У снежинки обычно шесть лучей, но в природе встречаются кристаллы с двенадцатью ветвями, треугольными очертаниями, столбчатой формой или несколькими расходящимися из одного центра осями. На первый взгляд такие образцы будто опровергают правило о шестилучевой симметрии. Однако чаще необычный вид объясняется соединением нескольких кристаллов, изменением условий роста или тем, что наблюдатель рассматривает не отдельный кристалл, а целую снежную частицу.
Чтобы разобраться в редких формах, полезно разделять три вещи: внутреннее строение льда, внешний контур кристалла и историю его роста в облаке. Кристаллическая решётка задаёт предпочтительные направления, но не предписывает каждой снежинке быть плоской звездой с одинаковыми ветвями. Поэтому исключительные на вид образцы помогают не столько отменить правило, сколько точнее понять его границы.
- Почему у снежных кристаллов обычно шесть направлений
- Редкие формы, которые выглядят как исключения
- Двенадцатилучевые кристаллы
- Треугольные и трёхсекторные пластинки
- Столбики с пластинками на концах
- Розетки из нескольких столбиков
- Редкая форма или уже не один кристалл?
- Как температура и влажность меняют форму
- Как изучают необычные снежинки
- Частые вопросы
- Может ли снежинка иметь не шесть лучей?
- Бывают ли снежинки с треугольной формой?
- Почему две части одной снежинки могут выглядеть по-разному?
- Любая крупная снежинка — один кристалл?
Почему у снежных кристаллов обычно шесть направлений
В большинстве снежных облаков кристаллы состоят из гексагонального льда Ih. В его структуре молекулы воды связаны в упорядоченную решётку с шестикратной симметрией. Поэтому при росте кристалла характерные грани и направления обычно располагаются вокруг оси с шагом в 60 градусов. Эта особенность видна и у плоских пластинок, и у сложных разветвлённых снежинок.
Кристалл растёт, когда водяной пар оседает на его поверхности и превращается в лёд. Скорость роста зависит от температуры и влажности, а также от того, как быстро пар поступает к разным участкам поверхности. Ветви могут удлиняться и разветвляться, грани — становиться широкими или узкими, но основная кристаллическая ориентация сохраняется. Именно поэтому отдельные части одной снежинки часто похожи друг на друга, хотя их размеры и детали не всегда совпадают.
Шестилучевое строение не означает, что каждая снежинка обязана иметь шесть длинных и хорошо различимых лучей. У колонны или тонкой иглы привычная «звезда» вообще не возникает. Кроме того, рост может быть неравномерным: одна ветвь встречает более благоприятные условия, а другая повреждается или обрастает кристаллами. Правило относится прежде всего к симметрии решётки и типичным направлениям роста, а не к идеальной внешней форме каждого снежного зерна.
Редкие формы, которые выглядят как исключения
Двенадцатилучевые кристаллы
Снежинки с двенадцатью заметными ветвями часто возникают, когда рядом срастаются два кристалла пластинчатого типа. Если их оси ориентированы определённым образом, ветви обоих компонентов образуют рисунок, похожий на единую двенадцатилучевую звезду. Внешне это может выглядеть как один необычный кристалл, хотя его форма связана с соединением двух частей.
Такие образцы не означают, что одна решётка льда внезапно получила двенадцать равноправных направлений вместо шести. Каждый компонент сохраняет собственную кристаллическую симметрию, а необычное число лучей получается при их совместном расположении. Насколько хорошо видны обе группы ветвей, зависит от угла соединения и последующего роста.
Треугольные и трёхсекторные пластинки
У некоторых снежных кристаллов внешний контур напоминает треугольник, а не шестиугольную пластину. Треугольная форма редка и связана с неравномерным ростом граней: небольшая разница в скорости роста может усиливаться по мере увеличения кристалла. В других образцах заметны три выраженных сектора, хотя слабые грани или следы остальных направлений могут сохраняться.
Такой контур не следует автоматически считать доказательством трёхкратной симметрии самого льда. Внешний вид отражает то, как росли конкретные поверхности, а не только устройство решётки. Треугольник может быть заметной особенностью формы, тогда как в строении кристалла сохраняются характерные для льда направления.
Столбики с пластинками на концах
Иногда снежный кристалл напоминает короткую катушку или столбик, к концам которого прикреплены плоские пластинки. Такая форма возникает при смене условий роста: сначала кристалл вытягивается в одном направлении, затем скорость роста боковых частей меняется и на концах формируются расширения. В результате отдельные этапы развития оказываются видны в одной частице.
Эти образцы особенно наглядно показывают, почему форма снежинки не определяется одной температурой в момент наблюдения. Кристалл мог перемещаться внутри облака и проходить через участки с разными температурой и влажностью. Его конечный облик сохраняет следы этой меняющейся среды.
Розетки из нескольких столбиков
У некоторых снежных кристаллов несколько коротких столбчатых частей расходятся из общей центральной области. Их называют розетковидными кристаллами. Такая форма может складываться из нескольких направлений роста вокруг центра и выглядит объёмнее, чем обычная плоская звезда. Сходство с цветком здесь описывает только внешний вид, а не особый биологический или отдельный тип вещества.
