Historie zkoumání sněhu a sněhových krystalů

Mnoho umělců, filozofů a samozřejmě vědců se během historie zamýšlelo nad tajemstvím sněhu a sněhových krystalů. Nezávisle na tom, odkud pocházeli a čím se ve svých pracích jinak zabývali ...

Tady nabízím jen takový krátký průřez:

Nabízí to, co je považováno za nejstarší podrobný popis sněhu.
Albertus Magnus - více o něm

Historia de Gentibus Septentrionalibus bylo monumentální dílo Olause Magnuse o severských zemích, tištěné v Římě 1555. Bylo to dílo, které dlouho zůstalo pro zbytek Evropy autoritou ve švédských záležitostech. Jeho popularita se zvýšila početnými dřevoryty lidí a jejich zvyky, úžasné pro zbytek Evropy. Je to dodnes cenný repertoár velmi zvědavých informací o skandinávských zvycích a folklóru.

Dřevořez v díle uppsalského arcibiskupa z roku 1555 zobrazuje 23 údajných podob sněhových vloček, přičemž šestiboká je jen jedna z nich. Zbývající tvary jsou skutečně různorodé (oči, ruce, zvony, šípy i půlměsíce) a dávají tušit, že autor toho o vločkách mnoho nevěděl.
Olaus Magnus - více o něm

První opravdová vědecká zmínka o sněhových vločkách pocházela z pera tohoto astronoma, proslulého zejména pracemi o tvaru planetárních drah. Ten vydal v roce 1611 spisek nazvaný „O šestiboké sněhové vločce“ (Strena seu de nive sexangula) se pokouší vysvětlit, proč jsou sněhové krystaly hexagonální.

Položil si otázku:
Proč? Jaká forma, jaká síla nutí miliony vloček - šupinek, hranolků a hvězdiček ze zmrzlé vody, aby se formovaly do tvaru šestiúhelníka?

Dospěl k závěru, že se vločky skládají z menších částeček a ty se z nějaké příčiny shlukují právě do tohoto útvaru. Fascinovala ho skutečnost, že se s šestiúhelníkem setkáváme všude tam, kde je třeba účelně seskupit menší části do většího celku, ať jsou to jednotlivé buňky v plástvi nebo semínka v granátovém jablku. Co může za tvar sněhových vloček, ovšem neodhalil ani on.
Johannes Kepler - více o něm

ODPOVĚĎ NA KEPLEROVU OTÁZKU
Keplerova otázka mohla být aspoň z části zodpovězena až ve 20.století. Struktura vločky závisí především na samotné molekule vody. Ta se, jak známo, skládá ze dvou atomů vodíku a jednoho atomu kyslíku: H2O. Při pokojové teplotě, když je voda v kapalném skupenství, jednotlivé molekuly vibrují, kloužou kolem sebe, narážejí jedna do druhé a zase se odrážejí. Přitom mezi nimi nezůstává skoro žádný volný prostor. Jakmile však teplota dostatečně poklesne, převáží elektrické vazby mezi molekulami nad tímto obvyklým chaosem a molekuly zůstanou fixovány v pevně daných pozicích. Říkáme tomu, že voda zamrzla.

Vzdálenost mezi molekulami vody znehybněnými mrazem je stále stejná. Pod rentgenem zjistíme, že se v krystalcích ledu s pozoruhodnou pravidelností opakuje obraz šestiúhelníka: v každém vrcholu šest molekul vody, z nichž každá je spojena s jinými molekulami ležícími po jejích stranách, nad ní a pod ní. Kepler byl pravdě blíž, než sám tušil – masa ledových krystalků připomíná obří plástev.

V únoru 1635 strávil tento filozof a přírodovědec několik dní v zasněženém Amsterdamu a jím pořízené líčení sněhových vloček, které pozoroval, dodnes nikdo nepřekonal:

„… Nejvíce mne udivilo, když jsem si mezi vločkami, jež padaly ke konci, povšiml několika takových, jež měly po obvodu šest zoubků, jako by to bylo kolečko vyrobené hodinářem … azítří ráno jsem spatřil malé ledové šupinky, velmi tenké, vyhlazené, průsvitné, a přitom vytvarované do dokonalého šestiúhelníka; žádný člověk by nedokázal odvést tak přesnou práci … Nakonec následovaly křišťálové hranolky ozdobené na obou koncích šestilistými růžicemi, jen o málo většími, než byla podstava hranolku.“

Descartův stručný popis skvěle vystihuje, co je na sněhových vločkách nejzřejmější a zároveň nejúžasnější. Že mají tvar šestiúhelníka, ví každé malé dítě. Vědci však stále nerozluštili otázku, jak mohou být všechny vločky šestiúhelníkové a přitom mít tolik odlišných podob. Pokud všechny vznikají víceméně stejným způsobem, proč některé připomínají kolečka z hodinek a jiné zase křišťálové hranolky?

Descartes měl náhodou štěstí, že zahlédl hranolky zakončené na obou koncích „šestilistými růžicemi“ jako kolečka nasazenými na osu. Řada zasloužilých pozorovatelů sněhových vloček je spatří nanejvýše jednou nebo dvakrát za život.

Na Descartově práci je zvláštní ještě něco: ve své době šlo teprve o druhé tiskem vydané pojednaní o vločkách, které si všímalo jejich šestiúhelníkového tvaru!
René Descartes - více o něm

tzv. „renesanční“ muž jehož záběr byl ohromný. Známý je například mimo jiné jeho fyzikální zákon Hookův zákon o přímé úměrnosti velikosti deformace a napětí v deformovaném tělese.

