Одинаковые снежинки - бывают ли?
Смотрим под "микроскопом"

Когда зима окутывает землю белоснежным покрывалом, мир кажется волшебным. Но среди этого зимнего великолепия прячется нечто поистине уникальное — снежинки. Крошечные кристаллы льда, падающие с небес, являются не только символом зимы, но и настоящим чудом природы. Канадский фотограф Дон Комаречка (Don Komarechka) стал мастером запечатления этой красоты, открывая зрителям невидимый мир снежинок через свои макрофотографии.

Снежинка 957 «Завернутый подарок». Одна из самых редких разновидностей. Эта прямоугольная снежинка не поддается классическому определению. Видите линии, тянущиеся к каждому углу и середине каждой стороны? Это точки, в которых два молекулярно несогласованных кристалла соединяются в нестандартный узор. Обычно это наблюдается в стреловидных снежинках, в результате чего по всей длине структуры образуется своеобразный «позвоночник».

Кен Либбрехт хорошо описал это в своей книге «Снежные кристаллы: A Case Study in Spontaneous Structure Formation (стр. 48-55), но нигде не обсуждается 8-сторонний клиновидный дизайн, который мы видим здесь. Существуют кристаллы с наконечником стрелы, скрещенные пластины, сдвоенные колонны и множество вариантов каждого из них, но это снежинка-единорог. Нет сведений о том, был ли подобный ледяной кристалл когда-либо был задокументирован кем-либо в истории ранее.

Снежинки имеют уникальную форму и структуру. По данным американских ученых, количество возможных форм снежинок может достигать числа с 768 нулями! Это означает, что шансы найти две одинаковые снежинки стремятся к нулю. Учёные предлагают разные классификации. Например, американский учёный Кеннет Либбрехт выделял 35 видов снежинок, Укихиро Накайя — 41 вариант, а метеорологи Магоно и Ли — 80 типов.

Снежинка 956. «Щелевые» кристаллы начинаются с центрального кристалла колонного типа, из которого вырастают гексагональные пластины с обеих сторон колонны. Это всегда гонка за пластинами — если угол одной пластины вырастает дальше, чем тот же угол на другом конце колонны, то гонка (за этот угол) выиграна. Одно из фундаментальных правил, управляющих ростом снежинки: что дальше всех торчит, то быстрее всех растет. Мы видим, что верхняя пластина выиграла четыре из этих гонок, а нижняя — две. Можете ли вы заметить диагональное разграничение по центру снежинки?

Когда образуются расколотые кристаллы, детали поверхности обычно располагаются на сторонах снежинки, обращенных друг к другу. Это означает, что нижние ветви имеют детали, направленные вверх к центральной колонне, из-за чего они кажутся более грубо текстурированными. Верхняя часть кажется более гладкой, но это иллюзия — на ней присутствуют те же детали, но на стороне кристалла, обращенной от камеры. На нижних ветвях мы можем увидеть волшебство этих деталей: каскад. Снежинки растут слоями, используя множество способов. Сколько слоев вы можете увидеть? Более яркая область в нижней половине центра объясняется тем, что воздух задерживается между двумя слоями льда. Верхний «потолочный» слой затем исчезает, обнажая слой под ним, а за ним следуют еще более мелкие каскады.

Снежинка 935 — крупный план. Программа, которой пользуется Дон «угадывает» детали и не всегда делает это правильно. Он включает и выключает слой AI и вносит коррективы в те области, которые не совпадают с тем, что ожидается от оригинальной снежинки. Это помогает преодолеть небольшую потерю деталей из-за дифракции или оптических проблем, но нельзя позволять ему управлять процессом. Удивительно, как далеко мы продвинулись, постоянно преодолевая пределы физики с помощью технического прогресса.

Более простая классификация была разработана в 1951 году Комиссией снега и льда Международной ассоциации научной гидрологии и состоит из семи видов снежинок: пластинки — шестиугольные призмы; звёзды — плоские с шестью лучами; столбики — утолщённые и пустые внутри; иглы — длинные и тонкие; пространственные дендриты — объёмные сросшиеся кристаллы; увенчанные столбики — столбики, у которых изменились условия во время роста; неправильные кристаллы — повреждённые кристаллы любого из шести предыдущих видов. Также к твёрдым осадкам в этой классификации относятся снежная крупка, ледяная крупка и град.

