Povijesni pregled istraživanja snježnih pahuljica

Snježne pahuljice kao prirodna pojava, nekima osvježenje, a drugima životna realnost i često trajno okruženje, rano su privukle pažnju znanstvenika. Već 1611. godine čuveni znanstvenik Johannes Kepler (na slici lijevo) u svojoj knjizi “A New Year's Gift of Hexagonal Snow“ raspravljao je o uočenoj šesterokutnoj pravilnosti oblika snježnih pahuljica. Tri stotine godine prije otkrića metode za određivanje kristalne strukture, difrakcije rendgenskih zraka na kristalnim ravninama, lucidno je zaključio da makroskopska simetričnost snježnih pahuljica mora biti povezana sa slaganjem kuglica u prostoru. Ideja koja se povezuje s njegovim nagađanjem o najgušćem mogućem popunjavanju prostora kuglicama. Kepler je, očito, prepoznao kristalnu simetriju kao važno znanstveno pitanje.

Četvrt stoljeća kasnije, 1635. godine, snježne pahuljice privukle su pažnju još jednog znanstvenog giganta, filozofa i matematičara Renéa Descartesa (na slici desno). On je zabilježio vrlo detaljne i nadasve dojmljive opise prostim okom vidljivih oblika pahuljica. Uočio je je da su nalik pločicama leda, te da su šesterokutnog oblika, vrlo pravilne, najčešće sa šest jednakih krakova. 

Prvi koji se dokopao, kako se voli reći, 'izuma trenutka' – optičkog mikroskopa bio je Robert Hook. Promatrane oblike snježnih pahuljica pažljivo je crtao rukom (na slici gore) te ih je zajedno s detaljnim opisima 1665. objavio u knjizi 'Micrographia'. Zahvaljujući njegovom radu očitom je postala kompleksnost strukture i jasno istaknuta tada zagonetna simetrija snježnih pahuljica.

Krajem 19. stoljeća opet je novi tehnički izum, fotoaparat, omogućio jednom znatiželjniku i zaljubljeniku u snijeg da svoju strast pretvori u povijesno djelo – katalog oblika snježnih pahuljica. Vermontski farmer Wilson Bentley, živeći u okruženju koje je veći dio godine okovano snijegom, kao dvadesteogodišnjak, u siječnju 1885. započeo je s mikrofotografiranjem snježnih pahuljica. Zapisano je da ga je opčinio i vječno zarobio pogled na te lijepe i krhke ledene skulpture.(Slika 05) Tijekom 50 godina prikupio je oko 5000 fotografija i to samo onih od skladnih i pravilnih (vidi sliku s primjercima mikrofotografija dolje). Oko 2000 najboljih objavljeno je 1931. u knjizi 'Snow Crystals'. Bentley se još i zapitao: Je li ikad nečija prošlost bila zapisana krhkijim i vilinskijim hijeroglifima?

Slika 05: Bentleyeve snježne pahuljice

Bentleyeve fotografije omogućile su meteorolozima da ponešto od ponuđenog odgonetnu - da povežu oblike snježnih pahuljica s vrstama oblaka u kojima su nastale.

Gotovo istodobno s objavom knjige, na suprotnoj strani Zemlje, u Japanu, pojavio se znanstvenik, Ukichiro Nakaya (na slici desno), prvi koji je proveo sustavno istraživanje oblika snježnih kristala. Od 1932., radeći na sjeveru Japana, na otoku Hokaido, detaljno je dokumentirao zapažanja svih tipova smrznutih padalina, te ih je jasno identificirao i katalogizirao. Snimao je sve, a ne samo lijepe i skladne kao Bentley. Najviše je, pak, pridonio znanju i znanosti rastući, po prvi puta, umjetne snježne kristale u laboratoriju u kontroliranim uvjetima. Na taj način dokazao je pretpostavku da su temperatura i vlažnost u atmosferi najodgovorniji za oblike snježnih pahuljica. To je bio ogroman napedak, začetak stvarnog  znanstvenog istraživanja, iznimno važan ključ za razumijevanje fizike snježnih pahuljica. Većina znanstvenog opusa Nakaye objavljena je 1954. u knjizi pod naslovom 'Snow Crystals: Natural and Artifitial'.

Slika 06: Dijagram oblika snježnih pahuljica
naraslih u laboratoriju (U. Nakaya)

Rezultati Nakayinog istraživanja objedinjeni su u morfološkom dijagramu (dijagram oblika u ovisnosti o temperaturi i vlažnosti) iz kojeg je moguće iščitati meteorološke informacije 'zapisane' u oblicima snježnih pahuljica. Nakaya ih je volio zvati 'pismima s neba'. Na Slici 06 su prikazane skice u laboratoriju naraslih  snježnih kristala.

 

Eškola FIZIKA

 

Sadržaj
Uvodna riječ
Oblici pahuljica
Snježna pahuljica – što je to?
Fazni dijagram vode
Povijesni pregled
Kristalna struktura
Zašto se istražuju pahuljice
Rast u laboratoriju
Dijagram oblika pahuljica
Rast pod mikroskopom
Kontrola rasta građom površine
Površinsko taljenje leda
Kontrola rasta difuzijom
Dendritski rast
Literatura

<< >>

  piše dr. sc. Zlatko Vučić
Institut za fiziku, Zagreb