Снегът е невероятна красота, която свързваме със зимните празници. В същото време той е и много интересно физично явление – твърда вода, която не прилича на обикновения лед.

Най-интригуващите истории за „белите мухи, летящи от небето“, могат да разкажат астрономите. Защото сняг вали и на други планети.

Какво представлява снегът?

Обикновено свързваме зимните месеци със сняг, който пада от небето и се трупа на преспи под прозорците.

Разбира се, има страни, където дори зимните празници се посрещат на плажа под палми.

Но замисляли ли сте се какво всъщност е снегът? Не е трудно да се досетим, че това е твърда форма на водата – достатъчно е да видим как се топи.

Хората са разбрали това много отдавна. Ледът обаче също е твърда форма на водата, но изобщо не прилича на сняг. Каква тогава е разликата между тях?

Основната форма на съществуване на снега е снежинката.

Същата онази бяла звездичка, която пада от небето.

Понякога те падат, слепвайки се една с друга, а снежните преспи също са съставени от тях.

Затова въпросът „какво е снегът“ всъщност е въпрос за това какво представлява снежинката.

За първи път над това се замисля китайският философ Хан Юн през 135 г. сл. Хр.

Той прави едно от най-важните наблюдения – всички те имат шестоъгълна симетрия, тоест приличат на шест еднакви парченца, съединени в центъра.

Загадката на снежинката

Въпросът защо снежинката има точно такава форма е занимавал учените много дълго време.

Още през XVII век с него се занимават различни изследователи. Първоначално Робърт Хук разглежда снежинките под микроскоп. Впоследствие те привличат интереса на астрономите – първо Тихо Брахе, а след това и Йохан Кеплер, същият, който открива законите за въртенето на планетите около Слънцето.

През 1611 г. Кеплер дори написва труд, озаглавен „За шестоъгълните снежинки“, в който разглежда редица въпроси защо в различни природни обекти, като пчелните пити, толкова често се среща шестоъгълната форма.

В този контекст той изказва математическо предположение, което по-късно става известно като „хипотезата на Кеплер“.

Той започва с това, че ако се опитаме да покрием равнина с еднакви многоъгълници без пролуки, най-голяма площ на една такава фигура ще има именно шестоъгълникът.

От това следва, че ако се опитаме да обградим един кръг с няколко подобни на него, най-плътно това може да се направи, ако те са точно шест и центровете им образуват правилен шестоъгълник. Оттам Кеплер преминава към формулиране на триизмерен вариант на задачата.

Ако се опитаме да запълним съд с еднакви топчета, най-плътно ще се получи, ако те са разположени в пространствена структура, наречена кубична сингония.

При нея около всяко топче се разполагат още 14, чиито центрове образуват шестоъгълници в три различни равнини.

Хипотезата на Кеплер лесно се проверява с експеримент, който показва, че ако просто насипем топчета в чаша, общият им обем ще бъде 64% от нейния обем.

Но ако внимателно изградим кубична сингония, тази стойност ще достигне 74%, както предполага теорията.

Въпреки това, математическото доказване на това твърдение отнема 400 години.

Едва през 2008 г. Томас Хейлс публикува доказателство, което през 2009 г. е прието за правилно.

Кеплер така и не успява да обясни защо ледените кристали в снежинките растат именно под формата на шестоъгълници.

В същото време кубичната сингония се среща в много кристали.

В крайна сметка този труд дава началото на нова област на знанието – кристалографията, която обединява представите за молекулярния строеж на веществата, геометрията и закономерностите в растежа на кристалите.

Именно в рамките на кристалографията е намерено обяснението за шестоъгълната форма на снежинките.

Всичко се дължи на факта, че кристализацията им винаги протича в горните слоеве на атмосферата. А там винаги има прашинки.

Около тях започва кристализацията на водата. Формата на водната молекула пък е такава, че кристалите могат да се образуват само под ъгли от 60° и 120°. Пълният кръг е 360°. Не е изненадващо, че леденият кристал, който се образува около прашинката, винаги има формата на шестоъгълна пластина.

Тя се превръща в сърцето на бъдещата снежинка.

Когато шестоъгълният кристал порасне, хидростатичните сили вече не го задържат във въздуха и той започва да пада.

По пътя си към Земята той преминава през зони с различна температура и влажност, като този път е уникален за всяка отделна снежинка.

В същото време всичките шест страни на кристала са еднакво подходящи за присъединяване на нови водни молекули и са подложени на еднакви промени в условията.

Затова снежинката расте по напълно уникален начин, запазвайки симетрията си във всичките шест посоки.

Всяка снежинка, достигнала до повърхността на Земята, е наистина уникална, но същевременно запазва своята характерна шестоъгълна форма.

Макар основният ѝ състав да е лед, голяма част от обема ѝ всъщност е обикновен въздух, уловен между ледените кристали. Този въздух придава на снега неговия бял цвят и е причина за изключително ниската му средна плътност.

Интересен факт е, че понякога снежинките могат да достигнат невероятни размери.

В Книгата на рекордите на Гинес е записано, че през 1887 г. в щата Монтана са паднали снежинки с диаметър от цели 38 сантиметра.

Сняг на други планети

Снегът не е явление, уникално само за нашата планета, макар и да не се среща на всички небесни тела.

За образуването му са необходими атмосфера, съдържаща твърди частици, и вещество в газообразно състояние, което е при температура и налягане, близки до точката на кристализация.

Поради тази причина на небесни тела без атмосфера, като Луната и Меркурий, сняг не може да има.

На Венера обаче, въпреки високите температури, се смята, че вали сняг.

Поне върховете на много планини на тази планета са покрити с нещо бяло. Учените предполагат, че това са минерали като хематит, пирит, перовскит или други подобни.

Под въздействието на високата температура тези минерали се изпаряват и се издигат до облачния слой, където температурата е по-ниска. Там праховите частици служат като центрове за кристализация.

Процесът наподобява този на Земята, но с една разлика – в низините „каменните“ снежинки се топят бързо при досег с повърхността, докато по възвишенията снежната покривка може да се задържи с години.

На Марс съществуват два вида сняг. Първият е воден, подобен на земния. Вторият е от въглероден диоксид, познат ни още като „сух лед“. Водният сняг се топи при значително по-високи температури от този с въглероден диоксид.

Сняг вали и на Титан, спътник на Сатурн.

Там той се образува от метан – вещество, което на Земята се среща предимно като природен газ, но на Титан може да бъде в течно състояние и да формира цели морета.

В горните слоеве на атмосферата на спътника е напълно възможно образуването на метанови снежинки, които след това падат на повърхността.

Най-невероятният сняг обаче вали на Уран.

Там, на определена дълбочина, метанът е подложен на огромно налягане. Учените твърдят, че при такива условия въглеводородите могат да се разпаднат на отделни атоми, след което от въглерода се формират диамантени кристали, които започват да потъват в атмосферата на планетата.

Що се отнася до планетите извън Слънчевата система, условията на тях все още не са ни напълно известни.

Въпреки това, ако оценките за температурата и химичния състав на техните атмосфери са верни, на някои от тези планети може да вали невероятен сняг – от желязо, камък и дори сапфири.