L’INVERNO TRA ARTE E MAGIA: LA SCIENZA DEI FIOCCHI DI NEVE

“Oh, the weather outside is frightful,

 

But the fire is so delightful

 

And since we’ve not place to go

 

Let It Snow, Let It Snow, Let It Snow!”

Foto ottenute per gentile concessione del Prof. Libbrecht
Foto ottenute per gentile concessione del Prof. Libbrecht

Così canta una famosa canzone di Natale: fa’ che nevichi!

Ma com’è fatta la neve? C’è differenza tra “fiocco di neve” e “cristallo di neve”? I fiocchi sono tutti simmetrici? E come si formano?

A tutte queste domande risponde Kenneth Libbrecht, Professore di Fisica e Presidente del Dipartimento di Fisica al Caltech (California Institute of Technology) nel bellissimo sito che cura (www.snowcrystals.com, e che vi invito caldamente a visitare!). In questa pagina abbiamo raccolto alcune delle curiosità più straordinarie su queste vere minuscole opere d’arte: garantito che ne rimarrete affascinati!

“Fiocco” e “cristallo” di neve sono la stessa cosa?

Non esattamente. “Cristallo di neve” è un singolo cristallo di ghiaccio, all’interno del quale le molecole d’acqua sono tutte allineate in una precisa matrice esagonale. “Fiocco di neve” invece è un termine più generale, che indica qualunque cosa cada dalle nuvole invernali: centinaia o spesso migliaia di cristalli di neve si scontrano e restano sospesi a mezz’aria mentre cadono, formando masse di fragili composizioni che chiamiamo “fiocchi”. Libbrecht spiega che “cristallo di neve” sta a “fiocco di neve” come “tulipano” sta a “fiore”.

Foto ottenute per gentile concessione del Prof. Libbrecht
Foto ottenute per gentile concessione del Prof. Libbrecht
Foto ottenute per gentile concessione del Prof. Libbrecht
Foto ottenute per gentile concessione del Prof. Libbrecht

Vuoi vedere come crescono i cristalli di neve?

Clicca qui! 

Come si formano i cristalli di neve?

Il nevischio è formato da gocce di pioggia congelate. Il cristallo di neve invece si crea quando il vapore acqueo presente nell’aria si trasforma in ghiaccio direttamente, senza prima diventare acqua allo stato liquido. Progressivamente, il vapore condensa su un cristallo di neve nascente, che cresce e si sviluppa, facendo emergere i motivi decorati. Un cristallo di neve a forma di stella inizia con la formazione di una piccola piastra esagonale, e sei rami spuntano dagli angoli quando il cristallo diventa più grande; man mano che questa piastra si snoda attraverso le nuvole, incontra delle particolari condizioni di temperatura e umidità, e ciascuna modifica fa sì che le braccia crescano in modo un po’ diverso.

Foto ottenute per gentile concessione del Prof. Libbrecht
Foto ottenute per gentile concessione del Prof. Libbrecht

Perché ci sono tante forme simmetriche complesse?

La forma finale del cristallo di neve è determinata dal preciso percorso che esso fa attraverso le nuvole; i sei bracci attraversano tutti lo stesso percorso, e sperimentano le stesse modifiche al medesimo tempo: ecco quindi che i bracci crescono in sincronia, generando una forma complessa, ma simmetrica. Invece, poiché non esistono due cristalli di neve che seguono lo stesso percorso esatto tra le nuvole mentre cadono, in natura non esisteranno due cristalli di neve identici. Un avvertimento: non fatevi ingannare dalle foto – ci dice Libbrecht! Nonostante le apparenze, la stragrande maggioranza dei cristalli di neve è asimmetrica, e i cristalli irregolari sono di gran lunga il tipo più comune.

Da cosa dipende la morfologia dei cristalli di neve?

Dalla temperatura e dall’umidità presenti tra le nuvole. Le diverse condizioni sono descritte dal Diagramma di Nakaya (dal nome del fisico giapponese Ukichiro Nakaya, che ha scoperto il comportamento crescente dei cristalli di neve nel suo laboratorio nel 1930). Ad esempio, aghi e colonne si formano più facilmente quando tra le nuvole ci si aggira intorno a -6 °C, mentre i cristalli stellari, più grandi (e più fotogenici!), crescono solo in una ristretta gamma di temperatura intorno a -15 °C.