Снежинка 954. Где есть цвет, там есть и информация. Этот конкретный экземпляр может многое рассказать благодаря своему сублимационному коллапсу, давая нам уникальный взгляд на то, как «стареют» снежинки. Интерференция тонких пленок является причиной появления цветов в снежинках — по крайней мере, таких цветов. Подобные цвета можно обнаружить и в мыльной пленке, причем толщина пленки напрямую зависит от представленного цвета.

Благодаря сублимации снежинка возвращается в воздух (испаряется из твердого тела без предварительного перехода в жидкое). Если бы она таяла, вы бы увидели маленькие бусинки воды, сидящие на вершине кристалла. Сублимация происходит в обратном порядке, чем рост кристаллов: что дальше всего отстоит от кристалла, то быстрее всего сублимируется. Внешние края исчезают быстрее, площадь снежинки быстро исчезает. Это делает съемку сложной.

Дон Комаречка не всегда был фотографом. Увлечение фотографией зародилось в непростой период жизни, в момент попытки помириться с отцом перед его смертью. Отец, увлеченный фотографией, передал ему свои знания и любовь к этому искусству. Хотя он не дожил до момента становления его сына профессионалом, наследие стало основой для Дона. Личный опыт предстал катализатором стремления запечатлеть красоту окружающего мира.

Снежинка 953. Множество параллельных линий-пузырьков идут от центра кристалла к каждому кончику ветви. Представьте себе это: толстый «позвоночник», проходящий по центру того в конечном итоге может стать ветвями. Что если остальная часть базальной грани (верхняя или нижняя. В данном случае верхняя) начнет заполняться до той же толщины, что и этот позвоночник? Мы знаем, что он «заполняется», и по случайному стечению обстоятельств впадина на поверхности выросла до потолка, а не полностью превратилась в сплошной лед.

Для создания своих удивительных макрофотографий Дон использует фотоаппарат Canon EOS 1D-X и специализированный макро-объектив 65 мм MP-E f/2.8 1-5x Macro. Объектив позволяет достигать невероятного приближения — до 12 раз ближе, чем стандартный макро-объектив. Однако не только техника делает работы уникальными. Важным элементом съемок является черная рукавица, которая служит фоном для снежинок. Именно она помогает создать контраст, подчеркивающий детали кристаллов.

Снежинка 947. Не все снежинки выглядят как симметричные тарелки с ветвями. Некоторые из них странные и необычные, а некоторые — странные и невероятно распространенные: колонны. Снежинки начинаются как простые шестиугольные призмы. Они имеют объем, но «классическая» снежинка имеет тенденцию расти за счет удлинения базальных граней (верхней и нижней), в то время как грани призмы (боковые) остаются тонкими. Иначе обстоит дело со столбчатыми кристаллами, где основной движущей силой роста является удлинение граней призмы, что приводит к появлению снежинок, подобных этой. Как правило, они возникают в крайних точках допустимого температурного диапазона — либо чуть холоднее, чем мороз (-5C), либо намного холоднее (-30C). Данная снежинка (по крайней мере, частично) полая. На поверхности граней призмы также есть углубления — обе эти особенности связаны с простым правилом «что дальше всех торчит, то быстрее всех растет».

Снежинка 927. Еще одна классическая снежинка — звездный дендрит! Однако в этой снежинке есть что-то особенное. Можете ли вы заметить рост как минимум на четырех отдельных слоях? Первые два легко — центральный шестиугольник растет над основным телом снежинки. А вот центральная «точка» посередине — признак того, что у снежинки колонного типа с обоих концов растут пластины, причем нижняя пластина растет быстрее и в итоге прорастает ветвями. Вы даже можете заметить некоторую асимметрию в центре: как внутренний шестиугольник, так и внешний центр, кажется, растут быстрее по направлению к левому нижнему краю. Такой тип асимметрии встречается довольно часто.

Каждая снежинка — это уникальное произведение искусства природы, Дон тратит около четырех часов на обработку каждой фотографии. Он использует метод «focus stacking», чтобы объединить до 40 изображений одной снежинки, создавая четкое изображение всех ее деталей. Процесс требует высокой степени мастерства и терпения, так как каждая снежинка существует всего несколько секунд, прежде чем начнет таять.

