Первопроходцем изучения «теории снега» стал юный фермер Уилсон Элисон Бентли по прозвищу «Снежинка». С детских лет его привлекала необычная форма падающих с неба кристаллов. В его родном городе Джерико на севере США снегопады были регулярным явлением, и юный Уилсон проводил много времени на улице, изучая снежинки.
Уислон "Снежинки" Бентли
К подаренному матерью на 15-летие микроскопу Бентли приспособил фотоаппарат и попытался запечатлеть снежинки. Но на совершенствование технологии ушло без мало пять лет – лишь 15 января 1885 года был получен первый отчетливый снимок.
За всю свою жизнь Уилсон запечатлен на фотографиях 5000 разнообразных снежинок. Он не переставал восхищаться красотой этих миниатюрных произведений природы. Для получения своих шедевров, Бентли работал при минусовой температуре, помещая каждую целую из найденных снежинок на черный фон.
Работы Уилсон высоко оценили и ученые, и художники. Его часто приглашали выступить на научных конференциях или выставить фотоснимки в художественных галереях. К сожалению, Бентли умер на 65-ом году жизни от пневмонии, так и не доказав, что одинаковых снежинок не бывает.
Эстафету «теории снега» подхватила сто лет спустя исследователь Национального центра Атмосферных исследований Нэнси Найт. В работе, опубликованной в 1988 году, она доказала обратное утверждение – одинаковые снежинки могут и должны существовать!
Доктор Найт попробовала воспроизвести процесс построения снежинок в лабораторных условиях. Для этого она выращивала несколько кристаллов воды, подвергая их одинаковых процессам переохлаждения и перенасыщения. В результате опытов ей удалось получить снежинки абсолютно идентичные друг другу.
Дальнейшие полевые наблюдения и обработка погрешностей опытов позволили Нэнси Найт утверждать, что возникновение одинаковых снежинок возможно и определяется только теорией вероятности. Составив сравнительный каталог небесных кристаллов, Найт сделала вывод, что у снежинок наблюдается 100 признаков различия. Так образом, общее количество вариантов внешнего вида составляет 100! т.е. почти 10 в 158-й степени.
Полученное число вдвое больше, чем количество атомов во Вселенной! Но это не значит, что совпадения совсем невозможны – делает в своей работе заключение доктор Найт.
И вот – новые исследования по «теории снега». На днях профессор физики Калифорнийского университета Кэннет Либбрехт обнародовал результаты многолетних исследований своей научной группы. «Если вы видите две одинаковые снежинки – они все равно различаются!» - утверждает профессор.
Либбрехт доказал, что в составе молекул снега примерно на каждые пятьсот атомов кислорода с массой 16 г/моль приходится один атом с массой 18 г/моль. Устройство связей молекулы с таким атомом таково, что предполагает бесчисленное количество вариантов соединений внутри кристаллической решетки. Другими словами – если две снежинки действительно выглядят одинаково, то их идентичность еще нужно проверить на микроскопическом уровне.
Изучение свойств снега (и, в частности, снежинок) - не детская забава. Знания о природе снега и снежных облаков очень важны при исследовании климатических изменений. А некоторые из необычных и неизученных свойств льда могут найти и практическое применение.
Ученые выделяют два варианта образования снежных кристаллов. В первом случае водяной пар, занесенный ветром на очень большую высоту, где температура составляет около 40° С, может внезапно замерзнуть, образовав кристаллы льда. В нижнем слое облаков, где вода замерзает медленнее, кристалл создается вокруг маленькой пылинки или частицы грунта. Этот кристалл, которых в одной снежинке насчитывается от 2 до 200, имеет форму шестигранника, поэтому большинство снежинок представляют собой шестиконечную звезду.
«Страна Снегов» - такое поэтическое название придумали для Тибета его жители.
Форма снежинки зависит от многих факторов: температуры вокруг, влажности, давления. Тем не менее, выделяют 7 основных видов кристаллов: пластинки (если температура в облаке – от -3 до 0°С), звёздчатые кристаллы, столбцы (от -8 до -5°С), иглы, пространственные дендриты, столбцы с наконечником и неправильные формы. Примечательно, что если при падении снежинка вращается, то форма её будет идеально симметричной, а если будет падать боком или как-то иначе – то нет.
Кристаллы льда шестиугольные: они не могут соединиться углом — только гранью. Поэтому лучи от снежинки всегда растут в шесть сторон, а разветвление от луча может отходить только под уголом 60 или 120°.
