ประเภทของเกล็ดหิมะและชื่อทั่วโลก ทำไมเกล็ดหิมะถึงมีรูปร่างที่แตกต่างกันมาก? อะไรหล่นลงมาจากฟ้า.

ความงดงามอันสง่างามเกล็ดหิมะ

ในหิมะตกตามปกติเราไม่คิดว่าเกล็ดหิมะธรรมดาๆ เมื่อศึกษาผ่านกล้องจุลทรรศน์ จะสามารถนำเสนอภาพที่สวยงามและทำให้เราประหลาดใจกับความถูกต้องและความซับซ้อนของรูปทรงของมัน หิมะตกประกอบด้วยความงามดังกล่าว

อย่างไรก็ตาม หิมะไม่ได้มีเพียงสีขาวเท่านั้น ในพื้นที่อาร์กติกและภูเขา หิมะสีชมพูหรือสีแดงเป็นเรื่องปกติ ความจริงก็คือว่าสาหร่ายที่อาศัยอยู่ระหว่างผลึกของมันทำให้สีหิมะทั่วทั้งพื้นที่ แต่มีบางกรณีที่หิมะตกจากท้องฟ้าที่มีสีอยู่แล้ว - น้ำเงินเขียวเทาและดำ

ใช่แล้ว สำหรับคริสต์มาสพ.ศ. 2512 ในสวีเดนล่มสลาย หิมะสีดำเป็นไปได้มากว่าสิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากการที่หิมะเมื่อตกลงมาจะดูดซับเขม่าและมลพิษทางอุตสาหกรรมจากชั้นบรรยากาศ ไม่ว่าในกรณีใด การทดสอบตัวอย่างอากาศในห้องปฏิบัติการเผยให้เห็นว่ามียาฆ่าแมลงดีดีทีอยู่ในหิมะสีดำ

นักคณิตศาสตร์รายนี้รู้สึกประทับใจเป็นพิเศษกับ “จุดสีขาวเล็กๆ” ที่เขาพบตรงกลางเกล็ดหิมะ ราวกับว่ามันเป็นร่องรอยของขาเข็มทิศที่ใช้กำหนดเส้นรอบวงของมัน

โยฮันเนส เคปเลอร์ นักดาราศาสตร์ผู้ยิ่งใหญ่ในบทความเรื่อง “ของขวัญปีใหม่บนเกล็ดหิมะหกเหลี่ยม” อธิบายรูปร่างของคริสตัล ตามน้ำพระทัยของพระเจ้านาคายะ อุกิจิโระ นักวิทยาศาสตร์ชาวญี่ปุ่น เรียกหิมะว่า “จดหมายจากสวรรค์ เขียนด้วยอักษรอียิปต์โบราณที่เป็นความลับ”

เขาเป็นคนแรกที่สร้างการจำแนกประเภทของเกล็ดหิมะ หนึ่งเดียวในโลกที่ตั้งชื่อตามนาไค พิพิธภัณฑ์เกล็ดหิมะ ซึ่งตั้งอยู่บนเกาะฮอกไกโด

เกล็ดหิมะรูปดาวที่ซับซ้อนมีรูปทรงเรขาคณิตที่เป็นเอกลักษณ์ที่สามารถแยกแยะได้ด้วยตา และรูปแบบดังกล่าวมีหลากหลายรูปแบบ ตามที่นักฟิสิกส์ จอห์น เนลสัน จากมหาวิทยาลัยริตสึเมคัง (ภาษาญี่ปุ่น) ในเกียวโต กล่าว มากกว่าอะตอมในจักรวาลที่สังเกตได้

ในช่วงหิมะตกในปี 1987 พบเกล็ดหิมะสถิติโลกที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 38 ซม. ในฟอร์ตคอย (มอนแทนาสหรัฐอเมริกา)

พวกเราคนใดรู้ดีว่าเกล็ดหิมะหนึ่งอันนั้นแทบจะไร้น้ำหนัก: แค่วางฝ่ามือไว้ใต้ก้อนหิมะที่ตกลงมา

เกล็ดหิมะธรรมดามีน้ำหนักประมาณหนึ่งมิลลิกรัม(น้อยมาก 2-3 มิลลิกรัม) แม้ว่าจะมีข้อยกเว้น - เกล็ดหิมะที่ใหญ่ที่สุดตกลงเมื่อวันที่ 30 เมษายน พ.ศ. 2487 ในมอสโกว เมื่อจับไว้ในฝ่ามือ พวกมันปกคลุมเกือบทั้งฝ่ามือและมีลักษณะคล้ายขนนกกระจอกเทศ

ประชากรมากกว่าครึ่งหนึ่งของโลกไม่เคยมี ไม่เห็นหิมะยกเว้นในรูปถ่าย

ชั้นหิมะหนึ่งเซนติเมตรที่ถูกบดอัดในช่วงฤดูหนาวจะให้น้ำ 25-35 ลูกบาศก์เมตรต่อ 1 เฮกตาร์

เกล็ดหิมะประกอบด้วย 95% จากอากาศบางๆซึ่งทำให้เกิดความหนาแน่นต่ำและความเร็วการตกค่อนข้างช้า (0.9 กม./ชม.)

