Kaikki lumihiutaleet eivät olekaan erilaisia

Lumihiutaleilla on identtisiä kaksosia, ainakin laboratoriossa.

tiede
joulukalenteri kuvitus
Hilppa Hyrkäs / Yle

Lumihiutaleen matka pilvestä maahan on täynnä mutkia, käännöksiä ja pyörähtelyjä, ja jokainen niistä antaa putoajalle himpun lisää omaa muotoa.

Pudotessaan jääkide kasvaa ja voi alkaa muistuttaa paitsi tähteä niin myös esimerkiksi luotia. Matkan varrella kiteet yhdistyvät isommaksi lumihiutaleeksi, mutta kide voi olla hiutale aivan yksinäänkin.

Maahan päätyneellä hiutaleella omaa näköä on jo niin paljon, ettei kaksi hiutaletta näytä koskaan samalta.

Niin on tapana sanoa. Onko se totta? Ja jos on, niin voiko sen todistaa tarkastamatta maapallon joka ainoan lumisateen joka ainoaa hiutaletta?

Kalifornian teknillisen korkeakoulun (siirryt toiseen palveluun) fyysikko Kenneth Libbrecht tarttui haasteeseen ja osoitti lopulta, että lumihiutaleille voi luoda myös kaksosia.

Fotomikroskooppikaan ei näe eroa

Libbrecht kasvatteli jääkiteitä safiirilasin pinnalla laboratorion jäähdyttimessä kahden vuosikymmenen ajan, ennen kuin oli valmis julistamaan kaksostutkimuksen tulokset.

Yhden kiteen kasvattamiseen meni 15 minuutista tuntiin. Tuloksen muoto riippui siitä, millaisiksi Libbrecht sääti lämpötilan ja kosteuden. Muotojen kirjo oli valtava, hän kertoo optisella mikroskoopillaan tarkastelemistaan tuloksista.

Laboratoriossakaan luodut jääkideparit eivät ole samanlaisia viimeistä vesimolekyyliä myöten, hän myöntää, mutta ulkonäkö on kuin identtisillä kaksosilla. Eroa ei näy, vaikka optisen mikroskoopin erottelukyky on tavattoman tarkka, millimetrin tuhannesosan luokkaa.

Identtisten kiteiden luomisessa ei tullut rikottua fysiikan lakeja, niistä vain löytyi porsaanreikä, Libbrecht kuvailee tutkimuksiaan verkkosivullaan (siirryt toiseen palveluun).

Lumihiutaleet ovat tutkijalle myös taidetta

Libbrechtin mukaan on todennäköistä, että myös luonnossa on ulkonäöltään yhteneväisiä lumihiutaleita. Ne voivat kuitenkin olla vain yksikiteisiä, ja vesimolekyylejä on oltava poikkeuksellisen vähän.

Hän havainnollistaa (siirryt toiseen palveluun) muotojen syntymistä vertaamalla vesimolekyylien järjestäytymismahdollisuuksia kirjahyllyn kirjoihin. Vaikka niitä olisi vain 15, ne voi asetella hyllyyn yli biljoonalla tavalla. Biljoonassa on ykkösen perässä 12 nollaa.

Jo pienehkössäkin jääkiteessä on vesimolekyylejä tyypillisesti 10 potenssiin 18, joten yhdistelmien mahdollisuudet ovat todella huimat. Mitä useampi kide lumihiutaleessa on, sitä suurempi on ikioman ulkonäön mahdollisuus.

Niinpä jokainen lumihiutale voidaan kyllä julistaa ainutlaatuiseksi, niin tänä talvena kuin maapallon koko lumisateisen historian aikana, Libbrech summaa.

Hän on tehnyt tutkimusalastaan myös valokuvataidetta. Sitäkin hänen verkkosivunsa (siirryt toiseen palveluun) esittelee.

Juttu on osa Ylen Uutis- ja ajankohtaistoiminnan tiedeuutisten joulukalenteria. Julkaisemme päivittäin tiedeuutisen, joka liittyy tähän vuodenaikaan – suoraan tai ainakin mutkan kautta. Viimeinen luukku aukeaa jouluaattona.

Aiemmat luukut:

2. Mitä yhteistä on joulukuusella ja dinosauruksella?

1. Ystävän joululahjan paketoinnissa ei kannata olla turhan tarkka, neuvoo tutkimus