Почётный профессор Валерий Лиопо раскрыл секрет образования снежинок

Невозможно представить зиму без снега, а снег без самых невероятных снежинок, среди которых не найти одинаковых. Попробуем разобраться в том, как же образуются эти удивительные крохи  – шестилучевые кристаллы снежинок, обладающие поразительной симметрией.

Снежинки образуются в облаках при различной температуре и влажности и на пути к земле меняют свою форму. При низкой температуре выпадает снежная и ледяная крупа или тонкие ледяные иголки. А при легком морозе снег имеет вид сложных шестиугольных звездочек. Каждая снежинка – это маленький кристаллик, который сформировался из затвердевания капельки воды, а по молекулярному масштабу капелька воды – это океан.

Вы только посмотрите, размер одной молекулы воды составляет 2,3 ангстрема (единица измерения, равная 0,000 000 0001 метра)!

Считается, что снежинки – это шестиугольные пластиночки, но это не так. На самом деле это сложная объемная структура. Во время полета в воздухе снежинки имеют объемную структуру, а когда падают на поверхность, то приобретают форму поверхности и становятся ­плоскими.

Впервые изучением структуры снежинок занялся Иоганн Кеплер  – знаменитый немецкий астроном и математик. В 1611 году он выпустил трактат «Новогодний подарок, или О шестиугольных снежинках». Эту изящную миниатюру-шутку Иоганн Кеплер преподнес другу – Иоганну Маттею Вакеру фон Вакенфельсу, советнику императора Рудольфа II, в качестве новогоднего подарка.

В его поисках Иоганн Кеплер размышлял так: «Я перехожу мост, терзаемый стыдом – я оставил тебя без новогоднего подарка! И тут мне подворачивается удобный случай! Водяные пары, сгустившись от холода в снег, выпадают снежинками на мою одежду, все, как одна, шестиугольными, с пушистыми лучами. Клянусь Гераклом, вот вещь, которая меньше любой капли, имеет форму, может служить долгожданным новогодним подарком любителю Ничего и достойна математика, обладающего Ничем и получающего Ничто, поскольку падает с неба и таит в себе подобие шестиугольной звезды!».

Это известное научно-художественное произведение в доступной форме раскрывает геометрические аспекты строения снежинок. Данный труд оказал значительное влияние на развитие науки, и считается исходной точкой в развитии кристаллографии.

Позднее в работах Ральфа Фаулера, Джона Бернала и других ученых было установлено, что вода в твердом состоянии имеет интересную своеобразную структуру, она может кристаллизоваться из воздуха на каких-то поверхностях, например, на поверхности оконных стекол. Несмотря на то, что внешне эти стекла кажутся ровными и гладкими, они имеют определенную молекулярную неоднородность. И когда пары из воздуха попадают на холодную поверхность, то при слиянии нескольких молекул в каплю возникает лед, который и отражает неоднородную поверхность стекла. Этот процесс в науке называют дендритной или внутрикристаллитной ликвацией. По своему внешнему виду лед на стеклянной поверхности напоминает рисунок – ветки деревьев, покрытые снегом. В древности наши предки по таким рисункам предсказывали, что их ожидает в эту зиму и в последующем.

Сегодня у каждого с собой есть жидкие кристаллы. Они прочно вошли в нашу жизнь: используются в дисплеях мобильных телефонов, компьютеров, в электронных часах и калькуляторах. За кристаллами – будущее. Надо сказать, что используются кристаллы не только увеличенных объемов, но и уменьшенных. И недаром говорят, что одними из важнейших направлений в развитии науки и техники являются нанофизика и нанотехнологии. Промышленные наночастицы, используемые, например, при создании полимерных композитов, – это техническая процедура, широко распространенная в наши дни. В этом направлении активно работают и сотрудники нашего университета.

Почетный профессор,

ученый в области кристаллографии,Валерий ЛИОПО.