คุณสามารถกินหิมะได้ จริงอยู่ที่การใช้พลังงานในการรับประทานหิมะนั้นมากกว่าปริมาณแคลอรี่หลายเท่า

เกล็ดหิมะเป็นหนึ่งในตัวอย่างที่ยอดเยี่ยมที่สุดในการจัดระเบียบสสารด้วยตนเองตั้งแต่ง่ายไปจนถึงซับซ้อน

ในฟาร์นอร์ธ หิมะอาจแข็งมากจนเมื่อขวานกระทบ หิมะจะดังราวกับถูกเหล็กฟาด

รูปร่างของเกล็ดหิมะมีความหลากหลายอย่างไม่น่าเชื่อ - มีมากกว่าห้าพันรูปแบบ แม้แต่การจำแนกประเภทระหว่างประเทศพิเศษก็ได้รับการพัฒนาโดยรวมเกล็ดหิมะออกเป็นสิบคลาส เหล่านี้ได้แก่ ดาว แผ่น เสา เข็ม ลูกเห็บ ผลึกคล้ายต้นไม้คล้ายก้านเฟิร์น ขนาดของปาฏิหาริย์ฤดูหนาวมีตั้งแต่ 0.1 ถึง 7 มิลลิเมตร

หิมะตกเอี๊ยด– มันเป็นเพียงเสียงจากคริสตัลที่ถูกบดขยี้ แน่นอนว่าหูของมนุษย์ไม่สามารถรับรู้เสียงของเกล็ดหิมะที่ "แตก" ได้ แต่คริสตัลที่แหลกเป็นจำนวนนับไม่ถ้วนทำให้เกิดเสียงเอี๊ยดที่ชัดเจนมาก หิมะลั่นดังเอี๊ยดเฉพาะในสภาพอากาศหนาวเย็นและเสียงแหลมของเสียงเอี๊ยดจะเปลี่ยนไปขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของอากาศ - ยิ่งน้ำค้างแข็งแข็งแกร่งเท่าใด ระดับเสียงลั่นดังเอี๊ยดก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น นักวิทยาศาสตร์ทำการวัดทางเสียงและพบว่าในช่วงความถี่ของเสียงเอี๊ยดของหิมะนั้นมีค่าสูงสุดที่อ่อนโยนและไม่ชัดเจนสองค่า - ในช่วง 250-400 Hz และ 1,000-1600 Hz

เกล็ดหิมะที่มองผ่านกล้องจุลทรรศน์เป็นงานฝีมืออันมหัศจรรย์ของพระเจ้า เม็ดฝนที่ตกผลึกแต่ละอันซึ่งก็คือหิมะ มีรูปแบบที่เป็นระบบบางอย่างซึ่งมีพันธุ์ต่างๆ มากมายนับไม่ถ้วน - หลายอันแสดงอยู่ในรูป

เมื่อหิมะตกเราไม่คิดถึงมันเกล็ดหิมะธรรมดาภายใต้กล้องจุลทรรศน์เป็นภาพที่สวยงามและน่าทึ่งกับรูปร่างที่สม่ำเสมอและซับซ้อน เกล็ดหิมะมีลักษณะเหมือนดอกกุหลาบ ดอกลิลลี่ และวงล้อที่มีฟันหกซี่ เขารู้สึกประทับใจเป็นพิเศษกับ "จุดสีขาวเล็กๆ" ที่เขาพบตรงกลางเกล็ดหิมะ ราวกับว่ามันเป็นร่องรอยของขาเข็มทิศที่ใช้กำหนดเส้นรอบวงของมัน

ในคืนวันที่ 31 ธันวาคม รัสเซียตอนกลางถูกผงแป้งอย่างปาฏิหาริย์ หิมะที่นุ่มนวลเบาบางสร้างบรรยากาศปีใหม่และปกคลุมพื้นด้วยพรมสีขาวนุ่ม ๆ ซึ่งจะทำให้ผลกระทบของน้ำค้างแข็งรุนแรงลดลง

เกล็ดหิมะที่มีเอกลักษณ์และเลียนแบบไม่ได้ทำให้นักวิทยาศาสตร์สนใจมาโดยตลอด และบางคนก็อุทิศทั้งชีวิตให้กับการศึกษาผลึกน้ำแข็ง

นักวิทยาศาสตร์กลุ่มแรกๆ ที่คิดถึงโครงสร้างของหิมะคือนักคณิตศาสตร์และนักดาราศาสตร์ชาวเยอรมัน โยฮันเนส เคปเลอร์(1571–1630) ในปี 1611 เขาได้ตีพิมพ์บทความสั้น ๆ เรื่อง "ของขวัญปีใหม่หรือเกล็ดหิมะหกเหลี่ยม" ซึ่งอาจเรียกได้ว่าเป็นงานทางวิทยาศาสตร์ชิ้นแรกที่อุทิศให้กับเกล็ดหิมะ

เนื่องจากเมื่อใดก็ตามที่หิมะเริ่มตก เกล็ดหิมะแรกจะมีรูปร่างเหมือนดาวหกเหลี่ยม จึงต้องมีเหตุผล เพราะหากนี่คืออุบัติเหตุ ทำไมจึงไม่มีเกล็ดหิมะห้าเหลี่ยมหรือเจ็ดเหลี่ยม ทำไมเกล็ดหิมะหกเหลี่ยมถึงตกลงมาเสมอ เว้นแต่จะสูญเสียรูปร่างเนื่องจากการชนกัน ไม่เกาะติดกันเป็นจำนวนมาก แต่ตกน้อยมากและแยกจากกัน?

