Как описывают снежинки: строение, термины и история классификаций

Словом «снежинка» в обычной речи называют почти любую заметную частицу снега. Но для исследователей важно различать отдельный кристалл льда, сросшиеся кристаллы и снежный агрегат — рыхлую частицу, возникшую при их соединении. Это различие помогает понять, почему у снежинок так много форм и почему в научных классификациях нет одного короткого списка, который одинаково описывал бы каждый снегопад.

Основные термины появились вместе с попытками систематически фотографировать и сравнивать снежные кристаллы. В первой половине XX века исследователи связали разнообразие форм с условиями роста в облаке, а позднее предложили более подробные схемы описания. Разберём, что именно классифицируют, откуда взялись распространённые названия и чем научная система отличается от привычных рисунков снежинок.

Что именно называют снежинкой

Отдельный снежный кристалл — это частица льда с определённым внутренним строением и внешними гранями. Снежный агрегат состоит из нескольких кристаллов, которые столкнулись и слиплись в облаке. Поэтому далеко не всякая снежинка, упавшая на рукав, имеет симметричную звездообразную форму: крупные хлопья часто представляют собой скопления элементов разного размера.

В основе большинства атмосферных снежных кристаллов лежит гексагональный лёд, обозначаемый как лёд Ih. Молекулы воды в его кристаллической решётке расположены так, что для внешнего облика характерна шестикратная симметрия. Она проявляется в пластинчатых формах и в шестилучевых звёздах, хотя рост кристалла может быть неровным, а отдельные лучи — неодинаковыми.

Шесть лучей — не обязательный признак каждой частицы снега. Кристалл может выглядеть как тонкая пластинка, игла, полый столбик, разветвлённая звезда или сложное соединение нескольких частей. Видимая форма зависит не только от внутренней симметрии, но и от того, на каких гранях и с какой скоростью осаждается водяной пар.

Как возникли основные термины

Пластинки, столбики и иглы

Названия «пластинка», «столбик» и «игла» описывают внешнюю форму кристалла, а не отдельные вещества или принципиально разные виды льда. Пластинка сравнительно плоская, столбик вытянут вдоль одной оси, а игла выглядит как тонкий удлинённый элемент. В зависимости от условий роста столбики могут быть полыми, а на их концах иногда формируются пластинки.

Термин «дендрит» пришёл из греческого языка: слово связано с обозначением дерева. В кристаллографии им называют ветвящуюся форму, напоминающую дерево. Снежный дендрит — не просто любая шестилучевая снежинка, а кристалл с заметно разветвлёнными лучами. Названия «пространственный дендрит» и «секторная пластинка» уточняют, как именно устроены ветви или участки кристалла.

Слова вроде «колонна», «колонковый кристалл» или «призматический кристалл» встречаются в описаниях вытянутых форм. В разных системах терминология может немного различаться, поэтому научное описание обычно опирается не только на бытовое название, но и на дополнительные признаки: геометрию граней, наличие ветвей, полостей и соединённых частей.

Почему формы меняются

Кристалл растёт, когда молекулы водяного пара осаждаются на его поверхности. На форму влияют температура и пересыщение облачного воздуха водяным паром относительно льда; важны также движение частицы и история её роста. Поэтому изменение внешнего вида нельзя свести к правилу «каждой температуре соответствует одна снежинка»: условия могут меняться, пока кристалл перемещается внутри облака.

В лабораторных опытах Укичиро Накая выращивал искусственные снежные кристаллы и сопоставлял их форму с условиями роста. Его работы помогли сформировать морфологическую диаграмму, показывающую, как при разных сочетаниях температуры и насыщения водяным паром преобладают пластинчатые или столбчатые формы и как возникают более сложные ветвления. Это полезная модель, а не исчерпывающий календарь, предсказывающий форму каждой частицы в природном снегопаде.

Как менялись классификации

Систематическое изучение снежинок стало возможным благодаря микрофотографии: исследователи могли сохранять изображения и сравнивать детали, которые трудно рассмотреть невооружённым глазом. Американский фотограф Уилсон Бентли начал фотографировать снежные кристаллы в конце XIX века; его многолетняя работа сделала разнообразие их форм наглядным и доступным для дальнейшего анализа. В книге «Snow Crystals», подготовленной Бентли совместно с метеорологом Уильямом Хамфрисом и опубликованной в 1931 году, были собраны изображения снежных кристаллов.

Накая сделал следующий важный шаг: не только описывал природные формы, но и изучал рост кристаллов в контролируемых условиях. Его книга «Snow Crystals: Natural and Artificial», вышедшая в 1954 году, систематизировала наблюдения за естественными и искусственно выращенными образцами. Накая связывал морфологию с физическими условиями, поэтому его подход объяснял не только названия форм, но и возможные причины их появления.

