Людині завжди важливо знати, яка буде погода, оскільки вона впливає на його діяльність і самопочуття. Спостерігаючи природу в негоду і в сонячний день, в сутінки і вночі, люди відзначали характерні ознаки, що передують ті чи інші зміни погоди. Так з'явилися численні прикмети - свідоцтва народної мудрості, багато з яких засновані на простому сніжному візерунку.
Гарний сніжний візерунок на вікнах в блиску ранкового сонця і в густій синяві зимових сутінків, коли рано вранці встаєш з ліжка, потягується, підходиш до вікна ... І ось, О, ЧУДО. На вікні знову диво. Так Так. Не дивуйтесь. Справжнісіньке диво: казкові дерева, чарівний ліс, незвичайні квіти. Це так привабливо красиво, незвичайно й загадково, що мені завжди цікаво дізнатися: чому мороз малює на вікнах снігові візерунки? Чи можна по візерунку передбачати погоду? Які чарівні перетворення утворюються на склі і залежать вони від температури повітря?
Виявляється, водою! Прозорим водяною парою, який завжди є в повітрі. Є він і в кімнаті. І між подвійними рамами вікон - всюди! Теплі пари води осідають на холодних стеклах вікон і перетворюються в кристали льоду, так само як сніжинки в небесній височині. Таких кристаликів багато, вони з'єднуються один з одним. Для того щоб почалася кристалізація, першим крижані кристали потрібно на чомусь осісти. На ще не замерзлому вікні перші кристалики з'являються, перш за все, в тих місцях, де на склі є подряпини, бруд. Часом на абсолютно не замерзлому склі мороз наніжет гірлянду сніжинок уздовж ледь помітною подряпини. Іноді скло здається чисто витертим, а мороз намалює на ньому візерунки, що проявляють сліди серветки, якою протирали вікно.
Перші кристалики льоду на склі - це завжди шестипроменеві зірочки або шестигранні стеблинки. Але, збільшуючись, розростаючись, вони зустрічаються один з одним, тиснуть один на одного, згинаються, викривляються. І з'являються візерунки.
Чим сильніше мороз на вулиці, тим більше кристалів-крижинок утворюється і
чіпляється до подряпин і порошинкам на склі.
При зростанні кристалів, особливо якщо зростання йде дуже швидко, часто утворюються так звані скелетні форми і гіллясті кристали, або дендрити. Прикладами дендритних кристалів і є крижані візерунки на склі і сніжинки.
Серед сніжинок зустрічаються «платівки», «піраміди», «стовпчики», «голки», «стріли», прості або складні «зірочки» з сильно розгалуженими променями.
Кожна з них - єдина в своєму роді. Але при цьому всі вони мають шість граней і одну вісь симетрії
Просторова решітка кристалів льоду.
Кульки зображують атоми кисню; положення атомів водню
не показані. Першим цю особливість сніжинок зазначив німецький астроном Йоганн Кеплер.
Вчені встановили, що форма снігового кристала повторює молекулярну структуру льоду - його кристалічна решітка якраз складається з шестикутників.
Виходить, що внутрішня будова снігового кристала визначає його зовнішній вигляд.
Перші систематичні дослідження снігових кристалів зробив в 30-х роках XX століття японець Укіхіро Накайя. Він виділив 41 тип сніжинок, склав першу класифікацію і з'ясував, що величина і форма утворюються кристалів льоду залежить від температури і вологості.
На склі замерзлого вікна легко побачити, як виникають, ростуть і поступово змінюють свою форму кристали льоду. Спочатку морозні малюнки починають з'являтися в нижній частині вікна. Як правило, тут накопичується велика кількість води, а потім морозні кристали поступово піднімаються вгору.
Можна розчистити в непрозорому шарі льоду, затягнув вікно, круглий «вічко», подихавши на замерзле скло або приклавши до нього палець. Якщо перестати гріти вічко, то він знову затягнеться шаром льоду, так само як замерзає ополонку на річці від холодного дихання морозу.
Якщо поспостерігати уважніше за тим, як закривається око, можна побачити: спочатку від його країв до середини витягуються тонкі голочки - ніжний, ледве видимий візерунок. Від цих голочок в сторони відгалужуються нові голочки, пір'ячко, зірочки. Ось уже весь вічко покритий ними, як найтоншим мереживом, а від країв вічка росте новий шар голочок і зірочок, закриваючи перше плетіння, - окремі гілочки з'єднуються, зливаючись в суцільний шар. Так відбувається зростання кристалів льоду.
Нові кристали завжди починають рости від країв вічка, від шарів льоду, що не розтанули. Цьому є просте і зрозуміле пояснення: прилаштуватися до вже готової кристалічній решітці частинкам води легше, ніж починати будувати нову решітку.
Сніговий кристал часто росте як фрактал, утворюючи складну нерегулярну структуру, частини якої подібні цілому.
У природі фрактали можна побачити всюди - в обрисах гір, річок, морських берегів, дерев, судинної системи ... І в морозних візерунках на вікнах!
Фрактали - безлічі з вкрай нерегулярною розгалуженою і порізаною структурою. Термін введений Б. Мандельбортом в 1975 році, хоча подібні об'єкти вивчалися в математиці з кінця XIX століття. Основною характеристикою фрактала є дрібна розмірність.
Чому ж в мороз з'являються малюнки на шибці? З одного боку, самі кристалики мають свою структуру, яка визначає малюнок. Крім того, подряпини на поверхні скла, частинки пилу, повітряні потоки допомагають Дідові Морозу створювати красиві візерунки на вікнах.