- Johannes Kepler ของขวัญปีใหม่หรือเกี่ยวกับเกล็ดหิมะหกเหลี่ยม 1611 (แปลโดย Yu. A. Danilov)

เรเน่ เดการ์ตส์(ค.ศ. 1596–1650) นักปรัชญาและนักคณิตศาสตร์ชาวฝรั่งเศส เป็นคนแรกที่อธิบายรายละเอียดรูปร่างของเกล็ดหิมะ สิ่งที่น่าสนใจคือบันทึกของเดส์การตส์ยังกล่าวถึงผลึกน้ำแข็งที่หายากมาก เช่น เสาที่อยู่ด้านบน

มันเป็นแผ่นน้ำแข็งเล็กๆ แบน เรียบและโปร่งใสมาก ประมาณความหนาของกระดาษหนาหนึ่งแผ่น...พับเป็นรูปหกเหลี่ยมอย่างสมบูรณ์แบบ โดยด้านข้างจะตรงมากและมุมเท่ากันมาก...เป็นไปไม่ได้ มนุษย์จะสร้างอะไรแบบนั้นขึ้นมา

- เรอเน่ เดส์การตส์, 1635

การประดิษฐ์กล้องจุลทรรศน์ทำให้นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษได้ โรเบิร์ต ฮุค(1635–1703) ตีพิมพ์ผลงานในปี 1665 ชื่อ Micrographia ซึ่งนักวิทยาศาสตร์บรรยายทุกสิ่งที่เขาสามารถตรวจสอบได้ด้วยความช่วยเหลือของเครื่องมือใหม่ สิ่งพิมพ์ประกอบด้วยภาพวาดเกล็ดหิมะหลายแบบซึ่งเป็นครั้งแรกที่แสดงให้เห็นถึงความซับซ้อนและความซับซ้อนของผลึกหิมะ

วาดจาก Micrographia โดย Robert Hooke

อ้าง

ขณะที่ศึกษาเกล็ดหิมะโดยใช้กล้องจุลทรรศน์ ฉันพบว่า... ยิ่งขยายสูงเท่าไร เกล็ดหิมะก็จะดูไม่สมมาตรมากขึ้นเท่านั้น แต่ความไม่สมดุลนี้อาจเกิดจากการละลายหรือความเสียหายระหว่างการตก แต่ไม่ใช่จากข้อบกพร่องในธรรมชาติ

- โรเบิร์ต ฮุค, Micrographia, 1665

ช่างภาพเกล็ดหิมะคนแรกๆ ที่มีชื่อเสียงคือ อันเดรย์ อันดรีวิช ซิกสัน(1840–1907) ช่างภาพชาวรัสเซียจาก Rybinsk โดยรวมแล้วเขาสามารถถ่ายภาพผลึกน้ำแข็งรูปแบบต่างๆ ได้ประมาณ 200 รูปแบบ ในการทำเช่นนี้ ช่างภาพใช้เทคโนโลยีพิเศษ: เกล็ดหิมะถูกจับบนผ้าไหม จากนั้นจึงขยาย 15–24 เท่าโดยใช้กล้องจุลทรรศน์ เพื่อป้องกันไม่ให้คริสตัลที่เปราะบางละลายระหว่างการถ่ายภาพ ซิกสันจึงทำให้มือของเขาเย็นลงและหายใจผ่านท่อพิเศษ

เกล็ดหิมะของซิกสัน

ผู้บุกเบิกการถ่ายภาพเกล็ดหิมะชาวอเมริกันคือ วิลสัน เบนท์ลีย์(พ.ศ. 2408–2474) ตลอดชีวิตของเขา เขาถ่ายภาพเกล็ดหิมะประมาณ 5,000 ภาพ 2,500 เล่มได้รับการตีพิมพ์ในปี 1931 ในหนังสือ Snow Crystals

เกล็ดหิมะ เบนท์ลีย์ 2445

อุกิฮิโระ นากายะ(พ.ศ. 2443-2505) นักฟิสิกส์ชาวญี่ปุ่น - นักวิทยาศาสตร์คนแรกที่จัดระบบความรู้เกี่ยวกับผลึกน้ำแข็ง Nakaya ไม่เพียงแต่ถ่ายภาพเกล็ดหิมะเท่านั้น แต่ยังได้เรียนรู้วิธีการปลูกเกล็ดหิมะในห้องทดลองด้วย ผลการวิจัยของนักวิทยาศาสตร์คือหนังสือ “Snow Crystals: Natural and Artificial” ซึ่งตีพิมพ์ในปี 1954

ผลึกหิมะเป็นจดหมายที่ส่งถึงเราจากสวรรค์

- Ukihiro Nakaya, สารคดี Snow Crystals, 1939

เกล็ดหิมะเกิดขึ้นได้อย่างไร?

เกล็ดหิมะกำเนิดมาจากเมฆ โดยที่ผลึกน้ำแข็งก่อตัวบนอนุภาคฝุ่นเล็กๆ ที่อุณหภูมิต่ำกว่าศูนย์ จากนั้นสิ่งใหม่ก็เติบโตบนคริสตัลเหล่านี้เป็นต้น โครงสร้างของโมเลกุลของน้ำเป็นตัวกำหนดรูปร่างหกเหลี่ยมของคริสตัล โดยทำมุมระหว่างรังสีของมันได้เพียง 60° และ 120°

เนื่องจากในแต่ละช่วงเวลา สภาพที่เกล็ดหิมะเติบโตจะมีความแตกต่างกันเพียงเล็กน้อย คริสตัลแต่ละชิ้นจึงมีรูปร่างที่เป็นเอกลักษณ์ ยิ่งกว่านั้นรังสีทั้งหมดของเกล็ดหิมะหนึ่งดวงนั้นคล้ายกันมากเนื่องจากพวกมันตกผลึกพร้อมกันภายใต้สภาวะที่คล้ายกันมาก

เกล็ดหิมะมีกี่ประเภท?