Снежинка 951. Когда угол шестиугольника удаляется все дальше и дальше от соседних углов в маленькой пластине, рост углов в конечном итоге опережает рост между ними, что приводит к образованию ветвей. Когда эти ветви продолжают расти все дальше и дальше от центра, они будут расти относительно прямо, пока не столкнутся с кратковременным «бугром» влажности. Эти неровности — просто природа облака: в некоторых частях водяной пар немного плотнее, чем в других. По мере того как ветви удаляются от центра снежинки, между ними появляется больше пространства. Больше пространства = больше доступа к строительным блокам (молекулам воды). Снежинки всегда растут в направлении доступных строительных блоков, но это не обязательно означает «всегда наружу». Ветви расширяются на конце, потому что доступный материал для роста может с большей готовностью ударять по бокам ветвей со всех сторон.

Дон делает все вручную, без использования треноги, чтобы избежать потери драгоценного времени при съемке. Каждый угол и каждая деталь имеют значение.

Снежинка 920. Итак, время для действительно странной снежинки! Одна из самых экзотических разновидностей — кристалл типа «скрещенная пластина». По аналогии с кристаллами стрел, в начале снежинки происходит некоторое смещение кристаллической решетки, которое затем переходит в повторяющийся узор. В норме молекулы воды соединяются друг с другом таким образом, что это смутно напоминает шестиугольную призму, и это составляет подавляющее большинство снежинок. Иногда случаются ошибки. В этом образце мы наблюдаем интересный поворот. Молния проходит по всей длине снежинки в центре, с каждой стороны которой растет по кристаллу-близнецу... но также она торчит из вершины! Это трудно представить из-за всех перекрывающих друг друга слоев льда, но есть несколько пластин, поднимающихся вверх и в сторону от основного тела снежинки; это напоминает крылья бабочки.

Снежинка 922. Как ни проста внешняя форма этой снежинки, внутренняя выглядит невероятно инопланетной, словно темный портал в другое царство. Снаружи есть кольцо с закругленными углами. Обычно такие закругления наблюдаются, когда снежинка растет внутрь из внешнего толстого слоя — толстые внешние края часто образуются в условиях пониженной влажности. Это может служить барьером для свободного потока водяного пара по поверхности снежинки, который обычно заполняет некоторые из шатких кусочков, превращаясь в твердый, более плотный лед. Вместо этого внутренний край более толстой стенки собирает все строительные блоки (водяной пар), которые летят по поверхности, медленно расширяя ее все дальше и дальше вглубь. Шестиугольник, медленно округляющийся в круг, растет внутрь и только что соприкоснулся с внутренними деталями. Некоторые из них уже начали превращаться в пузырьки — ищите яркие участки. На внешней стороне растущего внутрь круга тоже образуются светлые края, их легче всего заметить сверху и снизу.

Работа с такими хрупкими объектами требует технических навыков и творческого подхода, а еще большой любви к делу. Дон делает все вручную, без использования треноги, чтобы избежать потери драгоценного времени при съемке. Каждый угол и каждая деталь имеют значение. Нужно быть готовым к быстрым изменениям: снежинка может растаять за считанные секунды после того, как коснется поверхности.

Снежинка 912. Когда снежинка не является снежинкой? Когда их больше одной! Определение немного размыто, поскольку эти кристаллы часто образуют скопления, это напрямую влияет на их структуру роста. Более того, это также объясняет, почему некоторые «снежинки» имеют 12 ветвей. Что заставляет снежинки слипаться? На земле мокрый снег становится липким — ближе к температуре замерзания. Сухой снег обычно гораздо холоднее и плохо слипается. Когда мы видим скопления падающего снега, в них обычно содержатся гораздо более крупные кристаллы. Возможно, причиной липкого снега в наземных и небесных примерах является содержание влаги — чем выше влажность/влажность, тем больше вероятность того, что снег прилипнет. Некоторые пластинчатые снежинки склеиваются и «сплавляются», где сублимация молекул воды и их повторная интеграция в кристаллическую структуру действует как своего рода клей. Случайная встреча с другим кристаллом, если она длится достаточно долго, может создать связь.

