Lumihiutale

Lumihiutale on jääkiteistä muodostunut lumikide tai yhteen tarttuneiden lumikiteiden rypäs. Lumihiutaleita syntyy vesihöyrystä härmistymällä sadepilvissä, mistä ne leijailevat hahtuvina maahan. Lumihiutale voi olla muodoltaan levy, neulanen tai haaroittuva tähti. Lumihiutaleet ovat yleensä melko symmetrisiä. Kulmia tai sakaroita yhdestä jääkiteestä muodostuneessa hiutaleessa on aina kuusi. Monimutkaisimmat lumihiutaleet ovat aina erinäköisiä.

Synty

Sadepilven yläosassa, missä lämpötila on 12–40 pakkasastetta, on pieniä jääkiteitä ja alijäähtyneitä vesipisaroita. Lumihiutale muodostuu, kun vesihöyry tiivistyy ilmassa suoraan kiinteäksi jääksi. Kun lisää vesihöyryä härmistyy, kide kasvaa ja kehittyy monimutkaisemmaksi. Lumihiutaleeseen voi muodostua myös huurretta eli pieniä jäätyneitä vesipisaroita.
Kun hiutaleet kasvavat niin isoiksi, ettei pilven muodostanut nousuliike enää kannattele niitä, ne putoavat alempiin ilmakerroksiin, missä on tyypillisesti lämpimämpää ja kosteampaa. Samalla ne kasvavat. Luonnossa on tavattu yhdeksän millimetrin levyinen lumihiutale, ja tuulettomissa laboratorio-oloissa on kasvatettu 25 millimetrin levyisiä lumihiutaleita. Jos hiutaleet putoavat tarpeeksi kauan ilmassa, jonka lämpötila on nollan yläpuolella, ne sulavat osittain rännäksi tai kokonaan vesisateeksi.
Lumihiutaleiden putoamisnopeus riippuu niiden muodosta ja huurtumisasteesta ja on tyypillisesti 1–2 m/s.

Muoto

Lumikiteiden muoto riippuu lämpötilasta ja kosteudesta sekä niiden syntypaikassa että matkalla maan pinnalle. Jääkiteiden rakenteen takia niistä voi tulla levyjä, neulasia tai haaroittuvia tähtiä. Levymäisissä lumikiteissä on aina kuusi kulmaa, ja tähtimäisissä lumikiteissä on aina kuusi sakaraa. Lumihiutaleet ovat usein melko symmetrisiä. Kun kaksi tähtimäistä lumikidettä tarttuu toisiinsa oikeassa kulmassa, syntyy 12-sakarainen lumihiutale. Samalla tavalla voi syntyä 18- ja 24-sakaraisiakin lumihiutaleita.
Tähtimäisen lumihiutaleen sakaroiden väliset kulmat ovat aina jaollisia 60 asteella. Jokaista kuutta pääoksaa koristaa joukko epätasaisin välimatkoin sijoittuneita sivuhaaroja. Pääoksat ovat syntyneet kuusikulmaisen jääkiteen kulmista. Tällainen suuri jääkide voi olla sata kertaa leveämpi paksuuteensa nähden.
Japanilainen Ukichiro Nakaya selvitti lumihiutaleiden synnyn 1930-luvulla. Hän kasvatti lumihiutaleita kaniininkarvojen päässä laboratoriossa ja tutki systemaattisesti kosteuden ja lämpötilan vaikutusta. Lähellä nollaa syntyi levyjä, 3–12 pakkasasteessa pilareita, sitten taas levyjä, ja kylmemmässä kuin −22 asteessa jälleen pilareita. Mitä vähemmän kosteutta oli, sitä yksinkertaisempia kiteistä tuli. Monihaaraiset, tähtimäiset kuviot vaativat syntyäkseen suuren kosteuden.

Yksilöllisyys

Runollisen sanonnan mukaan koskaan ei synny kahta samanlaista lumihiutaletta. Yhdysvalloissa sanonta yhdistetään Wilson Bentleyyn, joka kuvasi samalla kalustolla 46 vuoden aikana yli 5 000 lumihiutaletta, joista jokainen oli erilainen. Se, onko lause totta, riippuu lumihiutaleen määritelmästä. Samanlaisissa oloissa syntyneet yksittäiset kiteet, esimerkiksi pienet jääneulaset, ovat varsin samannäköisiä. Mutta silloin kun useat lumikiteet muodostavat yhden lumihiutaleen, rakenteessa on niin monta vaihtoehtoa, että pidetään erittäin epätodennäköisenä, että niitä syntyisi kaksi aivan samanlaista.