แม้ว่าคริสตัลจะมีเอกลักษณ์เฉพาะตัว แต่ก็ยังสามารถจำแนกได้ อย่างไรก็ตาม ตามที่นักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกัน Kenneth Libbrecht จากสถาบันเทคโนโลยีแคลิฟอร์เนียกล่าวว่านี่ไม่ใช่งานง่าย เนื่องจากในระดับหนึ่งมันเป็นเรื่องของรสนิยมสำหรับนักวิจัยแต่ละคน Libbrecht เองระบุเกล็ดหิมะ 35 ชนิด; Ukihiro Nakaya - 41 และการจำแนกประเภทที่ซับซ้อนที่สุดเสนอโดยนักอุตุนิยมวิทยา Magono และ Lee ในปี 1966 - ผลึกหิมะ 80 ประเภทที่แตกต่างกัน

จำแนกตามอุกิฮิโระ นากาอิยะ © คุณนาคายะ | เกล็ดหิมะ: ธรรมชาติและประดิษฐ์ (สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ด, 1954)

อย่างไรก็ตาม มีการจำแนกประเภทที่ง่ายกว่าซึ่งพัฒนาขึ้นในปี 1951 โดยคณะกรรมาธิการหิมะและน้ำแข็งของสมาคมอุทกวิทยาวิทยาศาสตร์ระหว่างประเทศ - มีเพียงผลึกหิมะ 7 รูปแบบและการตกตะกอนแช่แข็ง 3 ประเภท

ประเภทของเกล็ดหิมะตามการจำแนกหิมะระหว่างประเทศ © A.K. Dyunin, ในอาณาจักรแห่งหิมะ, สำนักพิมพ์ Nauka, โนโวซีบีร์สค์, 1983

1. บันทึก

เกล็ดหิมะที่ง่ายที่สุดคือปริซึมหกเหลี่ยมแบน

© คิจิกิน | Shutterstock.com

2. ดาว

เช่นเดียวกับแผ่นเปลือกโลก ดวงดาวมักจะแบนและบาง มีหกแขน

3. คอลัมน์

ด้านในกลวงเป็นทรงดินสอได้

4. เข็ม

ผลึกที่ยาวและบาง บางครั้งประกอบด้วยหลายกิ่ง

© Kenneth G. Libbrecht, คาลเทค | สโนว์คริสตัลดอทคอม

5. เดนไดรต์เชิงพื้นที่

เกล็ดหิมะเชิงปริมาตรเกิดขึ้นเมื่อผลึกหลายอันเติบโตรวมกัน

© Kenneth G. Libbrecht, คาลเทค | สโนว์คริสตัลดอทคอม

6. โพสต์ที่ติดอันดับ

พวกมันจะเกิดขึ้นหากคอลัมน์พบว่าตัวเองอยู่ในสภาพที่แตกต่างกัน และคริสตัลเปลี่ยนทิศทางการเติบโต

© หยานผิง หวัง | Shutterstock.com

7. ผลึกที่ไม่สม่ำเสมอ

ประเภทที่พบบ่อยที่สุด เกิดขึ้นเมื่อเกล็ดหิมะถูกทำลาย

© Kenneth G. Libbrecht, คาลเทค | สโนว์คริสตัลดอทคอม

เกล็ดหิมะที่มีเอกลักษณ์และเลียนแบบไม่ได้ทำให้นักวิทยาศาสตร์สนใจมาโดยตลอด และบางคนก็อุทิศทั้งชีวิตให้กับการศึกษาผลึกน้ำแข็ง

นักวิทยาศาสตร์กลุ่มแรกๆ ที่คิดถึงโครงสร้างของหิมะคือนักคณิตศาสตร์และนักดาราศาสตร์ชาวเยอรมัน โยฮันเนส เคปเลอร์(1571-1630) ในปี 1611 เขาได้ตีพิมพ์บทความสั้น ๆ เรื่อง "ของขวัญปีใหม่หรือเกล็ดหิมะหกเหลี่ยม" ซึ่งอาจเรียกได้ว่าเป็นงานทางวิทยาศาสตร์ชิ้นแรกที่อุทิศให้กับเกล็ดหิมะ

เนื่องจากเมื่อใดก็ตามที่หิมะเริ่มตก เกล็ดหิมะแรกจะมีรูปร่างเหมือนดาวหกเหลี่ยม จึงต้องมีเหตุผล เพราะหากนี่คืออุบัติเหตุ ทำไมจึงไม่มีเกล็ดหิมะห้าเหลี่ยมหรือเจ็ดเหลี่ยม ทำไมเกล็ดหิมะหกเหลี่ยมถึงตกลงมาเสมอ เว้นแต่จะสูญเสียรูปร่างเนื่องจากการชนกัน ไม่เกาะติดกันเป็นจำนวนมาก แต่ตกน้อยมากและแยกจากกัน?

- โยฮันเนส เคปเลอร์ ของขวัญปีใหม่ หรือเกี่ยวกับเกล็ดหิมะหกเหลี่ยม ค.ศ. 1611 (แปลโดย Yu. A. Danilov)

เรเน่ เดการ์ตส์(ค.ศ. 1596-1650) นักปรัชญาและนักคณิตศาสตร์ชาวฝรั่งเศส เป็นคนแรกที่อธิบายรายละเอียดรูปร่างของเกล็ดหิมะ สิ่งที่น่าสนใจคือบันทึกของเดส์การตส์ยังกล่าวถึงผลึกน้ำแข็งที่หายากมาก เช่น เสาที่อยู่ด้านบน

มันเป็นแผ่นน้ำแข็งเล็กๆ แบน เรียบและโปร่งใสมาก ประมาณความหนาของกระดาษหนาหนึ่งแผ่น...พับเป็นรูปหกเหลี่ยมอย่างสมบูรณ์แบบ โดยด้านข้างจะตรงมากและมุมเท่ากันมาก...เป็นไปไม่ได้ มนุษย์จะสร้างอะไรแบบนั้นขึ้นมา

