Холодные и загадочные
Фото А.Клятов
Ледяные снежинки в облаке образуются при отрицательной температуре вследствие перехода водяного пара в твердое состояние. Основой для формирования снежинок являются мелкие частицы пыли или микроскопические льдинки, которые служат ядром для конденсации на них молекулы воды. Ядро кристаллизации - это то, с чего начинается образование снежинок.
Международная классификация снежинок
Все больше и больше молекул воды присоединяются к растущей снежинке в определенных местах, придавая ей отчетливую форму шестигранника. В одних условиях ледяные шестигранники усиленно растут вдоль своей оси, и тогда образуются снежинки вытянутой формы - снежинка-столбики, снежинки-иглы.
Фото К. Либбрехта
В других условиях шестигранники растут преимущественно в направлениях, перпендикулярных к их оси, и тогда образуются снежинки в виде шестиугольных пластинок или шестиугольных звездочек.
Фото А.Клятов
Передвигаясь вверх и вниз в облаке, снежинка попадает в условия с разной температурой и концентрацией водяного пара. Ее форма меняется, до последнего подчиняясь законам гексагональной симметрии. Так снежинки становятся разными.
Хотя теоретически в одном облаке на одной высоте они могут «зародиться» одинаковыми. Но путь до земли у каждой свой, довольно долгий - в среднем снежинка падает со скоростью 0,9 км в час. А значит, у каждой - своя история и своя окончательная форма.
Фото К. Либбрехта
Образующий снежинку лед прозрачен, но когда их много, солнечный свет, отражаясь и рассеиваясь на многочисленных гранях, создает у нас впечатление белой непрозрачной массы - мы называем ее снегом.
Впервые на снежинки как на кристаллы строгой формы обратил внимание астроном Кепплер, издавший в 1611г трактат "О шестиугольных снежинках". Этот труд оказал значительное влияние на развитие науки и считается исходной точкой в развитии кристаллографии.
Чертёж. Каульбарс Н.В. 1889г
В 1635 формой снежинок заинтересовался философ, математик и естествоиспытатель Рене Декарт. Он, ведя наблюдения невооруженным взглядом, детально описал некоторые формы кристаллов, в том числе редко встречающиеся столбики с наконечниками и двенадцатилучевые снежинки.
Фото К. Либбрехта
Через тридцать лет Роберт Гук издал большой труд под заглавием «Micrographia», который содержал эскизы практически всех форм кристаллов, которые он смог увидеть с помощью только что изобретенного микроскопа.
В 1885 году, после двух лет проб и ошибок, 19-летний американский фермер Уилсон Бентли получил первую удачную фотографию снежинки, присоединив для этого микроскоп к фотокамере.
У. Бентли
За свою жизнь он сделал более 5000 фотографий, обнаружив, что среди нет одинаковых кристаллов. Ему же принадлежит предположение о влияние температурных условий, в которых совершается путь снежинки на землю, на её форму и размер. Ещё при жизни Бентли получил прозвище "Снежинка".
Фото У. Бентли
Профессор университета в Хоккайдо Укихиро Накайя занялся в 1932 году выращиванием искусственных снежинок, что, в свою очередь, позволило ему создать первую классификацию снежных кристаллов, а также определить зависимость формы и размера этих образований от температуры и влажности окружающего воздуха.
Фото У. Накайя
В городе Кага, расположенном на западном берегу острова Хонсю, существует основанный Укихиро Накайя Музей снега и льда, носящий теперь его имя (он выстроен в виде трех шестиугольников). В музее хранится машина для получения снежинок. Накайя писал, что снежинки как письма с неба, несущие в себе рассказ о тех условиях в которых они родились.
В 2008г учёными Гравнером и Гриффитом была разработана трёхмерная компьютерная модель, описывающая процесс формирования снежинок. Она учитывает множество коэффициентов и параметров - атмосферное давление, температуру, концентрацию паров и проч. Варьируя эти коэффициенты (то есть меняя начальные условия образования снежинок), исследователи сумели воспроизвести достаточно обширный ряд естественных форм снежинок. Моделирование одной снежинки занимает на обычном настольном компьютере приблизительно сутки.
Фото: Image courtesy of University of Wisconsin-Madison
Профессор физики Калифорнийского технологического института Кеннет Либбрехт научился выращивать снежинки заданного типа в лабораторных условиях. Кроме того, профессор Либбрехт известен как автор самой большой и разнообразной коллекции фотографий снежинок.
Искусственная снежинка. Лаборатория Либбрехта
На созданном им сайте много интересной информации, в том числе о советы и необходимое оборудование для фотографирования снежинок и описание способа создания кристаллов в домашних условиях.
А здесь можно посмотреть конструкцию Алексея Клятова, которую он использует для фотографирования снежинок у себя на балконе. И, конечно, множество изумительных фотографий.
Фото А.Клятов
Не смотря на столько давнюю историю, ещё много неизвестно учёным и снежные прогнозы остаются не достоверны. Изучение снега на несколько десятилетий отстают от изучения дождя. Большое разнообразие форм и количества воды в них содержащегося продолжает сбивать с толку погодные радары и спутниковые радиометры.
Фото А.Клятов
Чтобы наблюдать за снегом, спутник должен быть специально для этого спроектирован, считает Skofronick-Jackson, занимающийся изучением дистанционного зондирования снегопадов. Он вместе с сотней других учёных NASA Global Precipitation Mission Cold-season Precipitation Experiment (GCPEx) использует датчик, которые среди прочих могут рассказать о разнице между каплями дождя и снежинками.
Фото У. Бентли
Данные, полученные GCPEx смогут быть использованы для измерения снегопадов во всём мире, что даст важную информацию метеорологам и климатологам. Сейчас учёные готовят полученные данные для спутника Global Precipitation Mission (GPM), запускаемого в 2014. Этот спутник, в первую очередь, направлен на распознавание и измерение снега до того, как он упадёт на землю.
GPM Core Satellite visualisation
Источники:
http://www.its.caltech.edu/~atomic/snowcrystals/primer/primer.htm сайт Либбрехта
http://www.snowcrystals.net/gallery1lg/index.htm фото Либбрехта
http://chaoticmind75.blogspot.ru/2013/08/blog-post_8462.html статья Клятова
http://www.flickr.com/photos/chaoticmind75/sets/72157626146319517/with/8343244162/ фото Клятова
http://lj.rossia.org/users/freetrinity/115494.html про Бентли
http://bigpicture.ru/?p=31716 фото Бентли
http://watta.ru/stati/nauka-o-snezhinkah.html про формирование снежинок
http://pulson.ru/interesnoe-foto/snow-under-the-microscope-23-photos.html снежинки под микроскопом
https://earthdata.nasa.gov/featured-stories/featured-research/cold-symmetric-and-cryptic о GCPEx и трудностях дистанционного зондирования снега
http://www.nasa.gov/mission_pages/GPM/main сайт GPM
и ещё статьи про снег и снежинки:
http://grani.ru/Society/Science/m.132495.html
http://chemfiles.narod.ru/meteo/snow/snow1.html
http://www.aquaexpert.ru/enc/articles/snowflake/
http://www.vokrugsveta.ru/vs/article/2932/