С 2012 года в предпоследнее воскресенье января отмечается «Всемирный день снега». Инициаторами этого выступила Международная федерация лыжного спорта.
Снежинки кажутся белыми из-за заключенного в них воздуха: свет разных частот отображается на гранях между кристаллами и рассеивается. Размер обычной снежинки составляет около 5 мм в диаметре, а масса – 0, 004г.
При озвучивании фильма «Александр Невский» скрип снега получали путем сжимания смешанного сахара и соли.
Считается, что двух одинаковых снежинок не бывает. Впервые это было доказано в 1885 году, когда американский фермер Уилсон Бентли сделал первый удачный снимок снежинки под микроскопом. Он посвятил этому 46 лет и сделал более 5000 фотографий, на основе которых и была подтверждена теория.
Всем привет! Я Мария, но для своих - Марик. Всю свою жизнь я верила в чудеса и волшебство, и до сих пор верю. Хотя многие опровергали это. Именно поэтому я хочу рассказать эту историю всем. И так начнём...
Сегодня 31 декабря, Новый год... У меня есть одно единственное желание. Я хочу друга. Мне 10 лет, и за всё это время у меня была одна подружка, но два месяца назад она переехала, и мне стало совсем одиноко. Дело в том, что я росла застенчивой и стеснительной девочкой, я никогда не могла просто подойти и поговорить с кем-то, в то же время никто и не хотел со мной знакомиться... Кроме Сеньки (её имя - Ксения), она всегда меня поддерживала и подбадривала. Но она уехала, а у меня, кроме тоски, осталось большое желание найти друзей.
Скоро будет полночь, и я смогу загадать желание! Я сижу на кухне с родителями, и старшим братом. Александру уже 16 лет, я зову его Алик. Это началось ещё с детства, когда я не могла выговаривать звук «Р», а он не любил когда его называли Саша...
Наконец-то, президент произносит свою речь... Часы начинают бить полночь... Я загадываю желание по всем правилам... А я решила последовать новогодней традиции, о которой мне рассказывали родители. Я, пока часы били двенадцать, быстро написала на бумажке самое заветное желание, сожгла её и выпила сок с пеплом. И я верю, что это желание обязательно сбудется, ведь все мечты обязательно сбываются!
Прошёл час с того момента. Я сидела на подоконнике и смотрела в окно. Ко мне подошёл Алик.
Марик, что делаешь? Ай-да, на улицу!
Но мы же должны пойти чуть позже?
Родители разрешили выйти пораньше, а они подойдут минут через 10. Ну, пойдём, в снежки поиграем!
Через 5 минут мы наперегонки бежали по лестнице вниз. Брат, как всегда, прибежал первым. Он выигрывает меня почти во все игры, он мне никогда и нигде не поддаётся, но это и к лучшему. «Хочешь кого-то превзойти или стать лучшим, то сражайся с противником, превосходящим тебя!» Так всегда говорит Алик.
Ну что, сестрёнка, я победил! И ты выполняешь моё желание!
Почему это?
Потому что я выиграл! А по условию наших споров, тот, кто проиграл, выполняет желание победителя.
Какое желание на этот раз?
И сейчас я повелась, на его уловку. Когда мы во что-то играем, то заключаем эту сделку. Я уже столько раз выполняла его желания и прихоти, что устала.
А от моих желаний у него только выгода. Один раз он мне проиграл в шахматы, и я ему приказала признаться девушке в своих чувствах. Он это сделал, а она ответила взаимностью. Так он обзавёлся подружкой.
Ты должна в течение недели найти хотя бы одного друга, а после этого познакомить со мной!
После сказанного братец сделал самодовольную улыбку и кинул в меня комок снега. Так мы долго перекидывались друг в друга снегом, я точно не поняла, сколько это продолжалось, но я радовалась и смеялась вместе с ним. Видимо, я ошибалась, у меня есть не только Сенька, но и Алик.
Хватит, я устала!- заныла я.
Ничего, давай поваляемся в снегу.
Мой визг, наверное, был слышан во всём районе. Мы валялись и делали ангелочка. Мы даже не заметили, как к нам присоединились родители. Мы кувыркались в снегу все вместе.
Папа с Аликом подожгли коробочку с огоньками и быстро прибежали к нам. В небе появились разные огоньки, они были то красными, то зелёными, то синими, то жёлтыми, то фиолетовыми, это было так красиво! К сожалению, всё прекрасное когда-нибудь кончается. После фейерверка мы пошли домой. Не успела я прикрыть глаза, как уснула.