— เรเน เดการ์ต, 1635

การประดิษฐ์กล้องจุลทรรศน์ทำให้นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษได้ โรเบิร์ต ฮุค(ค.ศ. 1635-1703) ตีพิมพ์ผลงานชื่อ Micrographia ในปี 1665 ซึ่งนักวิทยาศาสตร์บรรยายทุกสิ่งที่เขาสามารถตรวจสอบได้ด้วยความช่วยเหลือของเครื่องมือใหม่ สิ่งพิมพ์ประกอบด้วยภาพวาดเกล็ดหิมะหลายแบบซึ่งเป็นครั้งแรกที่แสดงให้เห็นถึงความซับซ้อนและความซับซ้อนของผลึกหิมะ

วาดจาก Micrographia โดย Robert Hooke

อ้าง

ขณะที่ศึกษาเกล็ดหิมะโดยใช้กล้องจุลทรรศน์ ฉันพบว่า... ยิ่งขยายสูงเท่าไร เกล็ดหิมะก็จะดูไม่สมมาตรมากขึ้นเท่านั้น แต่ความไม่สมดุลนี้อาจเกิดจากการละลายหรือความเสียหายระหว่างการตก แต่ไม่ใช่จากข้อบกพร่องในธรรมชาติ

- โรเบิร์ต ฮุค, Micrographia, 1665

ช่างภาพเกล็ดหิมะคนแรกๆ ที่มีชื่อเสียงคือ อันเดรย์ อันดรีวิช ซิกสัน(1840-1907) ช่างภาพชาวรัสเซียจาก Rybinsk โดยรวมแล้วเขาสามารถถ่ายภาพผลึกน้ำแข็งรูปแบบต่างๆ ได้ประมาณ 200 รูปแบบ ในการทำเช่นนี้ช่างภาพใช้เทคโนโลยีพิเศษ: เกล็ดหิมะถูกจับบนผ้าไหมแล้วขยาย 15-24 เท่าโดยใช้กล้องจุลทรรศน์ เพื่อป้องกันไม่ให้คริสตัลที่เปราะบางละลายระหว่างการถ่ายภาพ ซิกสันจึงทำให้มือของเขาเย็นลงและหายใจผ่านท่อพิเศษ

เกล็ดหิมะของซิกสัน

ผู้บุกเบิกการถ่ายภาพเกล็ดหิมะชาวอเมริกันคือ วิลสัน เบนท์ลีย์(พ.ศ. 2408-2474) ตลอดชีวิตของเขา เขาถ่ายภาพเกล็ดหิมะประมาณ 5,000 ภาพ 2,500 เล่มได้รับการตีพิมพ์ในปี 1931 ในหนังสือ Snow Crystals

เกล็ดหิมะ เบนท์ลีย์ 2445

อุกิฮิโระ นากายะ(พ.ศ. 2443-2505) นักฟิสิกส์ชาวญี่ปุ่น - นักวิทยาศาสตร์คนแรกที่จัดระบบความรู้เกี่ยวกับผลึกน้ำแข็ง Nakaya ไม่เพียงแต่ถ่ายภาพเกล็ดหิมะเท่านั้น แต่ยังได้เรียนรู้วิธีการปลูกเกล็ดหิมะในห้องทดลองอีกด้วย ผลการวิจัยของนักวิทยาศาสตร์คือหนังสือ “Snow Crystals: Natural and Artificial” ซึ่งตีพิมพ์ในปี 1954

ผลึกหิมะเป็นจดหมายที่ส่งถึงเราจากสวรรค์

- Ukihiro Nakaya, สารคดี Snow Crystals, 1939

เกล็ดหิมะเกิดขึ้นได้อย่างไร?

เกล็ดหิมะกำเนิดมาจากเมฆ โดยที่ผลึกน้ำแข็งก่อตัวบนอนุภาคฝุ่นเล็กๆ ที่อุณหภูมิต่ำกว่าศูนย์ จากนั้นสิ่งใหม่ก็เติบโตบนคริสตัลเหล่านี้เป็นต้น โครงสร้างของโมเลกุลของน้ำเป็นตัวกำหนดรูปร่างหกเหลี่ยมของคริสตัล โดยทำมุมระหว่างรังสีของมันได้เพียง 60° และ 120°

เนื่องจากในแต่ละช่วงเวลา สภาพที่เกล็ดหิมะเติบโตจะมีความแตกต่างกันเพียงเล็กน้อย คริสตัลแต่ละชิ้นจึงมีรูปร่างที่เป็นเอกลักษณ์ ยิ่งกว่านั้นรังสีทั้งหมดของเกล็ดหิมะหนึ่งดวงนั้นคล้ายกันมากเนื่องจากพวกมันตกผลึกพร้อมกันภายใต้สภาวะที่คล้ายกันมาก

เกล็ดหิมะมีกี่ประเภท?

แม้ว่าคริสตัลจะมีเอกลักษณ์เฉพาะตัว แต่ก็ยังสามารถจำแนกได้ อย่างไรก็ตาม ตามที่นักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกัน Kenneth Libbrecht จากสถาบันเทคโนโลยีแคลิฟอร์เนียกล่าวว่านี่ไม่ใช่งานง่าย เนื่องจากในระดับหนึ่งมันเป็นเรื่องของรสนิยมสำหรับนักวิจัยแต่ละคน Libbrecht เองระบุเกล็ดหิมะ 35 ชนิด; Ukihiro Nakaya - 41 และการจำแนกประเภทที่ซับซ้อนที่สุดเสนอโดยนักอุตุนิยมวิทยา Magono และ Lee ในปี 1966 - ผลึกหิมะ 80 ประเภทที่แตกต่างกัน

จำแนกตามอุกิฮิโระ นากาอิยะ อ.นาคายะ | เกล็ดหิมะ: ธรรมชาติและประดิษฐ์ (สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ด, 1954)

