Шестилучевая звезда — привычный символ снежинки, но реальные кристаллы льда далеко не всегда похожи на ровные ажурные рисунки. Среди них встречаются плоские треугольники, полые столбики, разветвлённые розетки и сложные сросшиеся образования. Такие формы не отменяют общего правила: при обычном атмосферном давлении лёд, из которого состоит снег, чаще всего кристаллизуется в гексагональной системе. Но симметрия кристаллической решётки и видимый силуэт отдельной снежинки — не одно и то же.
Чтобы разобраться в необычных формах, полезно отделять три вещи: строение льда, условия роста и то, что наблюдатель называет снежинкой. Один объект может быть одиночным кристаллом, сростком нескольких кристаллов или обычным кристаллом, облепленным замёрзшими каплями. У каждого случая свой механизм, поэтому любое отклонение от идеальной звезды не следует считать отдельным «видом льда».
- Почему у снежинок обычно шесть направлений
- Редкие формы и что за ними стоит
- Треугольные пластинки
- Столбики с «шапочками»
- Пуля-розетка и полые столбики
- Кристаллы с двенадцатью лучами
- Не всякая необычная снежинка — одиночный кристалл
- Как различать необычные формы
- Коротко о главном
- FAQ
- Может ли снежинка быть не шестилучевой?
- Снежинка с двенадцатью лучами — один кристалл?
- Почему одна часть снежинки похожа на пластину, а другая — на столбик?
- Граупель — это разновидность снежинки?
Почему у снежинок обычно шесть направлений
В природном снеге преобладает разновидность льда Ih. Её кристаллическая структура связана с шестикратной симметрией: молекулы воды образуют упорядоченную решётку, в которой особенно заметно шесть направлений в базальной плоскости. Поэтому у плоских кристаллов часто возникают шесть углов, а у звёздчатых — шесть основных лучей. Это свойство внутренней структуры, а не правило, которое заставляет каждый выросший кристалл стать одинаковой шестиконечной снежинкой.
Кристалл растёт из водяного пара, оседающего на его поверхности. Скорость роста разных граней меняется с температурой и влажностью облака, точнее — с насыщением воздуха водяным паром относительно льда. Если выступающие участки быстрее захватывают молекулы воды, появляются ветви и боковые ответвления; если рост идёт преимущественно по одной оси, возникают вытянутые столбики или иглы. Даже небольшие различия условий вокруг отдельных граней могут сделать очертания неровными.
В лабораторных наблюдениях выделяют характерные температурные области, в которых чаще формируются разные типы кристаллов: около −2 °C и −15 °C чаще наблюдаются пластины, примерно около −5 °C — столбики, а при температурах порядка −30 °C снова возможны вытянутые формы. Это не строгий календарь форм и не набор универсальных границ. На результат влияет также влажность, а кристалл может менять условия роста по мере движения через облако.
Редкие формы и что за ними стоит
Треугольные пластинки
Иногда вместо ожидаемой шестигранной пластины наблюдаются кристаллы с очертаниями, близкими к треугольным. Они редки по сравнению с обычными пластинчатыми формами и не означают, что кристаллическая решётка перестала быть гексагональной. Их появление связывают с неравномерным ростом граней и рёбер: небольшое различие в скорости роста может усиливаться и менять внешний контур. Поэтому треугольная снежинка — скорее необычный результат роста, чем новая базовая геометрия льда.
Важно различать форму контура и число направлений внутри кристалла. У пластинки могут быть три особенно выраженных угла, тогда как детали поверхности остаются сложнее простого треугольника. Кроме того, наблюдение зависит от того, как кристалл лежит под микроскопом и какая его часть видна. По одной фотографии нельзя всегда установить, является ли объект одиночным кристаллом или сросшимся образованием.
