Της Νεφέλης Μπόνη-Καζαντζίδου
Χάρη στους νόμους της Φυσικής, το νερό μεταμορφώνεται σε χιόνι, χαρίζοντάς μας μαγικές εικόνες - που, βέβαια, καλό είναι να τις χαιρόμαστε με προσοχή, ειδικά όσοι οδηγούμε! Ας παίξουμε, λοιπόν, κι εμείς λίγο με τις χιονονιφάδες, μαθαίνοντας τους νόμους που τις δημιουργούν.
Το χιόνι είναι, όπως όλοι γνωρίζουμε, στερεό νερό. Στα σύννεφα, μικροσκοπικές σταγόνες υπέρψυχρου νερού (νερό που έχει φτάσει σε θερμοκρασία μικρότερη από 0ο χωρίς να γίνει πάγος) παγώνουν τελικά γύρω από σωματίδια της ατμόσφαιρας (όπως η σκόνη). Ετσι παίρνουμε τις χιονονιφάδες, κρυστάλλους πάγου με χαρακτηριστική συμμετρία, κατά βάση εξαγωνική. Ο Κένεθ Λίμπρεχτ, φυσικός από το Πανεπιστήμιο Καλτέκ της Καλιφόρνια, έχει μελετήσει τη φυσική του χιονιού, δημιουργώντας τεχνητά χιονονιφάδες στο εργαστήριο. Σύμφωνα με τον Λίμπρεχτ, το σχήμα της χιονονιφάδας καθορίζεται κυρίως από τη θερμοκρασία και την υγρασία και έχει τέσσερις βασικές κατηγορίες: επίπεδη, βελονοειδή, κυλινδρική και δενδριτικής ή αστεροειδούς γεωμετρίας (με τις χαρακτηριστικές διακλαδώσεις). Μάλιστα, σύμφωνα με τη συστηματική μετεωρολογική κατάταξη των Μαγκόνο και Λι, οι χιονονιφάδες μπορούν να πάρουν περισσότερα από 80 ξεχωριστά σχήματα!
Οι χιονονιφάδες τείνουν σε πιο απλά σχήματα, επίπεδα ή κυλινδρικά, όταν η υγρασία του αέρα είναι κάτω από 100%, ενώ χιονονιφάδες σε κορεσμένο αέρα, που δεν μπορεί να συγκρατήσει άλλο νερό, έχουν όλο και πιο περίτεχνα δενδριτικά σχήματα. Ετσι, σε θερμοκρασία έως και -3ο, οι χιονονιφάδες έχουν το πιο συνηθισμένο τους σχήμα, είναι μικρές εξάγωνες πλάκες. Σε πιο κρύο αέρα, ώς -8οC, εμφανίζονται οι κυλινδρικοί, βελονοειδείς ή πρισματικοί κρύσταλλοι. Οταν πια ο αέρας φτάνει σε θερμοκρασία -15ο με -22ο Κελσίου, επανεμφανίζεται η επίπεδη γεωμετρία, μαζί με την κυλινδρική, όπως απέδειξαν τα πειράματα του Λίμπρεχτ.
Ποιες είναι οι κατάλληλες χιονονιφάδες, όμως, για να φτιάξουμε χιονάνθρωπο; Οι βελονοειδείς κρύσταλλοι, που μπορούν να «πακεταριστούν» πολύ καλά ο ένας πάνω στον άλλο, είναι ό,τι πρέπει για το συμπαγές χιόνι που χρειαζόμαστε, ενώ βοηθούν επίσης και στην κατάβαση μιας πίστας του σκι! Κυλινδρικές χιονονιφάδες που σχηματίζονται σε χαμηλές θερμοκρασίες συναντάμε συνήθως σε χιονοθύελλες, ενώ οι περίτεχνες, πανέμορφες χιονονιφάδες με δενδριτική γεωμετρία (που σχηματίζονται όταν υπάρχει πολλή υγρασία) φτιάχνουν το πιο αφράτο χιόνι, αφού οι διακλαδώσεις τους αφήνουν χώρο για να παγιδευτεί μεταξύ τους αέρας.