อย่างไรก็ตาม มีการจำแนกประเภทที่ง่ายกว่าซึ่งพัฒนาขึ้นในปี 1951 โดยคณะกรรมาธิการหิมะและน้ำแข็งของสมาคมอุทกวิทยาวิทยาศาสตร์ระหว่างประเทศ - มีเพียงผลึกหิมะ 7 รูปแบบและการตกตะกอนแช่แข็ง 3 ประเภท

ประเภทของเกล็ดหิมะตามการจำแนกหิมะระหว่างประเทศ A.K. Dunin ในอาณาจักรแห่งหิมะ สำนักพิมพ์ "วิทยาศาสตร์"โนโวซีบีสค์, 1983

1. บันทึก

เกล็ดหิมะที่ง่ายที่สุดคือปริซึมหกเหลี่ยมแบน

เกล็ดหิมะที่มีเอกลักษณ์และเลียนแบบไม่ได้ทำให้นักวิทยาศาสตร์สนใจมาโดยตลอด และบางคนก็อุทิศทั้งชีวิตให้กับการศึกษาผลึกน้ำแข็ง

นักวิทยาศาสตร์กลุ่มแรกๆ ที่คิดถึงโครงสร้างของหิมะคือนักคณิตศาสตร์และนักดาราศาสตร์ชาวเยอรมัน โยฮันเนส เคปเลอร์(1571-1630) ในปี 1611 เขาได้ตีพิมพ์บทความสั้น ๆ เรื่อง "ของขวัญปีใหม่หรือเกล็ดหิมะหกเหลี่ยม" ซึ่งอาจเรียกได้ว่าเป็นงานทางวิทยาศาสตร์ชิ้นแรกที่อุทิศให้กับเกล็ดหิมะ

เนื่องจากเมื่อใดก็ตามที่หิมะเริ่มตก เกล็ดหิมะแรกจะมีรูปร่างเหมือนดาวหกเหลี่ยม จึงต้องมีเหตุผล เพราะหากนี่คืออุบัติเหตุ ทำไมจึงไม่มีเกล็ดหิมะห้าเหลี่ยมหรือเจ็ดเหลี่ยม ทำไมเกล็ดหิมะหกเหลี่ยมถึงตกลงมาเสมอ เว้นแต่จะสูญเสียรูปร่างเนื่องจากการชนกัน ไม่เกาะติดกันเป็นจำนวนมาก แต่ตกน้อยมากและแยกจากกัน?

- โยฮันเนส เคปเลอร์ ของขวัญปีใหม่ หรือเกี่ยวกับเกล็ดหิมะหกเหลี่ยม ค.ศ. 1611 (แปลโดย Yu. A. Danilov)

เรเน่ เดการ์ตส์(ค.ศ. 1596-1650) นักปรัชญาและนักคณิตศาสตร์ชาวฝรั่งเศส เป็นคนแรกที่อธิบายรายละเอียดรูปร่างของเกล็ดหิมะ สิ่งที่น่าสนใจคือบันทึกของเดส์การตส์ยังกล่าวถึงผลึกน้ำแข็งที่หายากมาก เช่น เสาที่อยู่ด้านบน

มันเป็นแผ่นน้ำแข็งเล็กๆ แบน เรียบและโปร่งใสมาก ประมาณความหนาของกระดาษหนาหนึ่งแผ่น...พับเป็นรูปหกเหลี่ยมอย่างสมบูรณ์แบบ โดยด้านข้างจะตรงมากและมุมเท่ากันมาก...เป็นไปไม่ได้ มนุษย์จะสร้างอะไรแบบนั้นขึ้นมา

— เรเน เดการ์ต, 1635

การประดิษฐ์กล้องจุลทรรศน์ทำให้นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษได้ โรเบิร์ต ฮุค(ค.ศ. 1635-1703) ตีพิมพ์ผลงานชื่อ Micrographia ในปี 1665 ซึ่งนักวิทยาศาสตร์บรรยายทุกสิ่งที่เขาสามารถตรวจสอบได้ด้วยความช่วยเหลือของเครื่องมือใหม่ สิ่งพิมพ์ประกอบด้วยภาพวาดเกล็ดหิมะหลายแบบซึ่งเป็นครั้งแรกที่แสดงให้เห็นถึงความซับซ้อนและความซับซ้อนของผลึกหิมะ

วาดจาก Micrographia โดย Robert Hooke

อ้าง

ขณะที่ศึกษาเกล็ดหิมะโดยใช้กล้องจุลทรรศน์ ฉันพบว่า... ยิ่งขยายสูงเท่าไร เกล็ดหิมะก็จะดูไม่สมมาตรมากขึ้นเท่านั้น แต่ความไม่สมดุลนี้อาจเกิดจากการละลายหรือความเสียหายระหว่างการตก แต่ไม่ใช่จากข้อบกพร่องในธรรมชาติ

- โรเบิร์ต ฮุค, Micrographia, 1665

ช่างภาพเกล็ดหิมะคนแรกๆ ที่มีชื่อเสียงคือ อันเดรย์ อันดรีวิช ซิกสัน(1840-1907) ช่างภาพชาวรัสเซียจาก Rybinsk โดยรวมแล้วเขาสามารถถ่ายภาพผลึกน้ำแข็งรูปแบบต่างๆ ได้ประมาณ 200 รูปแบบ ในการทำเช่นนี้ช่างภาพใช้เทคโนโลยีพิเศษ: เกล็ดหิมะถูกจับบนผ้าไหมแล้วขยาย 15-24 เท่าโดยใช้กล้องจุลทรรศน์ เพื่อป้องกันไม่ให้คริสตัลที่เปราะบางละลายระหว่างการถ่ายภาพ ซิกสันจึงทำให้มือของเขาเย็นลงและหายใจผ่านท่อพิเศษ