Foto ottenute per gentile concessione del Prof. Libbrecht
Foto ottenute per gentile concessione del Prof. Libbrecht

Perché i cristalli assumono proprio queste forme particolari?

A questa domanda purtroppo non c’è risposta (per adesso). Il comportamento di crescita di ghiaccio dipende dalla struttura molecolare e dinamica della superficie del cristallo, ma ad oggi la ragione precisa della forma dei cristalli resta da chiarire: un dettaglio che li rende ancora più misteriosi e magici!

Foto ottenute per gentile concessione del Prof. Libbrecht
Foto ottenute per gentile concessione del Prof. Libbrecht
Foto ottenute per gentile concessione del Prof. Libbrecht
Foto ottenute per gentile concessione del Prof. Libbrecht

Che dimensioni hanno i fiocchi di neve?

I fiocchi più piccoli sono chiamati “Cristalli di polvere di diamante” e sono piccoli come il diametro di un capello umano. Il nome deriva dalla loro forma sfaccettata e dalla caratteristica di brillare alla luce del sole; sono piuttosto rari ed appaiono solo a temperature bassissime. Il più grande cristallo di neve mai fotografato invece misura 10 mm da una punta all’altra.

Let It Go: un software per la Disney

Per realizzare il cartone animato Disney “Frozen”, gli animatori hanno sviluppato un apposito software chiamato “Matterhorn”. Creato da un team di matematici, fisici e grafici, Matterhorn raffigura in maniera estremamente realistica i cristalli, il ghiaccio e la neve che si vedono nelle scene. In tutto il film si possono contare fino a 2,000 forme diverse di cristalli di neve.

Per i più appassionati, su YouTube si trovano due video caricati sul canale della Walt Disney Animation Studios, che spiegano i dettagli dell’animazione della neve:

https://www.youtube.com/watch?v=9H1gRQ6S7gg

https://www.youtube.com/watch?v=z4e9i0sCX7c

Immagine dal film "Frozen" (Walt Disney Animation Studios©)
Immagine dal film "Frozen" (Walt Disney Animation Studios©)
Algeria, neve sul deserto.
Foto: Karim Bouchetata©
Algeria, neve sul deserto. Foto: Karim Bouchetata©

Può nevicare nel deserto?

Anche se raramente, può accadere: anzi, è successo proprio di recente. Nella notte tra il 21 e il 22 dicembre 2016 la regione desertica del Bechar in Algeria si è svegliata ricoperta di neve: uno spettacolo raro e sorprendente. La neve non ha solo imbiancato le cime del Djebel Antar, il punto più alto della catena montuosa, ma si è anche posata più a valle sulle dune di sabbia del deserto del Sahara. La straordinaria nevicata ha un solo precedente nella storia, nel 1979.

Tutto il mondo ha visto la neve?

Recenti stime indicano che circa la metà della popolazione del mondo non ha mai visto la neve da vicino. Gran parte della Cina sperimenta qualche nevicata, ma la maggior parte di India e Indonesia no. Le regioni equatoriali del Sud America, Africa, così come le regioni desertiche del Medio Oriente, sono quelle che più raramente hanno visto la neve sulla terra.

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“New Girl” (4×10), Fox ©

L’enorme successo dei fiocchi di carta

Frances Chickering, la moglie di un ministro dello Stato del Maine (USA), nel 1864 pubblicò un album intitolato “Cloud Crystals: A Snow-Flake Album”. Frances esaminava i cristalli di neve che cadevano sul suo davanzale e rapidamente tagliava delle repliche di carta delle loro forme, che ha poi trasferito sulle pagine del suo album. Questo fu un grande successo, ed oggi milioni di persone in tutto il mondo si divertono a seguire il suo esempio.

Ecco altri esempi dei magnifici cristalli di neve che potete trovare sul sito www.snowcrystals.com

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