도와 극저온에서 수증기가 응결되어 형성되어야 하므로, 눈 결정이 형성되는 환경만 시뮬레이션하면 됩니다. 처음에는 길이 1m 정도의 동판 원통을 만들어 냉각한 뒤 위에서 수증기를 불어넣었다. 하지만 어차피 눈은 안 오겠죠. 그런 시도로 첫 번째 겨울이 사라졌다. 다음 겨울에는 더 작은 구리 상자를 만들고 먼저 액체 공기를 사용하여 내부를 영하 20도까지 식힌 다음 그 안에 따뜻한 수증기를 부었습니다.
완전한 육각형 결정이 나타날 것이라고는 기대하지 않습니다. 첫 번째 단계는 구리판 표면에 결정의 몇 가지 가지를 응축하는 것입니다. 그 결과는 추운 아침 유리창에 얼어붙은 서리꽃뿐이었고, 공중으로 뻗은 결정화된 가지도 없었다. 그 결과 눈 깜짝할 사이에 다음 겨울이 지나갔습니다.
눈송이처럼 아름다운 것을 쉽게 만들기 위해서는 결국 자연의 기적적인 솜씨에 의지해야 한다는 것을 인공눈을 만드는 과정에서 점차 깨달았습니다. 연구실에서의 거듭된 실패에 더해, 그때부터 나도 토카치다케의 삶을 경험하게 되었기 때문이다. 삿포로 등의 유명한 결정체와 비교하면 도카치다케 중턱에서 관찰되는 눈 결정체는 더욱 아름답습니다. 더욱이 그곳의 눈 결정은 다양하고 복잡할 뿐만 아니라 때로는 예상치 못한 이상한 모양의 결정이 하늘에서 떨어지는 경우도 있습니다.
수정처럼 생긴 육각기둥은 물론, 북극 탐험 때 처음 발견한 피라미드 모양의 눈 결정도 흔히 볼 수 있다. 때로는 눈 결정 프리즘의 끝에서 일본 북을 닮은 육각형 꽃이 싹트기도 합니다. 산과 들을 가로질러 펼쳐진 광대한 형태의 옛날 복엽기 모양을 이루기 위해 겹겹이 쌓아 올리는 것도 드문 일이 아니다. 이러한 결정체를 생활 속에서 늘 동반한다면 자신도 모르게 자연의 신비에 감동받게 될 것입니다. 눈 결정체를 인위적으로 만들려는 것조차 일종의 자연에 대한 모독이라고 느껴질 정도입니다.
3년차 겨울에도 관성으로 인해 여전히 이전 실험을 반복했습니다. 문득 깨달음이 나서 차가운 동판의 표면을 뒤집어 놓고 그 아래에 물이 담긴 그릇을 놓았습니다. 수증기는 수면에서 증발하고, 자연대류에 의해 위로 올라가며, 동판 표면에 응결됩니다. 그 결과, 동판 표면에서 약간의 흰색 가루가 떨어지기 시작했습니다. 현미경을 통해 살펴보면 눈 결정과 유사한 조각이 드러났습니다. 왜 내가 이것을 더 일찍 눈치 채지 못했습니까? 수증기가 결정의 구석구석까지 합리적으로 퍼질 수 있도록 하기 위해서는 자연대류를 이용하는 것이 가장 좋으며, 이는 전혀 생각할 필요가 없습니다. 자연에도 하늘은 위에 있고 땅은 아래에 있어야 합니다. 그러나 사물을 거꾸로 뒤집고 수직, 수평으로 교환하는 것은 의외로 어려운 일이며, 이는 물리학 연구의 범위에 국한되지 않습니다.
4년차 겨울, 작년에 얻은 실험 결과 때문에 매우 활력이 넘쳤습니다. 여전히 같은 실험을 하고 있지만, 천연 눈 결정처럼 투명한 결정을 얻기 위해서는 아직 약간의 열이 남아있습니다. 생각해 보면 이는 정상적인 현상입니다. 자연 조건에서 공기가 냉각되면 대류 및 복사 작용으로 결정화에 필요한 온도에 도달하고 결정이 성장하기 시작합니다. 이 요구 사항을 충족하는 가장 쉬운 방법은 방 전체를 냉각시키는 것입니다. 그래서 하늘에 동전이 없다는 것을 깨닫는 데 또 1년이 걸렸습니다. 그래서 문제는 다시 원점으로 돌아갔고, 천연 눈 결정의 형성 조건을 시뮬레이션할 수만 있다면 극히 사소한 결론에 도달했다.
공교롭게도 제가 일하는 홋카이도대학교에는 올 봄부터 기온을 영하 50도까지 낮출 수 있는 저온온실이 만들어졌습니다. 저온온실에서 수증기의 자연대류를 합리적으로 활용하여 눈결정체를 만들어보려고 했는데, 의외로 천연눈결정체 못지않은 아름다운 눈결정조각이 쉽게 만들어졌습니다. 파편이라 불리는 것은 금속이나 나무 표면에 응축된 결정체를 말하는데요. 진짜 눈 결정체는 가지가 6개 있어야 하는데, 2~3개 정도 만들었습니다. 결정의 모양만 보면 가지가 2~3개 정도 자라날 정도일 것이다. 하지만 어떻게든 천연 눈 결정과 똑같은 육각형 눈송이를 만들고 싶을 뿐입니다. 그렇지 않으면 포기하지 않을 것입니다. 그래서 어시스턴트 S에게 아주 미세한 머리끝에 계속해서 크리스탈을 배양해 달라고 부탁했습니다.
2, 3일 뒤 S씨는 “물론 눈이 쌓였다”고 말했다. 그 말을 듣고 급히 냉동실로 들어가 보니 토끼털 끝 부분에 육각형 꽃 모양의 결정이 하얗게 빛나고 있었습니다. 살짝 떼어내고 현미경으로 관찰해 보니 갓 구운 눈 결정이 천연 눈 결정보다 훨씬 더 사실적이었습니다.
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