Розетка помогает отличить снежный кристалл от плоского агрегата, но по одной фотографии это бывает непросто. Для оценки важны фокус, освещение и ракурс: объёмная частица может казаться плоской, а наложившиеся друг на друга элементы — единым объектом.
Редкая форма или уже не один кристалл?
В обиходе снежинкой называют почти любую заметную частицу снега, однако для описания её строения важно различать отдельный кристалл и агрегат. Несколько кристаллов могут сцепиться во время движения в облаке и образовать рыхлую сложную частицу. Она способна выглядеть как асимметричная звезда, ветвистый комок или крупная снежинка с множеством лучей, хотя эти детали не обязательно выросли из одной общей решётки.
Есть и другой процесс: переохлаждённые капли воды могут сталкиваться с кристаллом и замерзать на его поверхности. Налипание таких капель называют обледенением, а сильно обледеневшие частицы снега относят к граупелю. Поверхность при этом становится зернистой, а тонкие ветви могут утолщаться или терять чёткие очертания. Поэтому необычный контур иногда говорит не о редкой исходной форме, а о столкновениях и обрастании.
| Что видно | Возможное объяснение | Что важно не перепутать |
|---|---|---|
| Двенадцать направлений | Соединение двух пластинчатых кристаллов | Это не обязательно один кристалл с новой симметрией |
| Треугольный контур | Неравномерный рост граней и секторов | Внешняя форма не равна симметрии решётки |
| Столбик с расширениями на концах | Смена условий роста по мере движения в облаке | Форма может сохранять следы нескольких этапов |
| Неровная, зернистая частица | Срастание кристаллов или обледенение | Наблюдаться может агрегат, а не одиночный кристалл |
Как температура и влажность меняют форму
Связь между условиями в облаке и формой снежных кристаллов изучают по морфологическим диаграммам. В общих чертах при одних условиях заметнее растут плоские грани, при других — вытянутые столбики и иглы. Изменение насыщения воздуха водяным паром влияет на скорость роста и разветвлённость: при активном поступлении пара могут формироваться более сложные ветви. Однако диаграмма показывает тенденции, а не расписание, по которому каждая снежинка обязана принять строго заданный вид.
На результат влияют не только температура и влажность в одной точке, но и их изменения на пути кристалла. Даже части, растущие одновременно, могут развиваться неодинаково из-за локальных различий в доступе пара или столкновений с другими частицами. Поэтому по внешности нельзя безошибочно восстановить всю историю снежинки и тем более определить точные условия облака, в котором она образовалась.
Для сравнения удобно держать в уме несколько общих тенденций:
- гексагональная структура льда объясняет типичные шестикратные направления;
- температура связана с тем, какие поверхности растут быстрее, но не задаёт форму абсолютно;
- влажность влияет на интенсивность роста и выраженность ветвления;
- перемещение в облаке и столкновения могут изменить внешний вид уже растущего кристалла.
Как изучают необычные снежинки
Для наблюдения снежные кристаллы обычно собирают на охлаждённую поверхность и рассматривают под увеличением. Важно не допустить быстрого таяния и по возможности не повредить тонкие ветви. Снимок фиксирует форму, но сам по себе не всегда позволяет определить, срослись ли частицы или выросли как единое целое. Для такого вывода исследователю нужны отчётливые детали строения и несколько ракурсов.
При описании образца полезно отдельно отмечать контур, число заметных лучей, объёмность и признаки обледенения. Например, формулировка «пластинчатый кристалл с двенадцатью видимыми ветвями» осторожнее, чем категоричное утверждение о совершенно новом типе снежинки. Она отделяет то, что действительно наблюдается, от объяснения происхождения формы.
Редкие экземпляры привлекают внимание именно потому, что заметно отличаются от знакомой снежной звезды. Но необычность не всегда означает исключительное физическое явление: нередко перед нами сочетание обычных кристаллических правил с редким способом роста, срастанием или повреждением. Такая проверка помогает не принимать за опровержение закона то, что на деле раскрывает более сложную историю частицы.
Частые вопросы
Может ли снежинка иметь не шесть лучей?
Да, если считать все видимые выступы, их может быть больше или меньше шести. Двенадцать ветвей, например, могут возникнуть при соединении двух кристаллов. Кроме того, лучи иногда скрыты, повреждены или развиты неравномерно.
Бывают ли снежинки с треугольной формой?
Да, треугольные очертания у снежных кристаллов наблюдаются, но встречаются редко. Это особенность роста и внешнего контура, а не простое доказательство того, что кристаллическая структура льда стала трёхкратной.
Почему две части одной снежинки могут выглядеть по-разному?
Кристалл мог расти в меняющихся условиях, а отдельные ветви могли получать разное количество водяного пара или столкнуться с другими частицами. Поэтому общая симметрия не гарантирует полного совпадения всех деталей.
Любая крупная снежинка — один кристалл?
Нет. Крупная частица может состоять из нескольких сросшихся кристаллов или быть обросшей замёрзшими каплями. Внешний размер и сложный контур сами по себе не позволяют определить её внутреннее строение.
