Ο έναστρος ουρανός, το χιόνι και τα Χριστούγεννα

Παγοκρύσταλλοι. Η φωτογραφία είναι ευγενική προσφορά

του Kenneth G. Libbrecht, California Institute of Technology

Ο έναστρος νυχτερινός ουρανός γοήτευε πάντα τους ανθρώπους και στο πέρασμα των αιώνων υμνήθηκε όσο λίγα πράγματα από τους ποιητές. Ο Αριστοτέλης θεωρούσε ότι ο ουρανός δεν υπόκειται στη φθορά της φύσης. Όλα εκεί ήταν τέλεια και αιώνια. Το κοσμικό δόγμα του μεγαλύτερου στοχαστή της αρχαίας Ελλάδας κλονίστηκε το 1610 όταν ο Γαλιλαίος Γαλιλέι είδε με το τηλεσκόπιό του, πρώτος από όλους, τις ηλιακές κηλίδες. Η ουράνια φύση ήταν τόσο ατελής όσο και η γήινη. Τους αιώνες που ακολούθησαν ο άνθρωπος μπόρεσε να δει πιο καθαρά τι συμβαίνει κάθε ώρα και στιγμή πάνω από το κεφάλι του, χωρίς εκείνος να το αντιλαμβάνεται.

Οι τρομερές συμπαντικές δυνάμεις εξαφανίζουν αστέρια και φτιάχνουν καινούργια με μια χαοτική αέναη διαδικασία που προκαλεί στον άνθρωπο δέος, αν όχι φόβο. Πόσο αλλάζει την εικόνα του ουρανού των ποιητών αυτή η μεγέθυνση (zoom in) ενός πολύ μικρού τμήματός του;

Από ψυχολογικής πλευράς, η αίσθηση που προκαλεί στον άνθρωπο το χιόνι είναι μοναδική. Κανένα άλλο φυσικό φαινόμενο δεν αλλάζει, έστω και παροδικά, τόσο μαγευτικά το περιβάλλον. Ένα χιονισμένο τοπίο είναι ένας παραμυθένιος κόσμος που καθηλώνει μικρούς και μεγάλους. Μια εξωτική σκηνογραφία που θαμπώνει κυριολεκτικά και μεταφορικά τον άνθρωπο και τον γεμίζει χαρά. Όπως και ο έναστρος ουρανός, έτσι και το χιόνι υμνήθηκε από ποιητές και πεζογράφους και, μια που κάνουμε αυτόν τον παραλληλισμό, ας δούμε τι κρύβουν στο εσωτερικό τους οι πανέμορφοι παγοκρύσταλλοι που αποτελούν μια νιφάδα. Πρώτα απ’ όλα, όμως, λίγη θεωρία από τη μικροφυσική των νεφών:

 «Ο σχηματισμός των νεφών επιτυγχάνεται με τη συμπύκνωση των υδρατμών του αέρα σε υδροσταγονίδια.  Η συμπύκνωση  συμβαίνει με την πα­ρουσία ξένων σωματιδίων, όπως είναι τα μόρια του αλατιού που προέρχονται από την εξάτμιση του πιτύλου του θαλασσινού νερού, οι διάφοροι βιομηχανικοί ρύποι, ο καπνός, η σκόνη κ.λπ. Στη συμπύκνωση των υδρατμών πρωτεύοντα ρόλο παί­ζουν οι ονομαζόμενοι νεφικοί πυρήνες συμπύκνωσης, οι οποίοι αποτελούν μικρό ποσοστό του συνόλου των σωμα­τιδίων που αιωρούνται στην ατμόσφαιρα. 

Καθώς ένα νέφος αναπτύσσεται καθ’ ύψος στην ατμόσφαιρα, κάποια στιγμή ένα μέρος του θα βρεθεί σε περιβάλλον με θερμοκρασίες κάτω από τους μηδέν βαθμούς Κελσίου. Στην περίπτωση αυτή, τα υδροσταγονίδια του νέφους που θα βρεθούν σε αρ­νητικές θερμοκρασίες είτε θα παγοποιηθούν είτε θα παραμείνουν σε υγρή κατά­σταση (υπέρψυχρα υδροσταγονίδια). Αυτό εξαρτάται από το πόσο χαμηλή είναι η θερμοκρασία και κυρίως από την παρουσία πυρήνων πάγου ή, όπως αλλιώς λέγονται, πυρήνων παγοποίησης. Οι πυρήνες παγοποίησης είναι λιγότεροι από τους πυρήνες συμπύκνωσης, καθώς η δράση ενός πυρήνα πα­γοποίησης απαιτεί το σχήμα του να συμβιβάζεται με την κρυσταλλική δομή του πάγου (εξαγωνική δομή). Η απαίτηση αυτή μειώνεται όσο η θερμοκρασία ελατ­τώνεται και αυξάνεται η κρυσταλλοποιητική δύναμη του νερού. Αναφορικά με τη φύση των πυρήνων παγοποίησης, σήμερα γνωρίζουμε ότι οι πιο αποτελεσματικοί από αυτούς είναι οι προερχόμενοι από τη σκόνη των ερή­μων, ορισμένα οργανικά υλικά, τα βακτήρια, το φυτοπλαγκτό και τα σωματίδια γύρης.

Η συγκέντρωση των πυρήνων παγοποίησης στην ατμόσφαιρα παρουσιάζει μεγάλες διαφορές στο χώρο και το χρόνο. Σε κάθε περίπτωση, ο αριθμός τους αυξάνεται με την πτώση της θερμοκρασίας και την αύξηση του υπερκορεσμού του αέρα. Αν θεωρήσουμε ως τυπική συγκέντρωση των αιωρούμενων σωματιδίων τα 10.000 σωματίδια ανά κυβικό εκατοστό αέρα, καταλή­γουμε στο συμπέρασμα ότι ένα λίτρο αέρα που βρίσκεται στη θερμοκρασία των μείον 20 βαθμών Κελσίου περιέχει 10.000.000 σωματίδια από τα οποία μόνο ένα είναι πυρήνας πάγου.» (Αποσπάσματα από το βιβλίο «ΚΑΙΡΟΣ, Ο ΓΙΟΣ ΤΗΣ ΓΗΣ ΚΑΙ ΤΟΥ ΗΛΙΟΥ, τόμος ΙΙΙ «Ο έλεγχος»).

Από τα παραπάνω συμπεραίνουμε ότι ένας παγοκρύσταλλος σχηματίζεται πιο «δύσκολα» από ότι ένα υδροσταγονίδιο και ότι αν τον βάλουμε στο μικροσκόπιο θα βρούμε στον πυρήνα του ορυκτή σκόνη ή βιολογική ύλη. Πόσο αλλάζει την ειδυλλιακή εικόνα του πάλευκου αγνού χιονιού αυτή η διαπίστωση;  Η απάντηση, φίλοι μου, εξαρτάται από τη σκοπιά από την οποία βλέπουμε τα πράγματα. Αν προσεγγίσουμε τον έναστρο ουρανό και το χιόνι με την «καθαρή» επιστήμη, θα χάσουμε τη μαγεία τους, που κατά τη γνώμη μου ο άνθρωπος την έχει ανάγκη. Με το ίδιο σκεπτικό, αν ψάξουμε από καθαρά ιστορικής πλευράς τι ακριβώς συνέβη στη Βηθλεέμ πριν από 2.015 χρόνια, θα χάσουμε τη μαγεία των Χριστουγέννων.