เกล็ดหิมะของซิกสัน

ผู้บุกเบิกการถ่ายภาพเกล็ดหิมะชาวอเมริกันคือ วิลสัน เบนท์ลีย์(พ.ศ. 2408-2474) ตลอดชีวิตของเขา เขาถ่ายภาพเกล็ดหิมะประมาณ 5,000 ภาพ 2,500 เล่มได้รับการตีพิมพ์ในปี 1931 ในหนังสือ Snow Crystals

เกล็ดหิมะ เบนท์ลีย์ 2445

อุกิฮิโระ นากายะ(พ.ศ. 2443-2505) นักฟิสิกส์ชาวญี่ปุ่น - นักวิทยาศาสตร์คนแรกที่จัดระบบความรู้เกี่ยวกับผลึกน้ำแข็ง Nakaya ไม่เพียงแต่ถ่ายภาพเกล็ดหิมะเท่านั้น แต่ยังได้เรียนรู้วิธีการปลูกเกล็ดหิมะในห้องทดลองอีกด้วย ผลการวิจัยของนักวิทยาศาสตร์คือหนังสือ “Snow Crystals: Natural and Artificial” ซึ่งตีพิมพ์ในปี 1954

ผลึกหิมะเป็นจดหมายที่ส่งถึงเราจากสวรรค์

- Ukihiro Nakaya, สารคดี Snow Crystals, 1939

เกล็ดหิมะเกิดขึ้นได้อย่างไร?

เกล็ดหิมะกำเนิดมาจากเมฆ โดยที่ผลึกน้ำแข็งก่อตัวบนอนุภาคฝุ่นเล็กๆ ที่อุณหภูมิต่ำกว่าศูนย์ จากนั้นสิ่งใหม่ก็เติบโตบนคริสตัลเหล่านี้เป็นต้น โครงสร้างของโมเลกุลของน้ำเป็นตัวกำหนดรูปร่างหกเหลี่ยมของคริสตัล โดยทำมุมระหว่างรังสีของมันได้เพียง 60° และ 120°

เนื่องจากในแต่ละช่วงเวลา สภาพที่เกล็ดหิมะเติบโตจะมีความแตกต่างกันเพียงเล็กน้อย คริสตัลแต่ละชิ้นจึงมีรูปร่างที่เป็นเอกลักษณ์ ยิ่งกว่านั้นรังสีทั้งหมดของเกล็ดหิมะหนึ่งดวงนั้นคล้ายกันมากเนื่องจากพวกมันตกผลึกพร้อมกันภายใต้สภาวะที่คล้ายกันมาก

เกล็ดหิมะมีกี่ประเภท?

แม้ว่าคริสตัลจะมีเอกลักษณ์เฉพาะตัว แต่ก็ยังสามารถจำแนกได้ อย่างไรก็ตาม ตามที่นักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกัน Kenneth Libbrecht จากสถาบันเทคโนโลยีแคลิฟอร์เนียกล่าวว่านี่ไม่ใช่งานง่าย เนื่องจากในระดับหนึ่งมันเป็นเรื่องของรสนิยมสำหรับนักวิจัยแต่ละคน Libbrecht เองระบุเกล็ดหิมะ 35 ชนิด; Ukihiro Nakaya - 41 และการจำแนกประเภทที่ซับซ้อนที่สุดเสนอโดยนักอุตุนิยมวิทยา Magono และ Lee ในปี 1966 - ผลึกหิมะ 80 ประเภทที่แตกต่างกัน

จำแนกตามอุกิฮิโระ นากาอิยะ อ.นาคายะ | เกล็ดหิมะ: ธรรมชาติและประดิษฐ์ (สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ด, 1954)

อย่างไรก็ตาม มีการจำแนกประเภทที่ง่ายกว่าซึ่งพัฒนาขึ้นในปี 1951 โดยคณะกรรมาธิการหิมะและน้ำแข็งของสมาคมอุทกวิทยาวิทยาศาสตร์ระหว่างประเทศ - มีเพียงผลึกหิมะ 7 รูปแบบและการตกตะกอนแช่แข็ง 3 ประเภท

ประเภทของเกล็ดหิมะตามการจำแนกหิมะระหว่างประเทศ A.K. Dunin ในอาณาจักรแห่งหิมะ สำนักพิมพ์ "วิทยาศาสตร์"โนโวซีบีสค์, 1983

