Interview s kryológom o snehových kryštáloch

Je to tanec viditeľný iba pod mikroskopom: miliardy molekúl vody sa usporiadajú do jemných vzorov po šiestich a vytvárajú hviezdicové štruktúry, pričom každá z nich je jedinečná. Pre profesora Kennetha Libbrechta sú snehové vločky modelovým príkladom z prírody a zároveň miniatúrnymi umeleckými dielami padajúcimi z neba. V tomto článku 66-ročný fyzik, fotograf a autor, ktorý vyučuje na Caltech University v Pasadene v Kalifornii, vysvetľuje, ako je to možné, že aj niečo také malé dokáže rozprávať príbehy o súdržnosti a skrytej kráse.

Prof. Libbrecht, aký je vlastne rozdiel medzi snehovými kryštálmi a snehovými vločkami?

Snehový kryštál je najmenšia jednotka snehu, jednotlivý, zvyčajne šesťuholníkový, ľadový kryštál, ktorý sa tvorí v atmosfére. Snehová vločka je to, čo vidíme padať z neba: zvyčajne zhluk niekoľkých kryštálov, ktoré sa pri páde spájajú. Stručne povedané: snehové kryštály sú stavebnými kameňmi, snehové vločky sú hotovou štruktúrou.

Vznik snehových kryštálov je témou vášho výskumu a zároveň celoživotnou témou. Čo je pre vás pritom najmagickejší moment?

Záleží na tom, či som vonku alebo v laboratóriu. Najkrajšie kryštály vznikajú pri teplote okolo mínus 15 stupňov Celzia. To je naozaj poriadna zima a nikdy neviete, čo môžete očakávať. Väčšina kryštálov nie je až taká pekná; zhlukujú sa a rozpadajú. Ale z času na čas sa vám podarí nájsť dokonalý kryštál – ako umelecké dielo, ktoré jednoducho spadlo z neba. Aby som kryštály zachoval, opatrne ich jemným štetcom zdvihnem na podložné sklíčko a čo najrýchlejšie ich vložím do fotoaparátu s mikroskopom, ktorý som si sám zostrojil. Vietor je môj najväčší nepriateľ! Fotoaparát je taký veľký, že ho vozím v kufri auta. Tá magická myšlienka, ktorá sa za tým skrýva: je to len voda mrznúca na ľad, nič viac. A predsa je to trochu vzrušujúce, keď pod mikroskopom nájdete skutočne vydarený exemplár. Možno práve preto, že jeho krása je taká prchavá.

A v laboratóriu?

Sedím v teplej miestnosti v tričku, zatiaľ čo všetko ostatné sa deje v izolovanej chladiacej komore. Je to oveľa kontrolovanejšie prostredie. Kúzlo spočíva v niečom inom: dokážem vypestovať krásne kryštály a neraz viem aj predpovedať, čo sa stane. Nazývam ich „dizajnérskymi kryštálmi“. Na jeden potrebujem asi 45 minút. Otáčam gombíkmi v chladiacej komore, čím mením teplotu a vlhkosť, a kryštál robí takmer presne to, čo chcem. Aj to je umenie, až na to, že nepracujem so štetcom ani s dlátom, ale skôr postrkujem prírodu.

Môžu nás snehové kryštály naučiť niečo o krehkosti nášho ekosystému?

Ich vlastnosti sa nemenia v dôsledku klimatických zmien ani znečistenia životného prostredia. V dôsledku teplejšej klímy sa s nimi však pravdepodobne stretneme menej často. Fantastické snehové kryštály sa kedysi dali nájsť napríklad v americkom štáte Vermont, ale teraz sú už vzácne. Aby ste ich videli, musíte cestovať stále ďalej na sever. Napríklad obyvatelia Aljašky, ktorí žijú pri teplotách až mínus 40 stupňov Celzia, určite v budúcnosti uvidia tie najkrajšie snehové kryštály. Ďalšie zmeny nie je možné predvídať, pretože príroda je veľmi komplexná a plná prekvapení.

Považujú vás za popredného svetového odborníka na snehové kryštály, ale podľa vlastných vyjadrení, ani vy o nich neviete všetko.

Vo fyzike si rýchlo uvedomíte, že niečo úplne pochopiť je neuveriteľne ťažké. Keď som študoval kvantovú mechaniku, začínali sme s atómom vodíka – najjednoduchším zo všetkých. Ale čím viac som sa naučil, tým jasnejšie mi bolo, aký zložitý je aj tento najmenší systém. Podobne je to so snehovými kryštálmi – v konečnom dôsledku ide o variácie približne 35 základných tvarov. Nejde len o množstvo molekúl vody, ale o dynamický proces rastu. Je to zložité, pretože sa na tom podieľa nespočetné množstvo molekúl súčasne. Existujú teórie, niektoré sto rokov staré; veľa sa vie, niečo nie. Snehový kryštál sa nedá ani úplne simulovať na počítači.

Hovorí sa, že žiadne dva snehové kryštály nie sú rovnaké. Je to pravda?

V istom zmysle áno, sú ako identické dvojčatá. Môžu byť veľmi podobné, ale nikdy nie na 100 percent. Pri ich raste zohráva úlohu príliš veľa rôznych faktorov.

Čo prezrádza štruktúra snehového kryštálu o jeho ceste atmosférou?

Pomerne veľa! Napríklad stĺpovitý kryštál naznačuje rast pri teplote okolo mínus päť až mínus šesť stupňov Celzia. Doskovité kryštály sa tvoria tesne pod bodom mrazu. A krásne, klasicky tvarované hviezdicovité kryštály sa tvoria, ako už bolo spomenuté, pri teplote okolo mínus 14 až 15 stupňov Celzia.

