❄️ ❄️ Сніжинки

Лід утворює гексагональну кристалічну ґратку — молекули води з'єднуються водневими зв'язками в шестикутні кільця, створюючи структуру із шестикратною симетрією обертання. Базова елементарна комірка льоду має форму шестикутника, тому будь-який кристал, що виростає з водяної пари, успадковує цю симетрію. Шість променів сніжинки виростають із шести кутів шестигранної призми-зародка.

Кожен промінь сніжинки в будь-який момент часу перебуває практично в однакових умовах — температурі, вологості та швидкості росту, — оскільки кристал крихітний (зазвичай 1–5 мм) і всі шість променів знаходяться в одному й тому самому локальному мікросередовищі. Поки сніжинка дрейфує крізь хмару, мінливі умови впливають на всі промені однаково й одночасно, синхронізуючи їхній ріст у подібні форми.

На практиці не існує двох однакових сніжинок. Кількість можливих розташувань близько 10^18 молекул у структурі сніжинки настільки астрономічно велика, що ідентичні сніжинки практично ніколи не утворюються. Прості сніжинки (маленькі шестикутні пластинки чи стовпчики, отримані в спеціальних лабораторних умовах) можуть виглядати майже однаково, але складні деревоподібні сніжинки, що виростають у природних атмосферних умовах, фактично унікальні.

Вишукані зіркоподібні деревоподібні сніжинки (класична шестипроменева форма) утворюються приблизно за температури −15°C за високого пересичення водяної пари. За тепліших температур (від 0 до −3°C) утворюються тонкі пластинки; за −3…−8°C — голчасті форми; за −8…−12°C — порожнисті стовпчики. Діаграма морфології Накаї зіставляє всі форми сніжинок з умовами їхнього росту.

Ріст сніжинки моделюють за допомогою правил клітинного автомата (модель Райтера: кожна клітина являє собою невелику область, яка може бути замерзлою, рідкою або паровою; правила росту поширюють замерзання залежно від стану сусідів і дифузії пари), агрегації, обмеженої дифузією, або моделей фазового поля, що розв'язують пов'язані рівняння для частки льоду та концентрації пари. Ці симуляції відтворюють деревоподібне розгалуження, утворення пластинок і морфологічні переходи, що відповідають діаграмі Накаї.