О шестиугольных снежинках от Кеплера до наших дней

МОУ СОШ с. Казачка

Первые наблюдения Дело было так. В 1550 году архиепископ Олаф Магнус из шведского города Упсала первым наблюдал снежинки невооруженным глазом. Его рисунки свидетельствуют о том, что он не заметил их шестиконечной симметрии.

Немецкий астроном Иоганн Кеплер первым обратил внимание на шестиугольную форму. В 1611-м году издал научный трактат «О шестиугольных снежинках», в котором подверг чудеса природы рассмотрению со стороны жесткой геометрии. «Изобилие глубочайших идей, широта подхода при рассмотрении причин образования снежинок, замечательные геометрические обобщения, смелость и остроумие высказанных гипотез поражают и сейчас» – вот авторитетное мнение историка кристаллографии И.И. Шифрановского.

Рене Декарт и снежинки. В 1635 году из-под пера французского философа и учёного Рене Декарта появились заметки и чертежи, посвящённые формам снежинок. Современные специалисты удивлены тем, что на этих рисунках встречается редкий тип, представляющий шестигранный кристалл, на двух концах которого - шестигранные пластинки.

Микроскоп и снежинки. С изобретением микроскопа в середине 17 века представления о формах снежинок расширились. Английский естествоиспытатель Роберт Гук установивший клеточное строение тканей, пришёл к выводу, что геометрия снежинок основана на шестиконечной симметрии.

Первая дискуссия о загадках строения снежинок связана с именем Фридриха Мартенса и его заметками о путешествии от Шпицбергена до Гренландии. Приоритет в классификации снежных кристаллов принадлежит итальянскому священнику и математику Донату Розетти. А английский китобой Уильям Скорсби первым описал снежные кристаллы в форме шестигранных пирамид, столбиков и их комбинаций с плоскими элементами.

В историю исследования снежинок внесли свою лепту и японцы. Феодальный правитель Страны восходящего солнца Тосицура Онаками Дои с присущим японцам чувством точности и хрупкой красоты составил 97 рисунков «снежных цветков». Сделанные в 1839 году, они с полным правом считаются самыми точными изображениями снежинок до открытия микрофотографии. А в университете Саппоро исследуют снежинки и в наше время.

Но особенно формами снежинок учёные заинтересовались благодаря Уилсону Бентли – фермеру из американского штата Вермонт. Он родился в 1865 году и в пятнадцатилетнем возрасте получил в подарок от матери микроскоп. На улице мальчик принялся рассматривать снежинки, которые поразили его разнообразием и красотой форм. На протяжении трёх зим он пытался зарисовать снежные кристаллики, но они были слишком сложны и быстро таяли. Фотоаппарат, прикреплённый к микроскопу, разрешил эту трудность, и целых полвека Бентли фотографировал снежинки, делая до 300 снимков за зиму. В 1898 году в журнале «Харперс мэгэзин» он опубликовал статью о снежных кристаллах, и с тех пор слава о нём разнеслась по всему миру. Подборка его самых удачных работ - около двух с половиной тысяч снимков.

Причины мистического разнообразия даже одного типа снежных кристаллов зависит от множества параметров. Японский профессор Укисиро Накая установил: снег - единственное вещество, которое кристаллизуется в столь разнообразных формах. Учёный выделил семь основных типов снежинок: игловидные, столбчатые, плоские, которые подразделяются на гексагонально-плоские и звездообразные, комбинация из столбчатых и плоских кристаллов, столбчатый кристалл с расширенными боковыми ветвями, обындевевшие. Он установил, что ледяные кристаллики очень быстро меняются при изменениях температуры. Даже если она повышается на несколько градусов, один тип кристалла превращается в другой, а после этого снова преобразуется в предыдущий. Причём новая форма сохраняет внутри прежнюю структуру.

Искусственные снежинки В лаборатории университета Саппоро учёные разработали метод и устройство для искусственного получения снежных кристаллов. Первые результаты появились в 1936 году, а к концу 1994 года японцы искусственным путём уже воспроизводили любой тип снежинок.

Тайна снежинки Но по сей день никто из учёных мужей не сумел объяснить, почему молекулы воды при различных температурах кристаллизируются в различные формы. Австралийские исследователи в начале 40-х годов 20 столетия сообщили, что, согласно их наблюдениям, так называемые кристаллизирующие ядра приходят из Вселенной. Были даже разработаны таблицы для установления связи между дождём и метеоритными пылинками. К сожалению, эта теория очень быстро была опровергнута. В последнее время интерес физиков к снежинкам начал проявляться вновь. Создана даже теория, благодаря которой можно будет ответить на вопрос, связанный с возникновением и развитием снежинок, определить причины, приводящие к образованию столь сложных и непредвиденных форм.

Так что Уилсон Бентли, вероятно, с радостью бы узнал, что за время интенсивных исследований снежные кристаллы, к которым он некогда привлёк внимание публики, по-прежнему хранят загадку бесконечного многообразия своих форм.

Заведующий отделением физики в Технологическом институте Калифорнии целый день выращивает снежные хлопья Кен Либбрехт (Ken Libbrecht), возможно, самый чудной представитель ученых-физиков. В маленькой лаборатории института он каждый день наблюдает, как мать природа производит свой самый прекрасный и самый недолговечный продукт – снежинки. Рост снежинки завершается в течение нескольких минут, если не секунд, доставляя ученому удовольствие. Конкурируя с природой, он разработал простую и недорогую технологию по производству снежных хлопьев. Каждая из снежинок так же уникальна, как и та, что падает с холодного зимнего неба. Ученый посвятил себя снежным кристаллам около пяти лет назад. Результаты ошеломительные: его веб-страничка содержит целую фотогалерею зимних красавиц. Совместно с фотографом Патрисией Расмуссен физик планируют издать книгу, в которую войдут самые фотогеничные снежинки.