И все же пришла осень… Похолодало, дождит и вот-вот посыплются с неба «белые мухи». Снег укроет грязь и черноту, а вокруг станет очень празднично и красиво.
Так вот, на счет снега. Он, как мы все понимаем состоит из отдельных снежинок, но, при всей тривиальности этой конструкции, снежинка является загадкой, которая так до конца и не раскрыта.
Что же такого загадочного в обыкновенной снежинке? Дело в том, что «обыкновенных» снежинок не бывает. Каждая из них уникальна, хотя и появляется в результате вполне понятного и простого физического процесса.
Начнем с такого интересного факта, что каждая снежинка выстроена по принципу шестилучевой симметрии, что было отмечено еще Иоганном Кеплером в самом начале 17-го века, который предположил, что предположил, что снежинка состоит элементов, которые могут в фигуру только на базе именно такого принципа симметрии.
Учёный оказался прав: молекулы воды, образуя лед, действительно организуются в гексагональную кристаллическую решетку, что и определяет ту самую шестилучевую геометрию снежинки. Вы, кстати, можете возразить, что видели и треугольные снежинки, но это будет всего лишь визуальной ошибкой, поскольку все снежинки начинают свой путь как шестиугольные. В процессе же падения на землю воздушные потоки в атмосфере способствуют ускорению роста трех чередующихся лучей, и снежинка внешне может выглядеть как треугольная. Может произойти и так, что две шестиугольных снежинки слипаются и начинают расти как одна, внешне образуя как бы двенадцатилучевую.
Как же образуется кристалл отдельной снежинки? Каждая из них начинает свой рост с образования шестиугольной призмы, но эта призма уже является уникальной (может быть и длинной, как граненый карандаш, и почти плоской, как шестиугольная монета). Далее в действие вступает простейший физический принцип: именно углы такого шестиугольника интенсивнее охлаждаются окружающим воздухом, поэтому связывание новых молекул воды с углами идет быстрее, и снежинка начинает быстро отращивать привычные нам шесть лучей
Принципиальная последовательность образования снежинки одинакова:
• основа — частичка атмосферной пыли, играющая роль центра кристаллизации;
• первый этап — пары воды покрывают поверхность пылинки, конденсируясь на её поверхности в жидкость;
• второй этап — жидкая вода кристаллизуется в лёд;
• третий — шесть углов образующегося ледяного кристалла растут быстрее других областей, поскольку они больше охлаждены и быстрее могут принимать на себя новые порции воды;
• четвертый — начинается образование случайных и не повторяющихся форм, поскольку локальные условия могут способствовать совершенно индивидуальному росту новых шестиугольников, лучей и т.д.
В итоге, конечные формы снежинок могут быть абсолютно отличными, поскольку их рост протекает в неравновесных условиях и финальные образования оказываются совершенно не похожи на канонические изображения. Бывает, ледяные шестигранники усиленно растут вдоль своей оси, и тогда образуются снежинки вытянутой формы (снежинки-столбики или снежинки-иглы). Бывает, они растут перпендикулярно к оси, и тогда образуются снежинки в виде шестиугольных пластинок или шестиугольных звездочек. А ещё к падающей снежинке может примерзнуть, например, капелька воды и образуются снежинки неправильной формы.
Удивительно, но по сей день точная механика процессов образования снежинок так до конца и не описана! Во время снегопада практически невозможно найти пару одинаковых снежинок. Так, в 17-веке описывали 24 типа снежинок, в 19-м – 86, а в современном каталоге их содержится более 100 типов (от хорошо знакомых кристаллов, похожих на звёзды, до слившихся шестигранных колонн).
А как появляются классические «новогодние» снежинки? Самые крупные и самые красивые дендритные снежинки (которые мы ассоциируем с новогодними праздниками) растут в очень влажных тучах при температуре около −15°C.