Kenneth G. Libbrecht jest profesorem fizyki w Kalifornijskim Instytucie Technologicznym. Od 20 lat bada przyrost kryształów i formowanie się kształtów płatków śniegu. Zajmuje się tym jednak nie tylko z naukowego punktu widzenia, ale także – robiąc zdjęcia śnieżynkom – próbuje uchwycić ich ulotność. Wydał siedem bogato ilustrowanych książek. O nich i o magii oraz właściwościach fizycznych śniegu rozmawiała z Libbrechtem Katarzyna Rodacka.

Katarzyna Rodacka: Śnieg to dosyć osobliwe hobby. Skąd takie zainteresowanie?

Kenneth G. Libbrecht: Wszystko zaczęło się od fizyki. Badaliśmy na uczelni wzrost kryształów. Wydało mi się po prostu ciekawe, jak przyrastają płatki śniegu, skąd biorą się te wszystkie piękne kształty kryształków. Jako dziecko nie przyglądałem się za bardzo śniegowi. Dopiero gdy zostałem naukowcem, zauważyłem, jak bardzo ciekawe jest to zjawisko.

Wiadomo już, w jaki sposób powstaje płatek śniegu?

Ludzie próbowali to odkryć już wiele dekad temu, wciąż jednak wiele faktów pozostaje nieznanych. Wiadomo, że jest to proces nawarstwiania się cząsteczek. Żeby dowiedzieć się nieco więcej, musiałem zabrać się za hodowanie w laboratorium własnych śnieżynek. Dzięki temu mogę mierzyć, jak szybko przyrastają kryształki śniegu i od jakich warunków ten przyrost zależy. A co za tym idzie – projektować i tworzyć własne płatki śniegu.

Od czego zatem zależą te piękne kształty śnieżynek?

To dosyć skomplikowane. Już w latach 30. XX w. odkryto, że kryształki śniegu czasem budują cienkie, płaskie struktury, a czasem tworzą coś na kształt kolumn. A może bardziej przypomina to ołówek? Ich budowa zależy od temperatury. Kiedy jest zimno, tworzą się płaskie śnieżynki, gdy jest zimniej – śnieżynki przybierają kształt kolumn, a jeszcze zimniej – znowu kształt płaskich śnieżynek. Jeszcze zimniej? Proszę bardzo: znowu z nieba spadają kolumny.

Czyli to temperatura ma największy wpływ?

Wszystko zależy od temperatury, wilgotności oraz ciśnienia powietrza. Wilgotność musi wynosić powyżej 100%, a temperatura – oczywiście być poniżej zera. W laboratorium możemy stworzyć warunki, które będą się zdecydowanie różnić od tych atmosferycznych. Możemy doprowadzić do bardzo wysokiej wilgotności, przy której śnieżynki będą się tworzyć bardzo szybko i w dodatku będą przybierać bardzo skomplikowane kształty.

Co mogą ludzkości przynieść te odkrycia?

To nie ma żadnego zastosowania. Ludzie zazwyczaj zajmują się wzrostem kryształów, bo to może przydać się w rozwoju technologii. Badanie kryształków śniegu to czysta nauka. Chcę zrozumieć i opisać naukowo to zjawisko.

Wiele osób na świecie się tym zajmuje?

Garstka. Mój zespół to tylko ja. Zajmuję się tym tematem od 20 lat, czasem podczas letnich praktyk pomagają mi studenci. Równolegle z badaniami zacząłem robić także zdjęcia płatków i obserwować kryształki śniegu, co wydaje się dosyć ekscentrycznym hobby, kiedy żyjesz w południowej Kalifornii, gdzie nigdy nie ma śniegu. Ale w celach fotograficznych podróżowałem też na Alaskę czy do północnej Kanady.

Co dokładnie badasz?

Interesuje mnie przede wszystkim to, w jaki sposób cząsteczki przyczepiają się do powierzchni. Jest to dosyć trudne do zbadania, bo poruszają się one zbyt szybko. W laboratorium zazwyczaj buduję śnieżynkę i pod mikroskopem kręcę film dokumentujący, jak ona powoli przyrasta. Sam proces nie jest zbyt skomplikowany, jeśli chodzi o technologie, których trzeba użyć. Jest natomiast trudny z punktu widzenia fizyki. Nie wiemy, jak wzrastają kryształy. Krystalografia na przykład zajmuje się modelem struktur kryształów już istniejących. Dużo trudniej zbadać wzrost, który jest ruchem.

Od kiedy trwają badania nad śniegiem?