Долго мне не дали спать лучики яркого солнца, бегающие по моему лицу. Когда я раскрыла глаза, то сначала не могла поверить! Передо мной на подушке лежала настоящая снежинка! Она была пятиконечной, совсем как звёздочка. На каждом лучике было по две «веточки». А на верхнем - их было четыре! Снежинка была настолько сказочной и красивой, что я не могла отвести взгляд.
Привет!- вдруг заговорила она.
Ты разговариваешь? Но как? И почему ты не таешь?
Я разговариваю! Я же волшебная! Меня отправил сюда Дедушка Мороз, это ведь ты загадала желание «Хочу себе друга», а эта записка уже отправилась прямиком к нему! Я помогу тебе в поисках друзей! Меня зовут Снежка, а тебя? Да, и таких же как я не существует, запомни это!
А меня зовут Марик! Приятно познакомится.
Почему ты грустишь, Марик? Почему ты не можешь ни с кем подружиться?
Просто я очень стеснительная...
Понятно, тебе не хватает смелости! И всего-то?
Снежка захохотала своим звонким и тоненьким голоском, напоминавшим мне звон маленьких бубенчиков.
Это не просто. А беда моя в том, что из-за спора с братом, я должна за неделю найти друзей.
Мы их найдём за день! Давай, собирайся, и пошли на улицу! Я вижу, что ты добрая девочка, поэтому помогу тебе!
Я вышла на кухню и заметила брата.
А куда ты идёшь?
На свидание, не скучай сестрёнка! Пока! И удачи с поиском друзей!
Пока! Удачи на свидании!
Дверь за братом закрылась. А я пошла завтракать и собираться на улицу.
Я чмокнула в щёчку папу и начала спускаться по лестнице.
Марик, иди на площадку!
Зачем, Снежка?
Там будет легче всего познакомиться с кем-нибудь.
После этих слов я медленно поплелась к качелям на детской площадке. Когда я подошла, то сразу начала кататься, а моя снежинка рассказала мне план действий.
Итак, будем действовать напрямую! Ты заговоришь с тем, кто первый зайдёт на эту площадку! И не важно, кто это будет, мальчик или девочка, знакома ты с ним или нет! Понятно?
Эх, ладно, - промямлила я.
Мы ждали около пяти минут. Через калитку прошла девочка, моего возраста. Снежка сразу же отправила меня к ней.
Привет, я Марик! А как тебя зовут?
Что тебе нужно?- буркнула незнакомка.
Давай дружить?
Ты знакомишься, как в детсаде. Прости, но с мелочью не вожусь!
Она тут же отошла от меня и села на скамейку. А я побрела на качели.
Не расстраивайся! Сейчас ещё раз попробуем!
Так я пробовала ещё раза три, но всё бесполезно. Поэтому я пошла домой, пить горячий чай.
Вечером во время ужина все спросили: «Ну что, как дела?» На что я ответила лишь: «В следующий раз повезёт». Несмотря ни на что я не сдамся, ведь я обещала брату, да и снежинка ведь не зря тут, мне тоже надоело быть вечно одной.
На следующе утро меня разбудила снежинка своим звонким голоском.
Проснись и пой! Нас ждут новые приключения! Сегодня твой брат пойдёт на каток, и он обязательно возьмёт тебя с собой!
С чего ты это взяла?
Ну просто... Я ему оставила записку от твоего имени.
А что за записка?
Ты хочешь на каток, разумеется. Тебе ведь нужно отдохнуть.
После её слов в комнату залетел Алик.
Марик, ты ещё спишь? А ну, вставай, мы на коньках кататься идём!
Через полчаса мы уже выходили. По дороге к катку мы говорили о его девушке, о том как они начали встречаться и о их свиданиях. Старший брат доверяет мне, поэтому рассказывает о себе всё. Когда мы приехали, то взяли коньки и пошли кататься. Мы кружились, падали и веселились. Весь день мы провели вместе. И я кое-что поняла...
Алик, я поняла, мне не нужны друзья, у меня ведь есть ты!
Марик, я, конечно, признателен, но ты ошибаешься! Я твой старший брат, и друг, само собой разумеется. Но у тебя кроме меня должны быть другие друзья, без них тебе никак! Иначе тебе когда-нибудь будет одиноко и скучно. Но у тебя осталось ещё целых пять дней!
Да, понимаю.
Так я и провела весь день с Аликом. Остальное время я провела дома. Снежка меня подбадривала, как могла. И после её уговоров последний раз в каникулы я всё же вышла на улицу.
