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Meravigliosi cristalli di neve Un cristallo di ghiaccio del diametro di 1 mm contiene 100 trilioni di molecole d’acqua.
I cristalli di neve sono l’esempio più impressionante della bellezza della fisica. Affascinano gli scienziati da secoli - e sul mistero che racchiudono si stanno rompendo la testa da più di 400 anni.
Giovanni Keplero è noto per le sue descrizioni del moto dei pianeti. Ma nell’inverno del 1610, mentre attraversava il Ponte Carlo a Praga e un fiocco di neve gli cadde sul mantello, anche l’astronomo e matematico tedesco cominciò ad arrovellarsi sulla straordinaria geometria del cristallo. «Perché i fiocchi di neve cadono sempre come forme esagonali piatte?», si chiese. La domanda persisteva: perché non tre, cinque o sette? Un anno dopo pubblicò un opuscolo intitolato De nive saxangula (Del fiocco di neve esagonale), un’opera con la quale posò la prima pietra di tutta la cristallografia.Keplero sosteneva che la forma esagonale fosse «la più compatta possibile, così che con nessun’altra disposizione sarebbe possibile stipare un numero maggiore di sferette nel medesimo contenitore». La natura sembrava inoltre gradire quella forma, che - come riconobbe Keplero - si ritrova anche nei favi. Occorsero tuttavia 400 anni prima che il matematico statunitense Thomas Hales riuscisse finalmente a dimostrare la cosiddetta ipotesi di Keplero con sofisticati metodi di calcolo.
Keplero sosteneva che la forma esagonale fosse «la più compatta possibile, così che con nessun’altra disposizione sarebbe possibile stipare un numero maggiore di sferette nel medesimo contenitore». La natura sembrava inoltre gradire quella forma, che - come riconobbe Keplero - si ritrova anche nei favi. Occorsero tuttavia 400 anni prima che il matematico statunitense Thomas Hales riuscisse finalmente a dimostrare la cosiddetta ipotesi di Keplero con sofisticati metodi di calcolo.
Ogni cristallo è unico
Sebbene tutti i cristalli di neve abbiano in comune la struttura esagonale, nessuno di essi appare identico a un altro. Dal punto di vista fisico, questo non sorprende.
Quando fa molto freddo, le goccioline d’acqua nelle nubi congelano sui cosiddetti nuclei di cristallizzazione, per esempio particelle di polvere. Allora il cristallo comincia la sua crescita, poiché durante il suo viaggio dalla nuvola al terreno ad esso si attaccano sempre più molecole d’acqua. Un singolo cristallo di ghiaccio del diametro di un millimetro contiene all’incirca 100 trilioni di molecole d’acqua. La possibilità che due cristalli sviluppino una struttura identica, cioè che tutte le molecole vi si attacchino nel medesimo punto, è praticamente trascurabile.
La forma definitiva del cristallo di neve è determinata dalla temperatura e dall’umidità che accompagnano il suo processo di crescita. Con un’umidità elevata e intorno ai meno 15 gradi si formano i cristalli di neve dall’aspetto particolarmente bello, quelli che per primi ci ricordano la neve: le stelline esagonali. Che sono pure effettivamente i più frequenti, anche se ne esistono alcuni esemplari di forme piuttosto strane.
Fiocchi di neve sotto la lente
Un’idea del sorprendente mondo dei cristalli di neve è offerta dalle 500 pagine dell’opera standard Snow Crystals, del fisico Kenneth Libbrecht del California Institute of Technology. I suoi cristalli preferiti, che nessuno sembra conoscere, sono le colonne a calotte: a circa meno sei gradi si forma dapprima una colonna, alle cui estremità, verso i meno 15 gradi, crescono delle piastre. Il risultato è un cristallo di neve la cui forma ricorda quella di un rocchetto.
Il volume di Kenneth Libbrecht include una tabella con i 35 tipi di fiocchi di neve più frequenti, che dovrebbe servire da orientamento a coloro che intendono dedicarsi lente alla mano alla ricerca di esemplari esotici. «Perché la probabilità di scoprire un cristallo triangolare, una rosetta di sfere o una colonna a calotte è maggiore, quando sai che esistono», scrive il fisico americano.