Столбики с «шапочками»
Кристалл с коротким столбиком между двумя плоскими пластинками называют столбиком с ограничивающими пластинами, или capped column. Такая форма может возникнуть, когда сначала кристалл растёт преимущественно в длину и становится столбиком, а затем условия меняются и рост пластинчатых частей ускоряется. Внешне это похоже на две маленькие снежинки, прикреплённые к концам оси. Однако это не обязательно два случайно столкнувшихся кристалла: обе пластинки могут быть продолжением одного кристалла.
Этот пример показывает, почему форма снежинки сохраняет следы перемещения в облаке. Меняясь вместе с температурой и насыщением водяным паром, режим роста оставляет на кристалле разные участки. Переход между режимами не всегда даёт аккуратную геометрическую границу, а сложность формы зависит от длительности каждого этапа. Поэтому «шапочки» могут быть разными по размеру и очертаниям.
Пуля-розетка и полые столбики
Пуля-розетка — объёмный кристалл, в котором несколько вытянутых частей расходятся из общего центра. Его силуэт не похож на плоскую звезду, хотя направления ветвей связаны с внутренней симметрией льда. При наблюдении сверху или сбоку один и тот же объёмный объект может выглядеть по-разному. Розетки и их фрагменты встречаются в ледяных облаках; отдельные части могут затем стать центрами дальнейшего роста или попасть в снег.
Столбики и иглы тоже могут выглядеть необычно: у них бывают полости, неровные концы или разветвления. Полая область возникает, когда рост граней и краёв идёт с разной скоростью, а не потому, что внутри кристалла обязательно была капля воды. Изображения таких форм иногда принимают за искусственно изготовленные объекты, но необычность силуэта сама по себе не служит признаком подделки. Для идентификации важны детали граней и структура всего кристалла.
Кристаллы с двенадцатью лучами
Фотографии снежинок с двенадцатью заметными лучами часто вызывают вопрос, как они согласуются с шестикратной симметрией. Один из возможных вариантов — соединение двух звёздчатых кристаллов, ориентированных друг относительно друга. Тогда зритель видит общий объект с большим числом ветвей, хотя его части могли расти как отдельные шестилучевые кристаллы. Без исследования точки соединения нельзя автоматически считать все такие изображения одним и тем же типом кристалла.
Кроме того, слово «луч» на фотографии не всегда означает отдельное направление кристаллической решётки. У одного луча могут быть крупные боковые ветви, а у сростка соседние детали способны визуально сливаться или, наоборот, восприниматься как самостоятельные лучи. Поэтому популярное утверждение, будто всякая снежинка обязана иметь ровно шесть видимых концов, слишком упрощает реальную морфологию.
Не всякая необычная снежинка — одиночный кристалл
В повседневной речи снежинкой называют и отдельный ледяной кристалл, и агрегат — несколько кристаллов, сцепившихся при столкновении. Агрегат может быть крупным, рыхлым и неправильным, потому что его части сохраняют разные ориентации. У него нет единой оси симметрии, хотя каждый из составляющих кристаллов по отдельности может иметь характерные грани и направления роста. Именно сростки часто объясняют асимметричные хлопья, которые падают при подходящей температуре и влажности.
Ещё одно внешнее изменение связано с изморозью — замерзшими переохлаждёнными каплями облака, осевшими на кристалле. По мере их накопления мелкие грани и ветви скрываются под зернистым слоем. При сильном обрастании получается снежная крупа, или граупель: это уже не просто прозрачный ажурный кристалл с неизменённым контуром. Смешивать такой объект с необычной разновидностью шестилучевой снежинки некорректно, хотя он тоже образовался в облаке.
Наконец, даже одиночный кристалл редко бывает совершенно идеальным. Ветер, изменение влажности, столкновения и неодинаковая доступность водяного пара влияют на рост его отдельных участков. Поэтому два кристалла, начавшие расти в похожих условиях, могут отличаться деталями. Объяснение «каждая снежинка уникальна» уместно как образное описание разнообразия, но оно не означает, что для каждого экземпляра существует отдельный научный тип.