В 1966 году Чихиро Магоно и Чуичи Ли опубликовали подробную метеорологическую классификацию природных снежных кристаллов. Она различала множество типов и подтипов — около восьмидесяти категорий, если считать детальные разновидности. Такая подробность удобна для исследовательских наблюдений, но не означает, что каждый снегопад обязательно можно разложить на ровно такое число устойчивых форм: классификация создавалась как рабочий инструмент для описания природного разнообразия.

Таким образом, классификации отличаются масштабом и назначением. Одни выделяют несколько легко узнаваемых основных форм, другие учитывают отдельные разновидности, переходные случаи и сложные сочетания. В метеорологии могут быть важны признаки, заметные при наблюдении облаков и осадков, тогда как фотограф или кристаллограф может подробнее описывать ветвление и геометрию граней.

Основные формы в сравнении

Как читать классификацию снежинок

Удобнее рассматривать классификацию как способ договориться о признаках, а не как природный каталог с абсолютно жёсткими границами. У двух наблюдателей могут возникнуть разногласия, если кристалл промежуточный, повреждён или частично закрыт другими частицами. В таких случаях полезно сначала описать видимые характеристики, а уже затем отнести образец к подходящей категории.

• Сначала определите объект: перед вами отдельный кристалл или агрегат из нескольких сросшихся частиц.
• Отметьте основную геометрию: пластинка, столбик, игла или ветвящаяся форма.
• Добавьте уточняющие признаки: число и выраженность лучей, боковые ветви, полости, срастания или повреждения.
• Учитывайте цель описания: для общего объяснения хватит основной формы, а для научного сравнения потребуется более подробная система и условия наблюдения.

Не следует смешивать классификацию атмосферных кристаллов с классификацией снежного покрова на земле. В первом случае описывают отдельные частицы, образовавшиеся в облаке, во втором — свойства слоёв снега, его плотность, состояние и изменения со временем. Это связанные области исследования, но они отвечают на разные вопросы и используют разные критерии.

Что классификация не может рассказать сама по себе

По форме отдельной снежинки нельзя надёжно восстановить всю историю её движения в облаке. Один и тот же общий тип может появиться при разных траекториях и сочетаниях условий, а кристалл способен продолжать расти, когда температура и влажность вокруг него меняются. Классификация фиксирует наблюдаемый результат, но для объяснения процесса нужны дополнительные данные о среде.

Нельзя также считать, что все снежинки уникальны в строгом математическом смысле. У природных кристаллов действительно велико разнообразие мелких деталей, однако утверждение об абсолютной уникальности каждой снежинки трудно проверить и не является необходимым научным объяснением. Для исследований важнее повторяемые признаки и условия, при которых они встречаются.

Популярная схема «шесть лучей — значит идеальная звезда» тоже упрощает картину. Шестикратная симметрия связана с кристаллической структурой льда, но реальные снежинки могут быть асимметричными из-за неравномерного роста, столкновений и повреждений. Поэтому исследователи описывают и правильные формы, и отклонения от идеальной геометрии.

Частые вопросы

Почему у снежинок часто шесть лучей?

Большинство обычных снежных кристаллов формируется из гексагонального льда, чья кристаллическая структура связана с шестикратной симметрией. Но заметные шесть лучей есть не у каждой частицы: многие кристаллы имеют форму пластинок, игл или столбиков.

Кто первым придумал классификацию снежинок?

Единственного автора всех классификаций нет. Бентли помог систематически фиксировать природное разнообразие фотографиями, Накая исследовал связь формы с условиями роста, а Магоно и Ли предложили подробную классификацию природных кристаллов. Каждый подход решал свою задачу.

Сколько существует видов снежинок?

Ответ зависит от того, что считать отдельным типом и насколько подробно описывать разновидности. В простом справочнике выделяют несколько основных форм, а детальные научные системы разделяют их на многочисленные категории и подкатегории. Поэтому универсального числа, которое одинаково подходило бы для всех классификаций, нет.

Чем снежный кристалл отличается от снежинки?

В строгом описании кристалл — отдельная частица льда, а снежинка в бытовом употреблении может означать и один кристалл, и сросшийся агрегат. Если важно точное значение, лучше уточнить, идёт ли речь об одной частице или о соединении нескольких.

Источники для проверки терминов и истории

• Wilson A. Bentley, William J. Humphreys. Snow Crystals, 1931.
• Ukichiro Nakaya. Snow Crystals: Natural and Artificial, 1954.
• Chihiro Magono, Chung-Chi Lee. Meteorological Classification of Natural Snow Crystals, 1966.