Снежинка 916. Некоторые снежинки настолько малы, что их почти не видно, другие — велики, и мы можем любоваться ими воочию. Небольшой процент при правильных условиях может превратиться в гаргантюанскую. Какого размера может быть снежинка? Самые крупные экземпляры имеют размер около 12 мм в поперечнике. По общему мнению, это тот размер, до которого они могут вырасти естественным образом, прежде чем упадут с неба или станут настолько хрупкими, что разобьются на части. Этот экземпляр не совсем рекордсмен, но его размер составляет примерно 9 мм.

Снежинка 871. Многие люди ошибочно считают снежинки двумерными объектами. Хотя обычно они растут вдоль плоской плоскости, их нельзя назвать плоскими и лишенными особенностей. При медленном росте снежинки имеют тенденцию утолщаться. Примерно на середине каждой ветви мы видим идеальный пример этого: она очень похожа на букву М, но центральный столбик выше боковых. Если добавить больше влаги, кристалл снова начнет расти наружу... но из-за этого сверхвысокого внешнего гребня он начнет расти сверху и снизу как отдельные плоскости.

Дон говорит: «Я просто хочу показать людям то, что они никогда не увидят своими глазами».

Снежинка 926. Доказательство существования НЛО? Если бы космический корабль пришельцев был меньше миллиметра в диаметре и полностью состоял из воды, то возможно! Крошечные шестиугольные снежинки могут проявлять яркие черты благодаря интерференции тонких пленок, если условия для этого подходящие. Эта снежинка — отличный пример «кругов на снегу».

Снежинка 907. Эта снежинка словно окунута в бриллианты. В какой-то момент своей истории она столкнулась с переохлажденными каплями воды, которые замерзли при ударе; в результате на поверхности образовались небольшие бородавки — не совсем приятное зрелище! Однако если вернуть снежинку в нормальные условия роста в водяном паре (а не в капельках), может произойти нечто волшебное. Каждая из граней превращается в красивую шестиугольную призму, растущую на поверхности снежинки. На поверхности этого сложного кристалла сверкает такая глубина объемных деталей, которую почти никогда не увидишь ни на одной снежинке.

Хрустальный мост. Этот кусочек инея был довольно крупным и сфотографирован при увеличении 1:1 на камеру lumix S1R. На этом снимке фокус сложен, но потребовалось всего 8 снимков (по сравнению с 40 для снежинок). Поскольку снежинка очень маленькая, блик покрывает всю ее поверхность. Однако этот образец инея слишком велик для такого же эффекта, блики падают по бокам.

Снежинка 875. Здесь вы наблюдаете образование снежинок типа «наконечник стрелы», хотя точное происхождение несколько затуманено в центре. Что такое снежинка с наконечником стрелы? Их часто можно увидеть с повторяющимися углами чуть меньше 90 градусов, растущими в линию. Отличительной чертой этих кристаллов является наличие линии, проходящей по центру, — своеобразного гребня, соединяющего две половинки. Эти две половинки — молекулярно уникальные кристаллы, соединенные вместе «молнией», которая соединяет две уникальные, но похожие ткани.

Кристалл со стреловидным наконечником под углом 79 градусов, завершенный с обоих концов столбчатыми ветвями, из которых растут дендритные отростки. Такой же необычный, как и все остальные.

Простая «колпачковая колонна». Столбики растут при температуре от −5 до −10 °C и перенасыщении 0,1 г/м3, а пластины образуются при понижении температуры на несколько градусов. При переходе от одних условий к другим колонна обрастает пластинами с обоих концов.

Это половина снежинки с двенадцатью ветвями, случайно распавшаяся на части. Боковым ветвям не осталось места для роста и она быстро сублимировалась!

Забавная пара снежинок с множеством деталей! Присмотритесь, вы увидите интерференционные цвета тонкой пленки, где разные кристаллы сливаются вместе. Красота физики.

Как внутри этой крошечной снежинки может находиться идеально сферический «кольцевой» пузырь?

Это фото было сделано с помощью макрообъектива Canon 20mm bellows 1978 года. Магия физики не зависит от времени, даже старое фотооборудование может хорошо работать в современную эпоху. Может быть, не так хорошо, как современное оборудование, но оно все-равно хорошо работает.