Как различать необычные формы
При разборе фотографии полезно сначала описать то, что действительно видно, а затем предположить происхождение формы. Слова «столбик», «пластина» и «ветвистый кристалл» описывают внешний вид, а «сросток» и «обледенение» — процессы или состав объекта. Эти категории могут сочетаться: например, агрегат способен включать несколько ветвистых кристаллов, часть которых покрыта изморозью. Такая осторожность помогает не принимать визуальное сходство за доказательство общего происхождения.
| Что видно | Возможное объяснение | Что важно проверить |
|---|---|---|
| Две пластинки на концах короткой оси | Столбик с ограничивающими пластинами | Связаны ли части общей осью и выглядят ли как единый кристалл |
| Много расходящихся объёмных ветвей | Пуля-розетка или её фрагмент | Не является ли изображение плоской проекцией объёмного объекта |
| Около двенадцати заметных лучей | Возможный сросток двух звёздчатых кристаллов | Есть ли место соединения и различается ли ориентация частей |
| Нечёткие, зернистые края ветвей | Обрастание изморозью; при сильном обмерзании — граупель | Сохранились ли исходные грани и тонкие ответвления |
| Контур, похожий на треугольник | Редкая пластинчатая форма или видимая часть сложного кристалла | Одиночный ли это кристалл и видна ли вся его структура |
Микрофотография может показать детали поверхности, но сама по себе не всегда раскрывает историю роста: на снимке обычно виден только один ракурс. Для вывода о составе и пространственной форме полезны наблюдения под разными углами и сравнение нескольких образцов. Увеличение также не превращает любой объект в снежинку: важно, чтобы были различимы характерные особенности льда, а не только общий силуэт.
Коротко о главном
- Шестикратная симметрия связана с кристаллической структурой обычного атмосферного льда, но не гарантирует идеальную шестилучевую форму каждого снежного объекта.
- Температура и насыщение воздуха водяным паром влияют на то, растёт ли кристалл преимущественно в виде пластины, столбика или ветвистой формы.
- Треугольные пластинки, столбики с «шапочками» и пуля-розетки — реальные примеры разнообразия форм, а не опровержение структуры льда.
- Двенадцать видимых лучей могут быть результатом соединения кристаллов; по одному контуру нельзя надёжно установить строение объекта.
- Сростки кристаллов и покрытые изморозью частицы следует отличать от одиночной снежинки.
FAQ
Может ли снежинка быть не шестилучевой?
Да, если речь о внешнем виде: кристалл может быть столбиком, пластинкой с необычным контуром или иметь неровные ветви. А снежный агрегат, состоящий из нескольких кристаллов, вообще может не иметь общей шестилучевой формы. Шесть направлений описывают характерную симметрию структуры льда, а не обязательный силуэт каждой снежинки.
Снежинка с двенадцатью лучами — один кристалл?
Не обязательно. Возможное объяснение — два звёздчатых кристалла, сросшиеся под разными углами, но по фотографии это нельзя установить безоговорочно. Нужно рассмотреть места соединения и ориентацию деталей, а не только посчитать концы ветвей.
Почему одна часть снежинки похожа на пластину, а другая — на столбик?
Кристалл мог расти в меняющихся условиях. Температура и насыщение водяным паром влияют на относительные скорости роста разных граней, поэтому переход в другую область облака способен изменить форму дальнейшего роста. Столбики с пластинами на концах — наглядный пример такой смены режима.
Граупель — это разновидность снежинки?
Граупель образуется, когда кристаллы снега обрастают замёрзшими каплями переохлаждённой воды и приобретают зернистую форму. В широком бытовом смысле его могут назвать снежной частицей, но по виду и механизму образования он отличается от чистого ветвистого кристалла. Чем сильнее обрастание, тем труднее различить первоначальную форму.