Kepler już w 1611 r. obserwował śnieg. Zauważył, że każda śnieżynka jest symetrycznym sześciobokiem. Zaczął zastanawiać się, dlaczego ma akurat sześć boków, a nie na przykład osiem lub cztery. Ludzie najpewniej zauważyli to już wcześniej, ale dopiero Kepler uznał to za naukową obserwację, która mogła być wstępem do naukowych rozważań. Nie mógł jednak zbadać dokładniej śniegu, ponieważ na początku XVII w. ludzie nie mieli pojęcia o istnieniu cząsteczek. Odkryto je i nauczono się je mierzyć dopiero w latach 20. XX w. Kepler wysunął zatem tezę, ale jej udowodnienie zajęło ludzkości 300 lat.

Ile w ogóle jest rodzajów kształtów płatków śniegu?

To ciekawa kwestia. Są pewne rzeczy na świecie, które możesz policzyć, na przykład gatunki drzew. Nawet jeśli są jeszcze jakieś niepoznane przez człowieka, to zasadniczo wiadomo, gdzie kończy się jeden gatunek drzew, a gdzie zaczyna drugi. Z płatkami śniegu jest natomiast trochę jak z chlebem. Ciężko stwierdzić, ile jest rodzajów chleba. Możesz dodawać różne mąki, mieszać je w różnych proporcjach, dorzucać dodatki. Ze śnieżynkami jest tak, że możesz podzielić je według bardzo generalnego rodzaju, jakim jest kształt. Ale ludzie, którzy kategoryzują śnieżynki, przyjmują różne zasady oraz kategorie tego rozróżnienia. Wskutek tego można wyróżnić od siedmiu do aż 120 rodzajów kształtów płatków śniegu.

Czy pewne kształty śniegu występują tylko w danej lokalizacji geograficznej?

To zależy nie od konkretnego miejsca, ale właśnie od temperatury. W Stanach Zjednoczonych temperatura jest trochę za wysoka, żeby zaobserwować piękne śnieżne kryształy. Najlepsze śnieżynki tworzą się przy około -15˚C. To trochę chłodno także jak na Europę.

W połowie stycznia w Polsce była taka temperatura. To który region na świecie według Ciebie jest najlepszy na obserwację płatków śniegu?

To zależy od tego, co chcesz zaobserwować. Jako śnieżny fotograf zawsze poszukuję tych pięknych śnieżynek o gwiezdnym kształcie. Spadają tylko w temperaturze między -15 a -10˚C. W Nowym Jorku trudno je zaobserwować, bo tam jest za ciepło. Jak pojedziesz już jednak trochę na północ, to masz szansę je ujrzeć. Ale na Alasce już nie – jest zbyt zimno na gwiezdne śnieżynki. Tam za to możesz zobaczyć płatki śniegu o kształcie sześciokątnego graniastosłupa. Dla mnie jako dla fotografa śnieżnego jednym z najlepszych miejsc na fotografowanie śniegu jest północna część kanadyjskiej prowincji Ontario, gdzie średnia temperatura w styczniu wynosi -15˚C.

W Polsce dopadł nas atak zimy, więc takie hobby wydaje się jak znalazł. Jak fotografować śnieg?

Łatwo można zrobić dobre zdjęcia, chociaż trudno jest zrobić naprawdę świetne. Ale wystarczy dysponować obiektywem do fotografii makro i wtedy można robić piękne zdjęcia kryształków śniegu. Oczywiście przy odpowiedniej temperaturze. Oprócz fotografii warto też spróbować zachować taki płatek śniegu na przyszłość.

W jaki sposób?

To bardzo proste. Temperatura musi spaść przynajmniej do -10˚C. Potrzebne są dwa małe szkiełka, mogą być takie od mikroskopu oraz klej super glue. Złap na to szkiełko ładny płatek śniegu. Następnie nałóż na niego kroplę kleju tak, żeby pokryła cały płatek. Nałóż na to drugie szkiełko. Cały zabieg należy oczywiście wykonać na dworze, żeby śnieżynka nie stopniała. Zostaw potem to wszystko na zewnątrz mniej więcej na tydzień. Gdy jest zimno, klej nie zastyga tak szybko jak w temperaturze pokojowej. Kiedy klej już stwardnieje, możesz wnieść szkiełka do domu. W środku w kropli kleju zachowa się śnieżynka. Można z niej wyczarować nawet biżuterię.

Jak jeszcze można eksperymentować ze śniegiem?

