Приход зимы всегда сопровождается чистым снежным пейзажем. С древних времён снежинки описывались с использованием множества поэтических метафор, сравнивая их с хрупкими кристаллами соли, сахара или гусячьих перьев.

Но если внимательно присмотреться, становится очевидным, что большинство снежинок имеет форму с шести лепестками. Почему снежинки принимают именно такую форму? Какие научные принципы лежат в основе их формирования?

Снежинки образуются через рост кристаллов льда. Эти кристаллы льда — это твёрдые гидраты, которые создаются за счёт конденсации водяного пара на ядре льда, которое можно считать начальной формой снежинок. Процесс образования снежинок напоминает тонкую «гонку», в которой рост кристаллов льда зависит от температуры и влажности.

Ещё в эпоху Западной Хань люди заметили, что снежинки преимущественно имеют шестиугольную форму. Современные технологии позволили нам более чётко наблюдать это явление.

Кристаллы льда относятся к гексагональной кристаллической системе, которая характеризуется четырьмя кристаллографическими осями: одной основной осью и тремя вспомогательными осями. Главная ось перпендикулярна основной плоскости, а вспомогательные оси пересекаются под углом 60 градусов.

Механизм роста кристаллов льда определяет форму снежинок. Когда основная ось растёт быстрее, чем вторичные оси, кристаллы льда формируют столбики, образуя структуру, называемую «иголками». Напротив, когда основная ось растёт медленнее вторичных осей, кристаллы льда принимают форму пластинок, которая называется «пластинками». Этот механизм роста приводит к тому, что большинство снежинок имеют гексагональную форму, поскольку в этих условиях основная ось растёт медленнее, приводя к образованию шестиугольной базовой формы.

Температура и влажность играют важную роль в росте кристаллов льда. При очень низких температурах рост кристаллов льда замедляется, что приводит к образованию маленьких снежинок. Когда температура приближается к 0°C, основание снежинок в основном остаётся гексагональным.

Влажность также значительно влияет на форму кристаллов льда. При низкой влажности кристаллы льда растут медленно, образуя столбики или иголки. В то время как высокая влажность ускоряет рост кристаллов льда, образуя сложные снежинки в форме звезды. Эти различия приводят к тому, что снежинки имеют разнообразные формы во время своего падения.

Снежинки могут слиться во время своего падения. Когда они спускаются, снежинки могут сталкиваться, тереться друг о друга или даже слипаться, образуя более крупные снежинки. Этот процесс слияния может привести к образованию очень крупных снежинок.

Помимо их визуальной красоты, снежинки имеют значительное значение для научных исследований. Их часто называют «посланниками с небес», так как учёные могут определить атмосферные условия, анализируя формы кристаллов снежинок. Более того, изучение снежинок способствовало достижениям в атомной физике и оказало положительное влияние на исследования молекул лекарств, полупроводниковых чипов и солнечных панелей.

Образование снежинок — это процесс, полный как эстетической красоты, так и научного интереса. От сложной структуры кристаллов льда до разнообразных форм снежинок эти природные явления вдохновляют на восхищение и раскрывают чудеса природы. Снежинки, подобно группе забавных эльфов, украшают наш мир, воплощая в себе глубокие научные знания, которые ещё предстоит изучить и понять.