Смотри, тот мальчик идёт к тебе. Если он заговорит с тобой, то, не бойся, будь смелой!
Я взглянула на того мальчишку. И вправду, он шёл ко мне.
Привет, я Боря! А как тебя зовут?
Меня? Я Мария, но можно просто Марик.
Хорошо, Марик, давай дружить? Просто, я недавно переехал, и вскоре заболел. Я в окно видел тебя каждый день, и то, как ты веселилась с парнем на Новый год. Я сразу же захотел подружиться с тобой. А вчера, когда вышел, чтобы познакомиться, тебя уже не было. Но сегодня ты здесь. Может, станем друзьями?
Давай! Я с радостью.
Так мы провели с моим новым другом весь день. Вечером я познакомила его с братом. Но когда я пришла домой, то уже не увидела Снежки.
С тех пор я каждый год просила только одно желание. Я хотела увидеть Снежку. Время шло, но снежинка больше не появлялась.
Мне 15 лет. Я смотрю сквозь морозные узоры в окно на двор. Как и в первую нашу встречу со снежинкой, солнце светит прямо в глаза, вдруг я вновь услышала её звонкий голос.
Снежка? Это ты? Но как?
Это я! А что, не веришь? Давай, рассказывай, как у тебя дела? Что с Борей? А то мне лететь нужно, я на минутку заглянула.
Всё просто отлично! Благодаря тебе я завела много друзей. А с Борей мы теперь встречаемся! Брат, кстати, сделал своей девушке предложение! Спасибо тебе большое за всё!
Я рада за тебя! Я хочу с тобой попрощаться, ведь в прошлый раз не получилось. Прощай, Марик! Обещаю, что не забуду тебя!
Прощай! И я обещаю, Снежка...
Последнею фразу я почти прошептала. В голове крутился образ снежинки, которую я узнала пять лет назад, именно её я увидела и сегодня. Я поняла, что ко мне прилетала моя Снежка... Ведь одинаковых снежинок не бывает.
Это и есть маленькое чудо, маленькое волшебство, которое помогло мне отыскать друзей. Кстати, Боря и есть мой муж, и у нас теперь двое детей. Я им часто рассказываю эту историю. С Сенькой мы продолжаем общаться.
Люди, верьте в чудеса! Они сделают вас счастливее! Благодаря Снежке моя жизнь стала яркой и позитивной.
На этом мой рассказ подошёл к концу, я надеюсь, что читатели поймут меня, и перестанут отрицать очевидное, а взамен станут чуточку добрей и радостней! Верьте в чудеса, и они обязательно исполнятся!
Знакомое каждое школьнику утверждение, что не бывает двух одинаковых снежинок, неоднократно подвергалось сомнениям. Но уникальные исследования Калифорнийского технологического университета смогли поставить последнюю точку в этом поистине новогоднем вопросе.
Снег образуется, когда микроскопические капли воды в облаках притягиваются к пылевым частицам и замерзают.
Появляющиеся при этом кристаллы льда, не превышающие поначалу 0,1 мм в диаметре, падают вниз и растут в результате конденсации на них влаги из воздуха. При этом образуются шестиконечные кристаллические формы.
Из-за структуры молекул воды между лучами кристалла возможны углы лишь в 60° и 120°. Основной кристалл воды имеет в плоскости форму правильного шестиугольника. На вершинах такого шестиугольника затем осаждаются новые кристаллы, на них - новые, и так получаются разнообразные формы звёздочек-снежинок.
Профессор физики Калифорнийского университета Кэннет Либбрехт обнародовал результаты многолетних исследований своей научной группы. «Если вы видите две одинаковые снежинки – они все равно различаются!» — утверждает профессор.
Либбрехт доказал, что в составе молекул снега примерно на каждые пятьсот атомов кислорода с массой 16 г/моль приходится один атом с массой 18 г/моль.
Устройство связей молекулы с таким атомом таково, что предполагает бесчисленное количество вариантов соединений внутри кристаллической решетки.
Другими словами – если две снежинки действительно выглядят одинаково, то их идентичность еще нужно проверить на микроскопическом уровне.
Изучение свойств снега (и, в частности, снежинок) — не детская забава. Знания о природе снега и снежных облаков очень важны при исследовании климатических изменений.
Давайте посмотрим, как это можно устроить.
