Нежные ледяные звездочки – признанные символы Нового года. Снежинка, состоящая из кристалликов льда, имеет сложное симметричное строение. Наблюдается исключительно большое разнообразие форм снежинок. Наиболее простые из них: иглы, столбики и пластинки. Кроме того, встречаются многочисленные усложненные формы снежинок: игольчатые звезды; пластинчатые звезды; ежи, состоящие из нескольких столбиков; столбики с пластинками и звездами на концах. Некоторые формы столбиков имеют внутренние полости или образуют вид бокалов. Несмотря на многообразие форм, до сих пор среди снежинок не удалось найти двух одинаковых.
Американский ученый Кеннет Либрехт, профессор физики Калифорнийского технологического института, выпустил в свет несколько популярных книг, иллюстрированных фотографиями снежинок самых разнообразных форм и размеров. В начале своей карьеры он интересовался астрономией, однако последние его исследования посвящены изучению качеств кристаллов льда, а особенно структуры снежинок.
Снежинки встречаются и без лучей, в форме правильных шестиугольников с углами точно в 120°. Это обусловлено кристаллической структурой льда. Строящие лед молекулы воды H2O состоят из двух катионов водорода H+ и аниона кислорода О— . Строя ледяные кристаллы, молекулы притягиваются друг к другу противоположно заряженными «концами», так что у каждой появляются по четыре соседки. Форма снежинок отражает внутреннюю упорядоченность молекул воды, когда они находятся в твердом состоянии — в виде льда или снега. Снежинки растут точно так же, как растут кристаллы любого вещества, переходящего из жидкого состояния в твердое: соединяясь между собой, молекулы воды стремятся максимизировать силы взаимного притяжения и минимизировать силы отталкивания, так как энергия системы при кристаллизации уменьшается.
В природных условиях в одном и том же снегопаде снежинки могут быть различными. Структура и внешний вид снежинок, как выяснилось, зависят от того, где именно их наблюдали. Профессор Кеннет Либбрехт считает, что самые красивые и сложные по структуре снежинки выпадают там, где климат суровее – к примеру, на Аляске, а вот в Нью-Йорке, где климат мягче, снежные кристаллики гораздо проще. А вот в Антарктиде снежинки совсем не такие. На полюсе холода – станции Восток выпадают ледяные кристаллики в форме тонких иголочек. Каждая ледяная иголка имеет форму шестиугольного столбика, вроде карандаша с притупленными концами. Появляясь иногда поодиночке, в других случаях иголки срастаются под углами в 120°, 60°, 30° (реже 90°) в группы по десять и более, называемые «ежиками». Впрочем, игольчатые снежинки бывают и в других широтах. Когда идет обычный снегопад с быстрой конденсацией и кристаллизацией, молекулы успевают прикрепляться только к ребрам – линиям соприкосновения боковых граней, и тогда растет шестилучевая звездочка. Обычно снежинки в этом случае дополняются с боков отростками, всегда под углом 60°, словно на елочной ветке.