Existujú vôbec dokonalé snehové kryštály alebo ich krása spočíva práve v ich nedokonalosti?

Krása tkvie v oku pozorovateľa. V skutočnosti ma viac fascinujú tie „dokonalé“ v laboratóriu. Nedokonalosti sa v prírode vyskytujú hojne, symetriu nájdete len šťastnou náhodou. V oblakoch kryštál často prestane rásť skôr, než dosiahne dokonalosť, a cestou nadol sa vyparuje a jeho hrany sa zaobľujú. V laboratóriu ich však fotografujeme, ako rastú, ich skosené hrany sú potom veľmi ostré, takmer ako u drahých kameňov.

Kedy ste nimi začali byť fascinovaný?

Asi pred 25 rokmi. V tom čase som pracoval na úplne inom projekte, išlo o gravitačné vlny. Veľký vedecký výskum, miliardové náklady, zapojené tisíce ľudí po celom svete. Popri tom som začal študovať snehové kryštály – maličký rozsah, niekoľko tisíc dolárov na vybavenie, dvaja študenti. Postupne ma tento vedľajší projekt priťahoval čoraz viac, takže som sa naň pred pár rokmi úplne zameral.

Poďme sa porozprávať o spolupráci so spoločnosťou Disney na filme „Ľadové kráľovstvo“. Ako ste sa stali takzvaným poradcom pre snehové vločky?

Sedel som vo svojej kancelárii, keď zazvonil telefón. Na druhom konci bol niekto od Disneyho: „Pracujeme na filme, ktorý sa odohráva v chladnej klíme a chceme ukázať dokonalé snehové vločky – môžete nám pomôcť?“ Išiel som tam a strávil som deň u Disneyho. Roztrhali jednu z mojich kníh a nalepili stránky po celej stene. Povedal som im jedinú vec, na ktorej mi záležalo: nech sú šesťuholníkové, nie päťuholníkové, nie štvoruholníkové, nie osemuholníkové – snehové vločky majú šesť cípov, niekedy dvanásť. Bola to intenzívna spolupráca a odviedli fantastickú prácu; dokonca aj Elsine vlasy a šaty sa trblietali snehovými vločkami. Až na konci titulkov, asi po 20 minútach, som uvidel svoje meno na plátne kina a moja dcéra si ho okamžite odfotila.

Je medzi tými všetkými krásnymi snehovými kryštálmi, ktoré ste vyfotografovali pre svoje knihy, jeden, ktorý je výnimočný?

Ak sa pýtate: „Máte nejaký obľúbený?“ – odpoveď je vždy nie. (srdečne sa smeje). Niektoré, ktoré som nafotil vonku, sú naozaj úchvatné,. Napríklad na Hokkaide alebo v severnom Švédsku za polárnym kruhom. Raz som bol v severnom Ontáriu v Kanade, na mieste s množstvom snehu a takmer žiadnym vetrom. Jedného dňa tieto kryštály spadli z neba – obrovské, ako drobné snehové kvety. Bol som zmätený; boli dokonca príliš veľké na fotoaparát s mikroskopom. Najväčší meral od špičky po špičku jeden centimeter – čo je obrovské – a podarilo sa mi ho dostať do Guinnessovej knihy rekordov ako najväčší snehový kryštál na svete.

Existujú nejaké ďalšie prekvapujúce fakty o tejto téme?

Jednoduché vysvetlenie, prečo sú kryštály také symetrické: Ako rôzne ramená vedia, v akom tvare majú rásť? Nuž, zažívajú rovnaké podmienky v rovnakom čase. Keď sa teplota zmení, ovplyvní to rast. Moja analógia: Prší, idete von a zrazu má každý dáždnik. Zavolali sme si všetci predtým a povedali: „Vezmi si dáždnik“? Nie. Vyšli sme von, videli sme, že prší, a vzali sme si dáždnik. Konali sme nezávisle, no napriek tomu kolektívne.

Sú teda snehové vločky aj alegóriou toho, čo môžeme dosiahnuť, keď spolupracujeme?

Určite a oveľa viac. Existujú celkom bláznivé stĺpovité kryštály, nazývané „capped columns“, ktoré vyzerajú ako náprava s dvoma kolesami. Prvýkrát som ich videl pred 25 rokmi v jednej knihe a pomyslel som si, že musia byť neuveriteľne vzácne. Keď som krátko nato navštívil svoju rodinu v Severnej Dakote, skúmal som sneh. Boli tam; len som si ich predtým nevšimol. Dobrý príklad toho, ako niečo prehliadnete, keď neviete, že to existuje. Keď otvoríme oči, nájdeme okolo seba toľko krásy!

Pri spätnom pohľade na vašu dlhoročnú prácu: na čo ste najviac hrdý?

Vždy som chcel natáčať filmy o rastúcich snehových kryštáloch, pretože to dovtedy nikto neurobil. Bola to výzva, ale našiel som spôsob. Som tiež hrdý na to, že moje fotografie boli použité na poštové známky. A nedávno som odhalil tajomstvo mimoriadne vzácnych trojuholníkových snehových kryštálov. Boli objavené pred 150 rokmi, ale zostávali záhadou. Keď som vypočítal svoj model celého procesu, dokázal som to vysvetliť! Model predpovedal, že trojuholníkové kryštály rastú iba za veľmi špecifických podmienok. Napodobnil som ich v laboratóriu: Len vo veľmi úzkom rozsahu vznikali trojuholníkové kryštály; potom boli opäť šesťuholníkové. Bol to jeden z tých momentov, prečo som sa stal fyzikom a milujem snehové kryštály: Sú také krásne tajomné a keď nájdete vysvetlenie, je to ešte fascinujúcejšie.