Sięgając do DNA śniegu

Irena Cieślińska

Nie, nie chodzi o odkopywanie jezdni ani chodnika aż do dna. Rzecz idzie o unikalny kod śniegowych gwiazdek, podobny do tego, jaki określa rozwój człowieka

Kiedy w Boże Narodzenie na stronie internetowej tygodnika „Nature” pojawiło się redakcyjne ogłoszenie namawiające do prenumeraty pisma, czytelnicy zatrzęśli się z oburzenia. Tłem ogłoszenia była zimowa sceneria przyprószona przez grafika pięciokątnymi płatkami śniegu. Niewybaczalny błąd! Prawdziwe mają symetrię sześciokąta, bo w taki wzór, przypominający plaster miodu, układają się cząsteczki wody w kryształach lodu. Pięciokątnej ani siedmiokątnej symetrii nie da się w ten sposób uzyskać, o czym redakcja bądź co bądź prestiżowego naukowego periodyku powinna wiedzieć. Jak na ironię ta oferta prenumeraty skierowana była „do każdego, kto kocha naukę...”.

Gdyby grafik „Nature” był sprytny, narysowałby trójkątne płatki. Takie też spadają z nieba, są w zdecydowanej mniejszości, ale spostrzegawczy badacze natury zauważyli je już kilkaset lat temu. Z naukowego punktu widzenia są dużo ciekawsze od sześciokątnych, bo trójkątną symetrię śnieżynek do niedawna bardzo trudno było wytłumaczyć.

Dopiero Kenneth Libbrecht i Hannah Arnold z kalifornijskiego Caltech po wykonaniu serii eksperymentów wpadli na trop wyjaśnienia zagadki. Przynajmniej na to wygląda. Swoje śledztwo opisują w pierwszym tegorocznym numerze kwartalnika poświęconego mikroświatowi „The Microscope”.

Kogo jednak może obchodzić kształt płatków śniegu? Może się zdziwicie, ale zajmowali się tym najwięksi uczeni w dziejach. Angielski przyrodnik Robert Hooke w 1665 roku opublikował dzieło „Micrographia”, w którym szkicował wszystkie cuda natury, jakie tylko mógł dojrzeć za pomocą świeżego wtedy wynalazku – mikroskopu. I, rzecz jasna, nie brakło tam szkiców idealnie symetrycznych płatków śniegu, bajecznie różnych, a mimo to podobnych w swej sześciokątnej symetrii.

Chyba pierwszą uczoną rozprawę o śniegu zatytułowaną „Noworoczny podarek albo o sześciokątnych płatkach śniegu” napisał w roku 1611 słynny astronom i autor praw ruchu planet Johannes Kepler. Ten uczony zafascynowany był zależnością między liczbą znanych wówczas planet (sześć) a liczbą brył platońskich (też sześć), więc oczywiście zwrócił uwagę na to, że liczba sześć ukrywa się także w śniegu. Pisał: „Zawsze kiedy zaczyna padać śnieg, jego pierwsze elementy mają kształt sześcioramiennej gwiazdy, więc musi się wiązać z tym określona przyczyna. Jeśli bowiem dzieje się tak przez przypadek, dlaczego nie pojawiają się chociażby pięcio- czy siedmioramienne kształty, dlaczego ciągle sześcioramienne?”.

Intuicja podpowiedziała Keplerowi, że ma to coś wspólnego z plastrem miodu, który w przekroju również składa się z sześciokątów. Podejrzewał więc, iż ta sama przyczyna, która każe pszczołom w ten sposób formować komórki plastra, sprawia, że woda, zamarzając, przybiera ten kształt. Co więcej, uczony zauważył, że podobny kształt przybierają także ziarna granatu ściśnięte pod skórką owocu. Natura wyraźnie wyróżnia tę symetrię.

Sama przyczyna „sześciokątności” pozostała jednak dla uczonego tajemnicą (Kepler zgadywał, że ma w tym udział „dusza Ziemi”). Podobnie jak dla Kartezjusza, który pisał, że boki i kąty lodowych kryształków są tak równe, iż „dla człowieka byłoby niepodobnością stworzyć coś tak idealnego”.

Śnieg prześwietlony
Dyskusja o płatkach śniegu toczyła się w zamkniętym gronie uczonych aż do narodzin fotografii. Fotograf amator Wilson Bentley, który przyszedł na świat w 1865 roku na farmie w stanie Vermont, na 15. urodziny dostał od mamy, nauczycielki, mikroskop i tak jak wcześniej Hooke zaczął oglądać przez niego wszystko, co tylko wpadło mu w ręce. A że Vermont leży na północy, gdzie przez znaczną część roku burza jest synonimem śniegu z piorunami, prędzej czy później musiał wziąć pod mikroskop i ujrzeć w powiększeniu płatki śniegu. Najpierw próbował je szkicować, ale rysunki nie oddawały ich harmonii oraz piękna. W 1885 roku wykonał pierwszą fotografię, przypuszczalnie pierwsze zdjęcie płatka śniegu w dziejach. Bentley, którego wkrótce zaczęto zwać „panem śnieżynką”, sfotografował tysiące płatków, dzięki czemu zyskał wielką sławę. Za swoją pasję jednak zapłacił śmiercią – umarł na zapalenie płuc po jednym ze swoich zimowych polowań na płatki śniegu.

W tym czasie fizyka dysponowała już narzędziem – promieniami rentgenowskimi, za pomocą których można było prześwietlić kryształki i zbadać tajemnicę ich budowy na poziomie atomowym. Okazało się, że – jak podejrzewał Kepler – cząsteczki wody, łącząc się w krysztale lodu, rzeczywiście tworzą strukturę przypominającą plastry miodu.
Jednak jak to się dzieje, że choć powstają z tych samych cząsteczek wody i zawsze mają sześciokątną symetrię, ich dojrzały kształt nigdy się nie powtarza? Czasem są rozgałęzione jak sześcioramienny liść paproci, czasem przypominają cienkie igiełki lub grube kolumny o sześciokątnej podstawie. Raz są drobne jak ziarnko maku, innym razem wielkie i puchate niczym koty.

Na to pytanie musiał odpowiedzieć eksperyment.

1 2

wpisz swój komentarz

Tytuł:		Pseudonim:
Treść:		E-mail:		Zapisz
	Wydawnictwo "Przekrój" sp. z o.o. zastrzega sobie prawo do usuwania komentarzy łamiących polskie prawo lub zasady dobrego wychowania.

komentarze do artykuŁu

Wszystkie