Οι χιονονιφάδες, εκτός του ότι συμβολίζουν τον χειμώνα, συμβολίζουν και τη... μοναδικότητα! Η δημοφιλής αντίληψη ότι καμία χιονονιφάδα δεν είναι ίδια με μιαν άλλη πράγματι ισχύει... περίπου! Οταν μιλάμε για μικρούς, απλούς κρυστάλλους, είναι πολύ εύκολο να μοιάζουν μεταξύ τους, σε σημείο που να μην μπορούμε να τους ξεχωρίσουμε. Οι μεγαλύτερες, πολύπλοκες χιονονιφάδες, όμως, είναι πράγματι μοναδικές. Κι αυτό γιατί η χαρακτηριστική κρυστάλλωσή τους, γεμάτη διακλαδώσεις σε εξαγωνική γεωμετρία, μπορεί να γίνει με τόσους διαφορετικούς τρόπους, που είναι απίθανο να έχουν υπάρξει δύο ακριβώς ίδιες! Την επόμενη φορά που θα βρείτε χιόνι, λοιπόν, ψάξτε να δείτε πόσα διαφορετικά σχήματα θα παρατηρήσετε στις χιονονιφάδες που πέφτουν!
Γιατί είναι λευκό το χιόνι; Υπάρχουν τέλεια συμμετρικές χιονονιφάδες;
Το απόλυτο λευκό του χιονιού οφείλεται στη διάχυση του φωτός - οι ακανόνιστες επιφάνειες των (διάφανων) μικροσκοπικών κρυστάλλων δεν απορροφούν το περισσότερο φως, αλλά η καθεμιά διαχέει όλα τα μήκη κύματος με τον ίδιο τρόπο, με αποτέλεσμα να βλέπουμε ως τελικό αποτέλεσμα λευκό! Αν και συχνά ακούμε το αντίθετο, μπορεί να χιονίσει σε οποιαδήποτε θερμοκρασία κάτω από τους 0ο. Ωστόσο, σε πιο εύκρατα κλίματα όπως το δικό μας, δεν χιονίζει τόσο πολύ κάτω από τους -20ο Κελσίου κι αυτό γιατί, μέχρι να φτάσει η θερμοκρασία τόσο χαμηλά, το νερό στα σύννεφα έχει ήδη πέσει ως χιόνι! Ο,τι απομένει στα σύννεφα είναι πια πάγος, άρα δύσκολα θα χιονίσει κι άλλο. Όσον αφορά τη συμμετρία, ο δρ Λίμπρεχτ σημειώνει ότι, στην πραγματικότητα, είναι πολύ σπάνια μια τέλεια συμμετρική χιονονιφάδα -είναι πολύ δύσκολο να μεγαλώσουν και οι έξι πλευρές ή διακλαδώσεις της με τον ίδιο τρόπο- και οι περισσότεροι κρύσταλλοι έχουν ατέλειες - βέβαια, αυτό τους κάνει ακόμα πιο μοναδικούς. Μάλιστα, ο ίδιος και οι συνεργάτες του μπορούν πλέον -ελέγχοντας πλήρως τις συνθήκες θερμοκρασίας, υγρασίας, και την κινητική της κρυστάλλωσης με την εφαρμογή υψηλού δυναμικού και προσθέτοντας συγκεκριμένες χημικές ενώσεις- να κατασκευάσουν… χιονονιφάδες κατά παραγγελία, με ακόμα πιο φανταστικά σχήματα από αυτά που συναντάμε στη φύση!
* Κάθε μέρα οι συνεργάτες του μη κερδοσκοπικού οργανισμού επικοινωνίας επιστημονικών θεμάτων στο ευρύ κοινό SciCo παρουσιάζουν με απλά λόγια ένα θέμα που φέρνει την επιστήμη πιο κοντά μας.
** Το άρθρο δημοσιεύθηκε στην εφημερίδα «Φιλελεύθερος», αρ. φύλλου 31.