Одна молекула воды - это один атом кислорода и два атома водорода, связанные между собой. Когда замороженные молекулы воды связываются между собой, каждая молекула получает поблизости четыре других привязанных молекулы: по одной на каждой из тетраэдрических вершин над каждой отдельной молекуле. Это приводит к тому, что молекулы воды складываются в форму решетки: шестиугольную (или гексагональную) кристаллическую решетку. Но большие «кубики» льда, как в отложения кварца, чрезвычайно редкие. Когда вы заглядываете в мельчайшие масштабы и конфигурации, вы находите, что верхние и нижние плоскости этой решетки упакованы и связаны очень плотно: вы имеете «плоские грани» на двух сторонах. Молекулы на оставшихся сторонах более открыты, и дополнительные молекулы воды связываются с ними более произвольно. В частности, шестигранные углы имеют самые слабые связи, поэтому мы наблюдаем шестикратную симметрию в росте кристаллов.
и рост снежинки, частной конфигурации кристалла льда
Новые структуры затем растут по таким же симметричным схемам, наращивая гексагональные асимметрии по достижении определенного размера. В больших сложных кристаллах снега сотни легко различимых особенностей, если смотреть под микроскопом. Сотни особенностей среди примерно 10 19 молекул воды, из которых состоит обычная снежинка, если верить Чарльзу Найту из Национального центра атмосферных исследований. На каждую из таких функций есть миллионы возможных мест, где могут образоваться новые веточки. Сколько же может образовать таких новых особенностей снежинка и при этом не стать очередной из многих?
Каждый год во всем мире падает примерно 10 15 (квадриллион) кубометров снега на землю, и в каждом кубометре содержится порядка нескольких миллиардов (10 9) отдельных снежинок. Поскольку Земля существует около 4,5 миллиардов лет, за всю историю на планету упало 10 34 снежинок. И знаете, сколько с точки зрения статистики отдельных, уникальных, симметричных ветвящихся особенностей могла иметь снежинка и ожидать двойника в определенный момент истории Земли? Всего пять. Тогда как у настоящих, больших, природных снежинок их обычно сотни.
Даже на уровне одного миллиметра в снежинке можно рассмотреть несовершенства, которые сложно продублировать
И только на самом приземленном уровне можно ошибочно разглядеть две одинаковых снежинки. И если вы готовы спуститься на молекулярный уровень, ситуация станет гораздо хуже. Обычно в кислороде 8 протонов и 8 нейтронов, а в атоме водорода 1 протон и 0 нейтронов. Но 1 из 500 атомов кислорода имеет 10 нейтронов, в 1 из 5000 атомов водорода имеет 1 нейтрон, а не 0. Даже если вы образуете идеальные шестиугольные кристаллы снега, и за всю историю планеты Земля насчитали 10 34 кристаллов снега, достаточно будет опуститься до размеров нескольких тысяч молекул (меньше длины видимого света), чтобы найти уникальную структуру, которую планета никогда не видела прежде.
Но если проигнорировать атомные и молекулярные различия и отказаться от «природного», у вас будет шанс. Исследователь снежинок Кеннет Либбрехт из Калифорнийского технологического института разработал методику для создания искусственных «идентичных близнецов» снежинок и фотографирует их с помощью специального микроскопа под названием SnowMaster 9000.
Выращивая их бок о бок в лабораторных условиях, он показал, что можно создать две снежинки, которые будут неразличимы.
Две практически идентичных снежинки, выращенные в лаборатории Калтеха
Ну, почти. Они будут неразличимы человеку, которые смотрит своими глазами через микроскоп, но они не будут идентичны по правде. Как и идентичные близнецы, они будут иметь много различий: у них будут разные места связки молекул, разные свойства ветвления, и чем они больше, тем сильнее эти различия. Вот почему эти снежинки очень маленькие, а микроскоп мощный: они более похожи, когда менее сложны.
Две почти идентичных снежинки, выращенные в лаборатории в Калтехе
Тем не менее многие снежинки похожи одна на другую. Но если вы ищете действительно идентичные снежинки на структурном, молекулярном или атомном уровне, природа никогда вам этого не преподнесет. Такое число возможностей велико не только для истории Земли, но и для истории Вселенной. Если вы хотите знать, сколько вам нужно планет, чтобы заполучить две идентичные снежинки за 13,8 миллиардов лет истории Вселенной, ответ будет порядка 10 100000000000000000000000 . Учитывая, что в наблюдаемой Вселенной всего 10 80 атомов, это крайне маловероятно. Так что да, снежинки действительно уникальны. И это мягко говоря.
