你很可能在YouTube网站上看到过这样一个“魔性”视频：冻结的肥皂泡像雪花一样在雪景球中飞舞。实际上，这种惊人的效果源于一种常见的流体力学现象。zmescience.com网站6月18日报道，美国弗吉尼亚理工大学的研究人员在最近出版的《自然》杂志中对雪景球中飞舞的冰冻肥皂泡进行了解密。他们在实验室中重现了“雪景球效应”，并用高速摄像机对肥皂泡的情况进行了全程监控。
通常情况下，室外温度低至冰点，水坑里面的水会从温度最低的地方开始结晶（即水坑接触到冰雪的部分），新形成的冰逐渐冻结其附近的水分子，并最终形成冻结的水坑。然而，如果在低温容器中冻结肥皂泡，情况就完全不同了。最初，肥皂泡的冻结符合一般情况。随后，肥皂泡表面很快就遍布数百条“冻结锋”，冻结锋在肥皂泡表面随机出现，甚至会移动，从而导致“雪景球效应”的产生。
研究人员在实验中发现了两种不同的冻结方式。第一种是研究人员在冷冻室的低温环境下，将大量肥皂泡冷却到零下20摄氏度时发现的——这种绚丽的肥皂泡结晶现象与流体力学中的马朗格尼效应（Marangoni flow）有关：当流体需要从低表面张力区域流向高表面张力区域，或者在界面处由高温区域流向低温区域时就会产生马朗格尼效应。肥皂泡冻结时，气泡中仍是液体的部分开始移动，并在移动过程中“搅动”冰晶。每个冰晶都会导致局部冻结，从而加速肥皂泡的冻结过程。
第二种肥皂泡冻结方式是在室温下记录的。研究人员将肥皂泡吹向冰块，随后发生的事情就与前面的情景大不相同了。肥皂泡与冰接触的部分冻结了，剩下部分则保持液态。随后，半液体半冻结的肥皂泡就在室内的暖空气中漂浮起来了。随着空气从冰封的肥皂泡中渗出，肥皂泡就破裂了。
尽管对大多数读者来说，现在还是炎热的夏天，但在下次下雪时完全可以自己试试动手制造类似“雪景球效应”的效果。读者们需要的只是肥皂等简单物品和丰富的想象力。如果读者想尝试其他很酷的马朗格尼效应实验，可以尝试这样一个简单操作：下雪天，将牛奶（脂肪含量较高的更好）和食用色素倒进浅底容器中，然后滴加一滴肥皂液或酒精，接下来就等待炫酷场面的出现吧。
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编译：雷鑫宇
审稿：alone
责编：唐林芳
期刊来源：《自然》
期刊编号：0028-0836
原文链接：
https://www.zmescience.com/science/news-science/freezing-soap-bubbles-005432/
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