Roku 1665 publikoval obsáhlou knihu Micrographia, která obsahovala mnoho skic a zobrazení jeho mikroskopických i makroskopických pozorování. Naleznete v ní i mnoho precizně rozkreslených sněhových krystalů, které jako první odhalují v určitém komlpexu jejich komplikovanou symetrii. Tyto vyobrazení ale kupodivu nevycházejí přímo z přírody, vycházejí především z pozorování dánského lékaře, matematika a bohoslovece Thomase Bartholina publikované v De Nivis Usu Medico Observationes Variae (1661), který se snažil využívat mrazivých směsí sněhu a ledu pro anestézii.

Je mu také přisuzováno zavedení biologického pojmu buňka, Pro svá pozorování používal jednoduchý mikroskop, který dále zdokonalil Anton van Leeuwenhoek, jenž bývá považován za zakladatele mikrobiologie.

Mezi další vynálezy Roberta Hooka patří: anemometr, teploměr, univerzální kloub, vodováha, hodiny na pružinu a hodinový nepokoj, irisovou clonu, zaměřovací kříž u dalekohledu. Mimo jiné také objevil gravitační zákon dříve než Newton, ten ale ve své publikaci Hookea nezmiňuje.
Robert Hooke - více o něm

Významný fyzik 19. století pocházející z Irska. U nás je jeho jméno spojeno především s alpskými prvovýstupy. Jako první například vystoupil s vůdci J. J. Bennenem a Ulrichem Wengerem na Weisshorn 19. 8. 1961. V tomto roce se mu také podařilo dostat nejvýše při pokusech o prvovýstup na Matterhorn (Pic Tyndall, 4241 m) a to za vedení vůdců Bennena a Walthera, k nimž jako nosiče přibral J.A.Carrela a Caesara.

V Alpách Tyndall studoval ledovce a především jejich pohyb. V roce 1872 vydává knihu: The Forms of Water in Clouds and Rivers Ice and Glaciers ve které popisuje sněhové vločky a vysvětluje vzájemné vazby molekul a atomů.
John Tyndall - více o něm

Americký farmář a mikrofotograf, který během svého života zachytil okolo 5 000 vyobrazení sněhových krystalů. Více jak 2 400 jich bylo publikováno v roce 1931 v jeho parádní knížce Snow crystals, která mimochodem vychází pravidelně až do dnešních dnů.

V roce 1885 byl prvním, kterému se podařilo vyfotografovat samotný sněhový krystal. Je zajímavé vědět, že stejně jako v zemědělství tak i v tomto velmi specifickém oboru byl samouk. A i přesto, že více méně od samotného začátku postupoval metodou pokus omyl, podařilo se mu vytvořit něco absolutně výjimečného. Sněhové vločky se naučil zachytávat na černý samet a vyfotografovat upraveným přístrojem propojeným s mikroskopem dříve než roztály.

„Pod mikroskopem jsem zjistil, že sněhové vločky jsou zázračné a nádherné a přišlo mi, že je škoda, že tuto nádheru nemohou obdivovat ostatní. Každý krystal byl sám o sobě mistrovským designovým dílem a každý z nich byl navíc zcela jedinečným. A vždycky když každá sněhová vločka roztála, tak byla její ojedinělá struktura navždy ztracena. Stejně tak navždy zmizela její krása, aniž by po ní zůstala jakákoliv stopa.“
Wilson "Snowflake" Bentley, 1925
Wilson Alwyn Bentley - The Snowflake Man - více o něm

International Commission on Snow and Ice vytvořila v roce 1952 jednoduchý systém 7 základních typů sněhových krystalů a k nim jsou ještě přiřazeny další 3 typy zmrzlých srážek. Tato klasifikace sněhu se věnuje i pozdějším přeměnám sněhu během celého zimního období

Největším vědcem, který se ve 20.století zabýval studiem sněhových vloček, byl dnes již nežijící Ukichiro Nakaya, původně jaderný fyzik, jehož životní dráha se od základu změnila, když byl roku 1932 (ne)přízní osudu jmenován vedoucím katedry fyziky na univerzitě ležící na nejsevernějším japonském ostrově Hakkaidó. Škola postrádala vybavení, jež by umožňovalo provádět výzkumy v oblasti atomového jádra, ale zato trpěla přívaly sněhu. Nakaya se zachoval jako pravý pragmatik a vybral si nové pole působnosti. Jako první vědec vyrobil sněhové vločky v laboratorních podmínkách, když v chladících komorách naplněných vodními parami „rozvěsil“ králičí chlupy jako miniaturní prádelní šňůry. Králičí chlupy mají na povrchu drobné uzlíky, které hrají při tvorbě vloček stejnou roli jako prachové částečky obsažené ve vzduchu. Usazují se na nich ledové krystalky a umožňují vylučování dalších krystalů z okolního vzduchu. Nakaya jako první ukázal, proč mohou mít sněhové vločky tak různorodý tvar, od šesticípých hvězdiček lehkých jako pírko přes silné ledové šupiny – rovněž šestiúhelníkové – až po tyčinky ukončené na obou stranách šestihrany, o nichž se zmiňoval již Descartes.

Tvar vločky vypovídá o historii jejího vzniku. Řečeno s Nakayou:
“ ...sněhová vločka je dopisem z nebes ...“ Snow Crystals (film z roku 1939)

Vytvořil klasifikaci sněhových krystalů, ve které popisuje 41 různých typů.
Tato byla později v roce 1966 upravena a meteorologové C. Magono and C. W. Lee v ní popisují 81 různých typů.

V roce 1954 vydal knihu Snow Crystals: Natural and Artificial
Ukichiro Nakaya - více o něm