The science of snowflakes - Maruša Bradač

Переводчик: Alexander Chepurnoy Редактор: Anna Kotova

If you ever find yourself gazing at falling snow,

Если вы однажды залюбуетесь падающим снегом,

why not catch a few snowflakes on your glove and examine their shapes?

почему бы не поймать несколько снежинок на свою рукавицу и не изучить их форму?

Вы можете заметить, что они симметричные.

You might notice that they look symmetrical,

and if you look closely,

И если вы приглядитесь,

you'll see they have six sides.

то увидите, что снежинки имеют шесть лучей.

You could say a snowflake is simply frozen water,

Можно сказать, что снежинка — это просто замёрзшая вода,

but compare one with an ice cube from the freezer,

но сравнив её с кубиком льда из морозильника,

and you'll realize they're very different things.

вы поймёте, что это очень разные вещи.

Unlike ice cubes, formed when liquid freezes into a solid,

В отличие от кубиков льда, образующихся, когда жидкость замерзает и твердеет,

snowflakes form when water vapor turns straight into ice.

снежинки появляются, когда водяной пар превращается сразу в лёд.

But that still doesn't explain why snowflakes have six sides.

Но это всё равно не объясняет, почему снежинки имеют шесть лучей.

To understand that,

Чтобы разобраться в этом,

we need to delve deeper into the physics of water.

нам необходимо глубже погрузиться в физическое устройство воды.

Water is made out of two hydrogen atoms and one oxygen atom.

Вода состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода.

A single water molecule thus has ten protons and ten electrons,

Таким образом, одна молекула воды имеет десять протонов и десять электронов:

eight from oxygen and one from each hydrogen atom.

восемь — от атома кислорода и один — от каждого атома водорода.

The two electrons from oxygen's outer shell

Два электрона из внешней оболочки атома кислорода

are shared with two electrons from both hydrogens as they bond together,

создают общие электронные пары с двумя электронами водорода,

and the remaining four outer shell electrons from oxygen

а оставшиеся четыре электрона из внешней оболочки атома кислорода

form two pairs.

образуют две пары.

We call the bonds between these atoms covalent bonds.

Мы называем связи между этими атомами ковалентными связями.

The pairs of electrons are all negatively charged.

Все электронные пары имеют отрицательный заряд.

Similar charges repel,

Одноимённые заряды отталкиваются,

so they tend to stay as far away from each other as possible.

поэтому они стараются находиться друг от друга как можно дальше.

The pairs form four electron clouds,

Пары формируют четыре электронных облака,

two of which are where the hydrogen and oxygen share electrons.

два из которых находятся там, где водород и кислород образуют электронные пары.

The repulsion between the unbonded pairs

Отталкивание между несвязанными парами

is even stronger than repulsion between the shared pairs,

ещё сильнее, чем отталкивание между связанными,

so the two hydrogens get pushed a little further

поэтому два атома водорода отталкиваются немного дальше,

to an angle of 104.5 degrees.

на угол 104,5 градуса.

The water molecule as a whole is electrically neutral,

Молекула воды в целом электрически нейтральна,

but oxygen gets a larger share of electrons,

но атом кислорода, обладая большей долей электронов,

making it slightly negative and the hydrogens slightly positive.

приобретает слабый отрицательный заряд, а водорода — слабый положительный.

Due to its negative charge,

Благодаря отрицательному заряду,

the oxygen in one molecule

атом кислорода одной молекулы

is attracted to the positive charge of the hydrogen in another molecule.

притягивается к положительному заряду атома водорода в другой молекуле.

And so a weak bond between the two molecules,

Так формируется слабая связь между двумя молекулами,

called a hydrogen bond, is formed.

которая называется водородной связью.

When water freezes, this bonding occurs on repeat,

Когда вода замерзает, такие связи возникают многократно,

ultimately forming a hexagonal structure

образуя в итоге шестигранную структуру

due to the angle between hydrogens and oxygen within each molecule.

из-за наличия угла между атомами водорода и кислорода внутри каждой молекулы.

This is the seed of a snowflake,

Это основа для образования снежинки,

and it retains a hexagonal shape as it grows.

и она сохраняет шестигранную форму по мере своего роста.

As the snowflake moves through the air,

Двигаясь в потоках воздуха,

water vapor molecules stick to the six sharp edges

молекулы водяного пара сохраняют шесть чётких граней

and expand the snowflake outwards, bit by bit.

и понемногу увеличивают снежинку в размерах.

A snowflake's developing shape depends on atmospheric conditions,

Приобретение снежинкой формы зависит от атмосферных условий,

like humidity and temperature.

таких как влажность и температура.

As a snowflake falls,

В процессе падения снежинки

changes in weather conditions can affect how it grows,

изменения в погодных условиях могут влиять на то, как она растёт,

and even small differences in the paths two snowflakes take

и даже небольшая разница в путях, по которым движутся две снежинки,

will differentiate their shapes.

делает их форму различной.

However, since conditions at the six sharp edges of one snowflake are similar,

Однако из-за того, что условия для шести лучей одной снежинки похожи,

a symmetric snowflake can grow.

она может вырасти симметричной.

Weather conditions affect snow on the ground, as well.

Погодные условия влияют и на снег, лежащий на земле.

Warmer ground temperatures produce a wetter snow that is easier to pack

Более высокая температура грунта делает снег влажным и легко скатывающимся,

because liquid water molecules help snowflakes stick to each other.

поскольку молекулы жидкой воды помогают снежинкам прилипать друг к другу.

Melted snow also plays a critical role in another wintry activity, skiing.

Подтаявший снег также играет важную роль в другом зимнем занятии — езде на лыжах.

Completely dry snow is very difficult to ski on

По совсем сухому снегу кататься на них очень сложно,

because there's too much friction between the jagged snowflakes and the ski surface.

потому что возникает сильное трение между зубцами снежинок и поверхностью лыж.

So what's happening is that as skis move,

Вот что происходит при движении лыж:

they rub the surface of the snow and warm it up,

они трутся о поверхность снега и нагревают его,

creating a thin layer of water, which helps them slide along.

создавая тонкий слой воды, помогающий им скользить.

So technically, it's not really snow skiing,

Так что технически лыжи катятся не по снегу,

but water skiing.

они катятся по воде.

But it is true that no matter how hard you look,

Правда в том, что как бы вы ни старались,

you're almost definitely not going to find two identical snowflakes,

вы почти наверняка не найдёте двух одинаковых снежинок.

and that's a mystery that scientists are still trying to solve,

И это тайна, которую учёные до сих пор пытаются разгадать,

though we know that it has to do

хотя мы знаем, что это связано

with the many possible branching points in snowflake formation,

с множеством возможных точек ветвления при образовании снежинок

and the differences in temperature and humidity,

и различиях в температуре и влажности.

and while we wait for the answer,

А пока мы ждём ответа,

we can enjoy watching these tiny fractals falling from the sky.

мы можем наслаждаться падением с неба этих крошечных фракталов.