Bez wychodzenia z domu można zrobić swoje własne sople lodowe. To jest bardzo proste. Do pojemnika na lód wystarczy wlać wodę destylowaną. Zamarza w kostki, ale z tych kostek wystają lodowe kolce. Poza tym – warto po prostu w śnieżny dzień wybrać się na dwór ze szkłem powiększającym. Można obserwować przepiękne płatki śniegu. To superzabawa, a praktycznie nikt tego nie robi!

A mogę wyhodować swój własny śnieg w domu?

Niestety, to już jest dosyć trudne. Trzeba kontrolować temperaturę i wilgotność powietrza. Ja robię to tylko w laboratorium.

W laboratorium projektujesz też swoje płatki śniegu. Po co?

Pomysł, by zaprojektować i wyhodować śnieżynki o pięknej gwiezdnej budowie, wziął się z praktycznej potrzeby. Kiedy zaczęły mnie interesować płatki śniegu, okazało się, że nie ma o tym w zasadzie żadnej książki. Zdecydowałem zatem, że sam napiszę naukową książkę o kryształkach śniegu. Jej częścią są oczywiście obrazki, bo kto chciałby kupić książkę o płatkach śniegu bez żadnych zdjęć czy ilustracji przedstawiających śnieżynki? Gdy pracowałem nad stroną graficzną książki, zauważyłem, że zrobienie dobrych zdjęć kryształków jest dosyć trudne. Pracowałem już wtedy w laboratorium i pomyślałem, że zrobię swój własny śnieg, który będzie lepszy. Więc zająłem się czymś, co nazywam projektowaniem płatków śnieżnych. To taki lekki zwrot od nauki w stronę czegoś bardziej artystycznego. Tak naprawdę to projektuję śnieżynki bardziej dla siebie niż dla nauki. Mogę teraz w laboratorium tworzyć lepsze płatki śniegu niż te, które są na dworze.

Ale co oznacza „lepsze płatki śniegu”? Bardziej odporne na topnienie? O piękniejszym kształcie?

Kiedy fotografuję naturalny śnieg na dworze, szukam takich płatków, które mają bardzo ostre i wyraźne krawędzie. Dla mnie wyglądają idealnie i symetrycznie. W przyrodzie jednak kryształki często nie są tak bardzo symetryczne. W trakcie swojej drogi na ziemię troszkę się topią, zderzają ze sobą. Ostre krawędzie się zaokrąglają, bo wszystko zaczyna parować. Jeśli się dobrze przyjrzysz, to naprawdę rzadko można znaleźć taki idealny, nieuszkodzony płatek śniegu. A w laboratorium mogę stworzyć od podstaw kompletne, wyraźne śnieżynki. Dlatego to te z laboratorium można opisać jako doskonałe. To jak pójście z aparatem fotograficznym w chmury i fotografowanie płatków śniegu tuż po ich powstaniu.

Istnieje już sztuczny śnieg, jeździmy na nim na stoku. W laboratorium tworzysz coś podobnego?

Nie, sztuczny śnieg na stoku to coś innego. Kryształki śniegu, które tworzę w swoim laboratorium, to są prawdziwe płatki śniegu. Powstają z pary wodnej, a nie z wody w stanie ciekłym. Żeby w laboratorium wyhodować ładny kryształek śniegu, potrzeba mniej więcej 45 minut do godziny. Dla jednej śnieżynki! Ten sztuczny śnieg, który leży na stokach, zrobiony jest z zamarzającej wody w stanie ciekłym. Tak naprawdę z tego powstają bardziej kulki lodowe. Dopóki jeździsz na nartach tylko po sztucznym śniegu, wydaje ci się, że jest to wystarczające. Perspektywa się zmienia, kiedy odkryjesz puch.

Marzenie każdego narciarza.

Taki piękny puch formuje się właśnie z dużych płatków śniegu, które rodzą się przy -15˚C. Po kilku dniach od opadu topnieje.

Czy istnieją dwa takie same płatki śniegu?

A czy ty zaobserwowałaś w swoim życiu dwa takie same płatki śniegu?

Nie obserwuję ich aż tak długo i uważnie.

W Stanach Zjednoczonych wiele osób mówi, że „płatki śniegu są jak ludzie – nie ma dwóch identycznych”. Jeśli masz do czynienia z jakąś bardzo skomplikowaną śnieżynką, to faktycznie stworzenie identycznej jest bardzo trudne. Należy jednak pamiętać, że jest wiele bardzo podobnych do siebie płatków w kształcie heksagonalnych kryształków. Poza tym – co to znaczy „być takim samym”? Z punktu widzenia nauki na świecie w ogóle nie ma dwóch takich samych rzeczy. Nie istnieją dwa takie same drzewa czy ziarna piasku.