Bildene Wilson Bentley tok av snøkrystaller på slutten av 1800-tallet har fått mye kritikk, men ingen har betvilt at fnuggene som daler ned fra himmelen virkelig har seks kanter. (Foto: Wilson Alwyn Bentley / Science Photo Library)
Forskeren forteller: Hvorfor er alle snøkrystaller sekskantete?
De nydelige snøkrystallstjernene kan se unike ut, men de har alle én ting til felles.
Forskeren forteller
Denne spalten gir plass til forskere, fagfolk og studenter som med egne ord forteller om sin og andres forskning. Vil du skrive? Ta kontakt på epost@forskning.no
– Så rart, alle snøkrystaller jeg har på jakken min er sekskantete, tenkte Johannes Kepler, da han spaserte i snøvær på den vakre Karlsbroen i Praha.
Kepler var hoffastronom hos Keiser Rudolph II i Böhmen, i dagens Tsjekkia. Han var misfornøyd med keiseren som glemte å sørge for at han fikk sin lønn. For å skaffe seg penger bestemte han seg for å skrive en kort essay om snøkrystallenes form. Det er utgitt i 1611 i Praha.
Dette er det første vitenskapelig verk som beskriver sekskanten i snøkrystallene. Kineserne så også dette lenge før Kepler, men de beskrev ikke fenomenet så nøye.
Kepler forsto ikke hvorfor
Da Kepler først og fremst var astronom og matematiker, virker det kanskje rart at han interesserte seg for snøens form. I dag er fagene blitt veldig spesialiserte, og vi ville ikke likt at en matematiker skulle belære oss om snøen. Men Kepler var en naturviter som interesserte seg i alt ved naturen. Alt fra planetenes bevegelser til musikkteori. Den ene av hans viktigste oppdagelser var at planetene går i ellipsebane med Sola i det ene brennpunktet.
I lys av denne bakgrunnen kan vi forstå hans interesse for snøen. Mens hans beskrivelse av snøkrystallenes sekskantet er riktig, kunne han ikke gi en konkret forklaring på hvorfor er dette slik. Den kom omtrent 300 år senere, da atomenes fabelaktige verden ble kjent.
Hydrogenet har svaret
Forklaringen er knyttet til vannmolekylet H2O. Dette er et lite, men meget spesielt molekyl. To hydrogenatomer er knyttet til oksygenatomet i en vinkel på litt over 100 grader. Kommer to vannmolekyler nær nok til hverandre, vil ett av hydrogenatomene etablere en svak binding til det andre molekylets oksygen. Dette heter hydrogenbinding, og det er nøkkelordet.
Avkjøles vann mot frysepunktet, vil vannmolekylene å binde seg ved hjelp av hydrogenbindinger. Slik oppstår de første snøkrystallene i skyene. Kun en sekskantet formasjon kan vokse videre til en krystall.
Nydelige stjerner med seks kanter
Hvorfor? Jeg ber leseren om å tegne en trekant, en firkant og en sekskant. Tett til en likesidet trekant kan vi tegne en trekant til og en til i uendelig antall. De passer sammen. Når det gjelder firkant, behøver vi ikke tegne i det hele tatt. Vi kan bare tenke på et sjakkbrett. Også firkanter kan gjentas uendelig ved siden av hverandre.
Dette gjelder også for sekskant, tenk bare på bikuben, hvor biene bygger opp vokskaker med hundrevis av sekskanter.
Så kunne snøen krystallisere som trekant eller firkant? Nei, dette vil ikke passe til vannmolekylets form.
Vinkelen mellom de to hydrogenatomer på oksygen og hydrogenbindinger som binder vannmolekylene vil danne en sekskant, en etter en. Helt til dette blir synlig for det menneskelige øye.
Snøkrystaller i form av sekskantede plater er ikke sjeldne, men som oftest ser vi nydelige stjerner, armer som vokser ut fra sekskantenes spisser. Formene varierer alt etter luftens fuktighet, temperatur og trykk, men det er alltid en sekskant i snøkrystallene.