1. บันทึก

เกล็ดหิมะที่ง่ายที่สุดคือปริซึมหกเหลี่ยมแบน

ต่อคำถามว่าเกล็ดหิมะมีกี่แบบ? มอบให้โดยผู้เขียน สารประกอบคำตอบที่ดีที่สุดคือ สวัสดี!
กระบวนการสร้างเกล็ดหิมะเป็นกระบวนการระเหิดของผลึกจากเฟสก๊าซโดยผ่านสถานะของเหลว ในเวลาเดียวกันการเติบโตของ "ส่วน" ของโมเลกุลน้ำที่ต่อเนื่องกันนั้นค่อนข้างจะวุ่นวายโดยเริ่มจากช่วงเวลาของการก่อตัวของผลึกเริ่มต้น ความจริงก็คือกระบวนการระเหิดต้องใช้ "นิวเคลียสของการระเหิด" - ละอองลอยขนาดเล็กที่มีอยู่ในอากาศเนื่องจากผลึกไม่สามารถก่อตัวบนโมเลกุลของก๊าซอื่น ๆ ได้ แต่บน "พื้นผิวแข็ง" เท่านั้น สารแขวนลอยระดับไมโครที่คงอยู่ในอากาศโดยกระแสน้ำวนที่ปั่นป่วน (ฝุ่น ควัน จุลินทรีย์ แบคทีเรีย สปอร์ หินผลึก...) เป็น "พื้นผิว" พื้นฐานที่เริ่มการเติบโตของผลึกน้ำตั้งต้น ดูข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับไมโครแอโรซอลในบรรยากาศในคำตอบสำหรับคำถามของฉัน:
เนื่องจากอนุภาคไมโครแอโรซอลแต่ละอนุภาคมีรูปร่างพื้นผิวที่ไม่เป็นระเบียบ การเติบโตของผลึกบนพื้นผิวจึงเกิดขึ้นตั้งแต่แรกในลักษณะที่ไม่เป็นระเบียบ และโครงสร้างของผลึกที่กำลังเติบโตจะเกิดรูปร่างซ้ำของพื้นผิวนี้ในขั้นต้น ดังนั้น ตามหลักการแล้ว จึงไม่สามารถเกิดขึ้นได้ เกล็ดหิมะที่เหมือนกันสามารถ "จัดกลุ่ม" ตามประเภทเท่านั้น (ดูรูป) และประเภทเหล่านี้มีจำนวนมากมายมากและดังนั้นจึงมีรูปหกเหลี่ยม (ตามโครงสร้างหกเหลี่ยมของผลึกน้ำ "ในอุดมคติ") และโครงสร้างโพลีคริสตัลไลน์ที่มีความซับซ้อนอย่างมากกำลังเติบโต ในบรรดาเกล็ดหิมะนั้นมีแผ่น ปิรามิด เสา เข็ม ลูกศร ดาวที่เรียบง่ายและซับซ้อน แต่ในขณะเดียวกัน พวกเขาทั้งหมดมีใบหน้าหกหน้าและหนึ่งแกนสมมาตร (ดูรูป) และนักดาราศาสตร์ Johannes Kepler เป็นคนแรกที่สังเกตสิ่งนี้ ข้อมูลสมัยใหม่ยืนยันสิ่งนี้ แสดงให้เห็นว่ารูปร่างของผลึกหิมะเป็นไปตามโครงสร้างโมเลกุลของน้ำแข็ง โครงตาข่ายคริสตัลประกอบด้วยรูปหกเหลี่ยม -
เนื่องจากระดับความอิ่มตัวของไอน้ำในส่วนต่างๆ ของเมฆแตกต่างกันไป และเกล็ดหิมะเนื่องจากลมและความปั่นป่วนตกลงไปในส่วนต่างๆ ของเมฆ กระบวนการเติบโตทีละชั้นของผลึกของ "ชั้นบน" ” เลเยอร์ดำเนินไปอย่างกระตุกไม่สม่ำเสมอสลับกันช้าลงหรือเร่งความเร็วเนื่องจากรูปร่างของคริสตัล "ตาม" ลำแสงจึงแตกต่างกันไปตามเกล็ดหิมะที่แตกต่างกัน
เริ่มต้นจากการเติบโตของ "แกนกลาง" ของเกล็ดหิมะในระดับหนึ่ง ความไม่สม่ำเสมอของสารแขวนลอยไมโคร "เริ่มต้น" จะเรียบลง และเมื่อถึงจุดหนึ่ง มันจะเข้าใกล้ "ลูกบอล" ขนาดเล็กซึ่งมี "ส่วนที่ยื่นออกมา" 6 อันปรากฏขึ้นตาม โครงสร้างของผลึกน้ำในอุดมคติ ซึ่งให้ “จุดเริ่มต้นของการเติบโตของรังสี และเมื่อรังสีได้ก่อตัวขึ้น มันก็จะเติบโตโดยไม่ต้องสัมผัสกันอย่างอิสระ พร้อม ๆ กันไม่ว่าจะเร่งหรือชะลอความเร็วตามพารามิเตอร์ที่เปลี่ยนแปลงไปของ สภาพแวดล้อมที่พวกเขาตกอยู่ ดูเพิ่มเติมเกี่ยวกับเกล็ดหิมะที่นี่:
...
แน่นอน หากละอองลอยขนาดเล็กที่เกิดการระเหิดมีรูปร่างเหมือนกันทุกประการ (ซึ่งไม่ได้เกิดขึ้นในธรรมชาติ) เกล็ดหิมะที่เติบโตบนฐานของพวกมันก็จะเห็นได้ชัดว่าเป็นสำเนาที่สมบูรณ์แบบของกันและกัน เหมือนกับเกล็ดหิมะที่ "ประทับตรา"
แต่เนื่องจากไมโครแอโรซอลล้วนมีเอกลักษณ์เฉพาะตัว เราจึงมองเห็นความคิดสร้างสรรค์อันสวยงามและเป็นเอกลักษณ์ของธรรมชาติในการสร้างปาฏิหาริย์ นั่นคือ เกล็ดหิมะที่มีเอกลักษณ์เฉพาะตัว
ดังนั้น จงรู้ไว้ว่าเมื่อมีหิมะตกนอกหน้าต่าง เกล็ดหิมะนับล้านๆ เกล็ดที่คุณเห็นนั้นสวยงามไม่ซ้ำใคร!
ทั้งหมดที่ดีที่สุด

คำตอบจาก โยน[คุรุ]
เกล็ดหิมะแต่ละอันมีลักษณะเฉพาะตัวเหมือนลายนิ้วมือ

คำตอบจาก เวเลนซ์[คุรุ]
อืมมมม....เท่าที่รู้มาก!!! !จะหาคนนับเกล็ดหิมะได้ที่ไหน??? เกล็ดหิมะแต่ละอันมีความแตกต่างกัน!

คำตอบจาก โรคประสาท[คุรุ]
อย่างไรก็ตาม รูปร่างเกล็ดหิมะพื้นฐานมีเจ็ดประเภท

คำตอบจาก กาดำ[คุรุ]
ไม่มีเกล็ดหิมะที่เหมือนกันสักคู่เลย (ซึ่งต่อมาได้เสริมทฤษฎีคริสตัลอย่างมีนัยสำคัญ).... แบบนี้....