Чи однакові сніжинки, або Що приховано в замерзлій воді?
Багатьом, напевно, відомо, що зустріти в природі пару ідентичних сніжинок неможливо, але вони можуть бути дуже схожі один на одного. Цей феномен є тією багатовікової таємницею, розкрити яку допоміг в наші дні процес комп'ютерного моделювання.
Вперше спробував наблизитися до розгадки німецький астроном і математик Йоганн Кеплер, який написав в одному зі своїх трактатів, що всі сніжинки мають шість граней і одну вісь симетрії. Великий вчений пов'язував таку будову з характером розташування частинок. Його припущення були покладені в основу науки кристалографії.
Інший філософ і математик, француз Рене Декарт в 1635 році зайнявся вивченням і описом сніжинок, спостерігаючи їх неозброєним оком. Вчений описував їх будову як схоже на троянди, лілії і механічні шестерінки з шістьма зубами. Також Декарт був першим, хто побачив і описав сніжинку з дванадцятьма промінчиками. До цих пір вважається, що двенадцатіконечная сніжинка є великою рідкістю, достеменно не відомо, за яких умов відбувається її освіту.
У 1665 році англійський натураліст Роберт Гук займався вивченням сніжинок вже під мікроскопом. Він залишив науці велика кількість замальовок. Ну, а перші фотографічні знімки були зроблені американським фермером Вілсоном Бентлі. Ця людина з дитинства захоплювався будовою сніжинок, і коли у нього з'явилася можливість, присвятив себе їх фотографування. Щоб отримати перші знімки, він витратив два роки. Сконструйований Бентлі фотоапарат представляв собою гібрид фотокамери і мікроскопа. Цікаво, що спочатку ці знімки не вважали справжніми, проте кількома роками пізніше вони були визнані і успішно використовуються в якості ілюстрацій до різних наукових статей. У 1931 році Бентлі видав книгу «Снігові кристали», яка містила більше 2500 фотографій.
Але ськрупулезнєє всіх до вивчення питання підійшли японці. Професор університету в Хоккайдо Укіхіро Накайя зайнявся в 1932 році вирощуванням штучних сніжинок, що, в свою чергу, дозволило йому створити першу класифікацію сніжних кристалів, а також визначити залежність форми і розміру цих утворень від температури і вологості навколишнього повітря. Їм була створена класифікація, яка містить 41 індивідуальний тип. У місті Кага, що розташований на заході острова Хонсю знаходиться «Музей снігу та льоду», що носить ім'я вченого. Там зберігається машина для виробництва штучних сніжинок. Багатьма роками пізніше, в 1996, метеорологами мага і Сю Лі були описані вже 80 типів.
Як же з'являється це диво природи? Сніжинки утворюються з перенасиченого водяної пари. Центрами кристалізації є зважені в повітрі пилинки. Поверхня кристала являє собою напіврідкий шар. Молекули води можуть як приєднуватися до нього, так і відокремлюватися. Зрештою вони заповнюють вільні місця на увігнутих ділянках. Сніжинка розміром всього одну десяту міліметра вже має гексагональну решітку. Причиною тому є будова молекули води, яка являє собою тетраедр (шестикутник). Тому між променями кристалів можливі лише кути 60 і 120 градусів.
Згодом на вершинах цього шестикутника осідають нові молекули, утворюючи тим самим химерні форми сніжинок. В процесі переміщення в атмосфері, а також під впливом перепаду температур кристали можуть частково підтавати і знову замерзати, утворюючи змішані форми візерунків.
Так що, вирізаючи сніжинки до Нового Року, пам'ятайте, що в природі не зустрічаються кристали з чотирма, п'ятьма або вісьмома гранями, практично всі вони шестиконечні.
