• Snøkrystaller antar mange former - og alle er ulike. Nå har man klart å lage dem matematisk i datamodeller også.

    FOTO: DOUG LINDLEY, AP

Slik skapes unike snøkrystaller

Snøfnuggets intrikate og vakre symmetri har en egen evne til å pirre nysgjerrigheten. Hvordan blir snøkrystallene til?

Svetten renner, ryggen verker, og du lar snøskuffen pløye ned i det hvite og kalde som har lavet ned fra himmelen. Titter du nærmere på det du skuffer vekk, kan det hende at du glemmer hele jobben.

Datamodell.

Hvert enkelt snøfnugg bærer nemlig på en sammensatt fysikk som styrer iskrystallenes vekst og utvikling under forskjellige værforhold.Nå har to amerikanske forskere laget en datamodell som leverer realistiske, tredimensjonale snøkrystaller, som de kaller "snowfakes".- Det finnes ikke to snøfnugg som er helt like, men de kan være veldig like, sier Janko Gravner, professor i matematikk på University of California Davis.

Forskning. noDenne artikkelen er produsert i samarbeid med Nordens største nettsted om forskning. Les mye mer om snøkrystaller her: forskning.no

Naturen raskest.

Sammen med David Griffeath på University of Wisconsin-Madison har han laget en datamodell som bruker 24 timer på å lage én krystall, mens det kan skje på 10 minutter der ute i luften.Snøflak vokser fra vanndamp rundt en eller annen slags partikkel i luften, for eksempel et lite støvkorn.Vannmolekylene i iskrystaller plasserer seg i et bestemt mønster, nemlig i sekskantede prismer. En blyant er et eksempel på et veldig langt sekskantet prisme.Dette er grunnen til at alle snøkrystaller har seks armer, og at vinkelen mellom to armer alltid er 60 grader.

Vandrende vannmolekyler.

Når den første lille vanndråpen har krystallisert seg et sted, kanskje 20 kilometer oppe i luften, kan den vokse og bli større ved at vannmolekyler i luften rundt treffer overflaten og fester seg.Men vannmolekylene fester seg ikke akkurat der de treffer overflaten på krystallen. De vandrer nemlig rundt til de finner en plass de liker. Kanter og kroker gir for eksempel flere bindinger til krystallen enn på en plan overflate. Slik blir det en orden i krystallens overflate, og det dannes en sekskant.

Symmetri

. Ved høy luftfuktighet dannes snøkrystaller med meget kompliserte armer. Ved lav luftfuktighet vokser krystallen så sakte at vannmolekylene også får tid til å feste seg midt på flatene. Dette gir prismelignende snøkrystaller uten armer.De fleste snøkrystallene er imidlertid ikke helt symmetriske.Snøfnuggsymmetrien kan likevel være forbløffende. Hvorfor blir armene så like? Tidlige teorier gikk ut på at de seks armene snakket med hverandre, men det har vitenskapen gått bort fra.Snøkrystallene er små. Når et snøflak daler ned, kan det passere gjennom luftlag med forskjellig luftfuktighet og temperatur, men fordi det er lite, vil armene på krystallen hele tiden føle de samme forholdene, og vokse likt.

Søyler og nåler.

Det klassiske snøflaket er flatt og stjerneformet, men det finnes også mange snøkrystaller som er formet som lange søyler eller tynne nåler.Dette henger sammen med at sidene på den sekskantede snøkrystallen har litt andre egenskaper enn toppen og bunnen. Vannmolekylene har forskjellig evne til å feste seg på de to flatene, og dette forandrer seg med temperaturen.

Unike.

Snøen som daler, passerer gjennom ulike luftlag, og det er denne ferden som gjør at hver og en av dem er forskjellige. Ingen av dem har vært gjennom den samme reisen fra de ble dannet til de lander på armen din.Formen på snøkrystallen gjenspeiler alle miljøforandringene den har vært gjennom, og kan faktisk fortelle mye om forholdene oppe i atmosfæren. Det finnes så mange forskjellige snøkrystaller at det er utarbeidet et eget klassifiseringssystem. I dag inneholder dette systemet 80 forskjellige klasser av snøkrystaller.Gavner og Griffeath sammenlignet snøfnuggene de genererte i datamaskinen med en samling av 8000 fotografier av snøkrystaller tatt av fysikeren Ken Libbrecht på California Institute of Technology.Datamodellen klarer å reprodusere alle de 80 klassene av snøkrystaller, og selve vekstprosessen i datamaskinen ligner snøflak som dyrkes i Libbrechts laboratorium.

Nyttig studie.

Krystallvekst er en milliardindustri, og her er mye av dynamikken felles med veksten av snøkrystaller. Mange metallegeringer krystalliserer på lignende måter, og forskerne tror simuleringsmetodene kan benyttes her.- Faktisk er krystallene i sukkerpakken og bordsaltet ditt hjemme blitt optimalisert gjennom lignende forskning, sier Nilsen.Innen nanoteknologien er mange opptatt av hvordan kjemiske og biologiske prosesser kan danne små strukturer av seg selv. IBM har for eksempel allerede benyttet denne typen teknologi til å lage raskere og mer effektive databrikker.Litt paradoksalt er det kanskje at alle disse strukturene er unike i naturen, mens forskerne som jobber med å bruke dem i industrien, helst vil lage produkter som er helt like.

Les også

Velkommen til Aftenpostens debatter!

Kommentarfeltet støtter ikke IE8. Vennligst oppgrader eller bruk en annnen nettleser.
Debatten vil bli moderert i ettertid.

Siste fra seksjon

SNØKRYSTALLENE

Se de datasimulerte snøkrystallene her: psoup.math.wisc.edu/Snowfakes.htm Lag din egen snøfnuggfossilEr du først i gang med et mikroskop for å se på snøkrystallene, kan du også bevare dem ved hjelp av litt superlim.Du trenger objektglass, dekkglass og superlim av den tyntflytende typen. Når du har kommet deg ut, må glassene kjøles ned så de har samme temperatur som luften.Så kan du samle snøkrystaller på et stykke papp, og lete etter et vakkert eksemplar. Du plukker det opp med en malerpensel og legger det på ett av objektglassene.Så slipper duen dråpe superlim på snøkrystallen, og legger dekkglasset over. Her må du være ganske forsiktig så krystallen ikke skades. Putt dette i fryseren i en uke eller to, til limet stivner. Kilde: Tryggvi Emilsson/ Kenneth G. Libbrecht Studér snøkrystallene selvHvorfor ikketa frem forstørrelsesglasset for å studere snøfnuggene selv? Litt optikk kan hjelpe mye, og det holder med et billig forstørrelsesglass.De vakreste snøfnuggene finnes ikke i alle snøbyger, men med litt tålmodighet vil ett av dem lande på armen din.Litt mer avansertesnøfnuggkikkere vil kanskje prøve seg med et mikroskop. Du kan la snøflakene lande på et pappstykke, og når du ser en interessant krystall, kan du løfte den opp med en liten malerpensel og legge det på objektglasset.Det lønner seg å lage en liten papirplattform å legge glasset på, så krystallen ikke smelter i varmen fra lyspæren i mikroskopet.Dersom snøkrystallene er små, kan du la dem falle direkte på objektglasset. Kilde: Kenneth G. Libbrecht Forskning. noDenne artikkelen er produsert i samarbeid med Nordens største nettsted om forskning. Les mye mer om snøkrystaller her: forskning.no

Flere bilder

Klikk for større bilde

Siste nytt