Tajemství sněhové vločky

Tajemství sněhové vločky

* "Kdykoli se v myšlenkách obírám oním krásným řádem, v němž jedno vyplývá z druhého, je mi, jako bych četl příkaz, psaný nikoli písmeny, ale přímo bytostnými věcmi světa, který říká: Člověče, napři svůj rozum sem, abys tyto věci pochopil." (Jan Kepler, 1604.)
Na staroměstském předmostí Karlova mostu (Karlova ulice č. 4) stojí dům, kde bydlel v letech 1607 až 1612 slavný matematik, astronom a astrolog Jan Kepler. Nejspíše právě odtud vedly ty z jeho cest zimní Prahou, při nichž ho zaujal geometricky jedinečný tvar sněhových vloček. Někdy koncem roku 1611 si Kepler do svých zápisků poznamenal: "Ponořen do úvah přecházím most... na oděv se mi snášejí sněhové vločky, všechny šestiúhelníkové, s huňatými paprsky - pokud ovšem nezmění svůj tvar srážkami nebo se neslepí ve sněhové chomáče. Žádné dvě hvězdičky nejsou stejné... ve středu některých trčí jako kořen sedmý paprsek, kolmý k rovině vločky. Skutečnost, že pokaždé, když začíná sněžit, mají první vločky tvar šesticípé hvězdy, musí mít určitou příčinu."
Kepler si všiml, že každá vločka je jiná a přitom všechny zachovávají pevný řád - mají stejnou souměrnost. Šestiúhelníkový sníh se stal důležitým článkem v Keplerově hledání harmonie světa. Nejenom vzácné kameny vytvářejí geometricky dokonalé krystaly, ale i ta nejběžnější látka, voda, podle starých představ dokonce jeden z živlů, potvrzuje myšlenku, v níž věřil jako ve své životní heslo: Ubi materia, ibi geometria - Kdekoli je hmota, provází ji geometrie. Taková geometrie, která kráse propůjčuje řád a řádu zase krásu.
Z vlastních zkušeností známe i mnoho dalších příkladů, jak geometrie ovládá svět kolem nás; třeba stavbu včelího plátu ze šestiúhelníkových buněk, souměrnost květů, listů na stoncích rostlin, šupinek na borových šiškách apod.
Keplerův empirický poznatek, že žádná hvězdicovitá vločka nemá pět ani sedm paprsků, byl o dvě století později prokázán jako přísná zákonitost vyplývající z charakteru mřížkové stavby krystalových struktur.
Sněhové vločky inspirovaly Keplera také k odpovědi na otázku, co nutí hmotu dodržovat přesné geometrické formy. Protože se jednotlivé paprsky vloček sbíhají (kříží) vždy v jednom bodě, musí právě tam působit jakási tvořivá síla. Tato hypotéza je velmi blízká současným představám o růstu krystalů a fyzikálně-chemických silách, spojujících atomy nebo ionty ve struktuře látek.
Co víme dnes o sněhových vločkách? Vznikají z nasycených vodních par při teplotách nižších než 0 řC; výchozí krystalky mají rozměry od 0,005 mm do 0,01 mm, v klidných vzestupných proudech však narůstají přímou kondenzací par až do několika mm. Běžně pozorované padající chomáčky sněhu jsou složeny z velkého množství drobných vloček, které se při letu k zemi navzájem slepily.
Tvar vloček závisí na charakteristikách atmosférické vrstvy, v níž se utvářejí, tj. na její výšce, teplotě a stupni přesycení vodními parami. Už koncem minulého století byly sněhové vločky roztříděny na deskovité a sloupkovité. K prvním patří šestipaprskové hvězdy, šestiboké destičky a jejich kombinace. Sloupkovité krystaly mohou mít tvar šestibokých hranolů nebo jehlanů, popřípadě i spojek s vločkami první skupiny. Většina (kolem 80 %) padajících sněhových vloček jsou hvězdičky nebo destičky. Hranolky a jehlany sněží zpravidla v chladnějším vzduchu, destičky a hvězdičky při teplotách vyšších. Tvar vloček bývá tím pravidelnější, čím je ovzduší klidnější a výška, z níž padají, nižší. Dvoumilimetrová vločka má hmotnost 0,0023 mg, vločka o polovičním průměru dokonce jen 0,0006 mg. Hustota čerstvě napadaného sněhu je asi 0,1 g.cm-3, tj. z deseti cm3 sněhu nezískáme víc než jeden krychlový centimetr vody.
Výzkumem sněhu se v tomto století zabývala především fyzikální laboratoř tokijské univerzity na pracovišti v horách nedaleko Sappora. Z výsledků dlouhodobých pozorování vyplynulo, že nejmenší velikost (od 0,25 mm do 0,75 mm) mají vločky ve tvaru šestibokých destiček; největší (3 až 4 mm) jsou vločky destičkovité s dendritickým rozvětvením (podle řeckého slova dendron - strom) a vločky kapraďovité; na nich se paprsky šesticípých hvězd člení jako konce smrkových větviček nebo listů kapradí. Autorem nejstarších dochovaných kreseb sněhových vloček byl pravděpodobně arcibiskup Claus Magnus ve švédské Uppsale (1555). K bedlivým pozorovatelům však rozhodně nepatřil; šestičetná symetrie je u něho spíše výjimkou než zákonitostí.
Porovnáme-li naše dnešní znalosti o sněhových vločkách s tím, na co přišel už Jan Kepler, pak se současné experimentální technice nepodařilo o mnoho víc než potvrdit správnost čtyři sta let starých vizuálních pozorování.

Ivo Kraus