Одна пылинка
Считается, что в наших широтах снег является непременным атрибутом зимы (хотя, учитывая природные качели последнего времени, это уже и не факт). Он состоит из небольших кристалликов льда — снежинок. Впрочем, о размерах можно дискутировать. Например, в 1887 году в штате Монтана были зафиксированы гиганты до 30 сантиметров. Обычные же ледяные красавицы действительно невелики — от 3 до 5 миллиметров.Начинается все с того, что в верхних слоях атмосферы встречаются переохлажденные капли. Снег образуется, когда они притягиваются к пылевым частицам и замерзают. То есть в центре любой снежинки находится пылинка (она может быть чем угодно — от вулканического пепла до частицы, прилетевшей из космоса), вокруг нее сформирован кристалл. Миллиарды снежинок, опускаясь с высоты 10 километров, на которой находятся их «родители» — перистые облака, то подтаивают, то ломаются, то снова подмерзают. Именно такой непростой жизненный опыт и формирует их различные формы.
Видимость подобия
Внешний вид снежинки завораживает. Однако, да простят нас романтики, никакого волшебства в этом изяществе нет — чистые физика и химия. Форма цветка, или по-научному звездчатая, — только одна из ипостасей. Бывают снежинки в виде призм, дендритов, иголок, пластинок и прочих геометрических фигур. Исследователи упорно пытаются их классифицировать, при этом еще и спорят. Короче, на данный момент различают от 30 до 80 видов. И тут мы подходим к одному из самых интригующих вопросов — действительно ли, как часто можно услышать, в природе не существует одинаковых снежинок?Изначальная форма ледяного кристалла — правильный шестиугольник (именно поэтому классические снежинки всегда имеют шесть лучей). При этом из-за структуры молекул воды между лучами возможны углы лишь 60 и 120 градусов. На этом, собственно говоря, все общие черты и заканчиваются. С точки зрения физики, снежинки формируются по законам простейших взаимодействий элементарных частиц. Обойдем темы изотопов и тяжелого водорода, ограничимся академическим: «вероятность появления двух снежинок, в которых расположение атомов дейтерия будет одинаковым даже при идентичном расположении молекул воды, близится к нулю». Да, для дилетанта внешняя форма порой может казаться почти идентичной. Но это только видимость.
Не грусти — похрусти
Ответ на вопрос, почему снег блестит на солнце, мы узнаем еще в школе — все дело в оптическом преломлении света. Но вот почему он в одних случаях скрипит, а в других — хлюпает? Вообще говоря, хруст снега — это звуки апокалипсиса для ледяных красавиц, которые ломаются и погибают под нашими ногами. Разумеется, человеческое ухо не может воспринять звук одной сломанной снежинки. Но в одном кубическом метре, по приблизительным подсчетам, их около 350 миллионов! Чем сильнее мороз — тем громче скрип. Но тут есть некоторые нюансы. У недавно выпавшего снега плотность между снежинками низкая, у старого — высокая. Поэтому лежалый снег издает более низкий звук: не скрип, а скорее глухой шорох. При повышении температуры снежинки начинают подтаивать и не ломаются, а сплющиваются. Вода подавляет шум излома кристаллов, поэтому мы слышим чавканье.Кстати, получить звук, похожий на хруст снега, помогает сжатие соли или сахара. До появления спецэффектов и всевозможных технологий этот прием использовали в театре и при озвучивании фильмов.
В ТЕМУ
Одним из первых ученых, задумавшихся о структуре снега, был немецкий математик и астроном Иоганн Кеплер. В 1611 году он опубликовал короткий трактат «Новогодний подарок, или О шестиугольных снежинках», который можно назвать первой научной работой по этой теме. Затем знамя подхватили Рене Декарт, Роберт Гук и другие авторитеты от науки. В то время и вплоть до конца XIX века снежинки только схематично зарисовывали. Первое фото сделал 15 января 1885 года Уилсон Бентли — американский исследователь, который был настолько помешан на данной теме, что даже получил прозвище Снежинка. Естественно, Бентли использовал микроскоп. А также усовершенствовал способ ловли зимних кристалликов на кусок черного бархата таким образом, чтобы можно было сфотографировать их прежде, чем они растают. Всего за свою жизнь он сделал 5 тысяч «портретов» снежинок, большинство из которых сейчас составляют коллекцию Гарвардского минералогического музея (если вы не знали, то в плане физических свойств снежинка — минерал).
Кстати, именно Бентли является автором идеи о том, что в природе не существует двух одинаковых снежинок. С этого момента и современная наука начала активно интересоваться ледяными кристаллами, а Бентли опубликовал свои материалы сразу в нескольких журналах, включая National Geographic, Nature, Popular Science, Scientific American и других. «Снежный фотограф» запечатлевал на пленке воду в любых ее состояниях, включая облака, туманы и капли. Тем не менее именно снежинки стали причиной как его славы, так и гибели. 23 декабря 1931 года Уилсон Бентли скончался от пневмонии, которую подхватил, пройдя 6 миль в сильную метель. Естественно, чтобы снова и снова фотографировать неповторимые снежинки.
bebenina@sb.by
