Εξάκις εκατομμύρια χιονονιφάδες (ένα αριθμητικό ψηφίο ακολουθούμενο από 21 μηδενικά) έπεσαν από τον ουρανό αυτό τον χειμώνα και οι περισσότερες πλέον εξαφανίζονται καθώς πλησιάζει η άνοιξη. Ο Κένεθ Γ. Λίμπρεχτ, καθηγητής Φυσικής στο Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Καλιφόρνιας, εδώ και 25 χρόνια προσπαθεί να καταλάβει πώς μια τόσο απλή ουσία όπως το νερό μπορεί να παγώσει σε ένα τεράστιο πλήθος διαφορετικών σχημάτων. «Πώς σχηματίζονται οι χιονονιφάδες και πώς εμφανίζονται αυτές οι δομές κυριολεκτικά από το πουθενά, μέσα στον αέρα;» αναρωτήθηκε ο δρ Λίμπρεχτ κατά τη διάρκεια διαδικτυακής ομιλίας στις 23 Φεβρουαρίου στο Μουσείο Μπρους στο Γκρίνουιτς.
Ενας από τους ανθρώπους που ενθουσιάστηκαν με την έρευνα και τις φωτογραφίες του ήταν ο Νέιθαν Π. Μίρβολντ, πρώην επικεφαλής τεχνολογίας της Microsoft, ο οποίος έχει συμμετάσχει σε έργα από πάμπολλους επιστημονικούς κλάδους, συμπεριλαμβανομένων της παλαιοντολογίας, της μαγειρικής και της αστρονομίας. Ο δρ Μίρβολντ, δεινός φωτογράφος, γνώρισε για πρώτη φορά τον δρα Λίμπρεχτ την άνοιξη του 2018 και αποφάσισε ότι ήθελε να φωτογραφίσει τους περίπλοκους κατεψυγμένους κρυστάλλους. Ομως, τα πράγματα δεν ήταν τόσο απλά όσο πίστευε. «Αποδείχθηκε πολύ πιο περίπλοκο από ό,τι νόμιζα», είπε ο δρ Μίρβολντ: «Χρειάστηκαν 18 μήνες για να το στήσουμε το καταραμένο πράγμα».
Το «καταραμένο πράγμα» ήταν το φωτογραφικό σύστημα για την απεικόνιση χιονονιφάδων. Ηθελε να χρησιμοποιήσει τους καλύτερους ψηφιακούς αισθητήρες, οι οποίοι κατέγραφαν ένα εκατομμύριο εικονοστοιχεία. «Η πραγματική χιονονιφάδα είναι πολύ, πολύ εύθραυστη», δήλωσε ο δρ Μίρβολντ. «Είναι εξαιρετικά περίπλοκη, οπότε η κάμερα πρέπει να διαθέτει εξαιρετικά υψηλή ανάλυση». Ωστόσο, τέτοιου είδους αισθητήρες είναι πολύ μεγαλύτεροι σε σχέση με τις εικόνες που παράγονται. Αυτό σήμαινε ότι έπρεπε να βρει έναν τρόπο να «τεντώσει» την εικόνα για να γεμίσει τον αισθητήρα. Καθώς έψαχνε, ο δρ Μίρβολντ έφτιαξε μια προσαρμοσμένη οπτική διαδρομή, που αποδείχθηκε αποτελεσματική.
Στη συνέχεια, υπήρξε και το ζήτημα του περιβλήματος των οπτικών συσκευών. Αυτό είναι συνήθως κατασκευασμένο από μέταλλο, το οποίο όμως συστέλλεται και διαστέλλεται με τις θερμοκρασιακές μεταβολές και θα «χαλούσε όλο το μικροσκόπιο», κατά τον δρα Μίρβολντ. Ετσι, αντί για μέταλλο, χρησιμοποίησε ανθρακονήματα, τα οποία δεν επεκτείνονται ή συρρικνώνονται αισθητά ώστε να δημιουργήσουν πρόβλημα. Βρήκε επίσης ένα ειδικό LED για βιομηχανικές χρήσεις, που εξέπεμπε εκρήξεις φωτός όπως ένα τυπικό φλας φωτογραφικής μηχανής. Αυτό ελαχιστοποίησε τη θερμότητα που εκπέμπεται από το φλας, κάτι που μπορούσε να λιώσει τη χιονονιφάδα. Αλλος ένας σκόπελος: για να παρατηρηθεί στο μικροσκόπιο, το δείγμα τοποθετείται συνήθως σε γυάλινη πλάκα, αλλά το γυαλί διατηρεί τη θερμότητα και θα έλιωνε και τις νιφάδες. Για το λόγο αυτό, χρησιμοποίησε πλάκες από ζαφείρι, το οποίο ψύχεται ευκολότερα.
Οι νιφάδες χιονιού που πέφτουν τις περισσότερες φορές είναι σπάνια αυτό που θεωρούμε χιονονιφάδα. Μια χιονονιφάδα γεννιέται όταν ένα σταγονίδιο νερού παγώνει και σχηματίζεται ένας μικρός παγοκρύσταλλος. Στη συνέχεια, ο κρύσταλλος μεγαλώνει, απορροφώντας υδρατμούς από τον αέρα και άλλα κοντινά σταγονίδια που εξατμίζονται για να αναπληρώσουν τους απορροφημένους υδρατμούς. Το πόσο και πώς μεγαλώνει ο κρύσταλλος εξαρτάται από τη θερμοκρασία και την υγρασία. Οταν οι θερμοκρασίες είναι λίγο κάτω από το μηδέν, οι χιονονιφάδες είναι γενικά απλές εξαγωνικές πλάκες. Στους περίπου -6 βαθμούς Κελσίου, το επικρατέστερο σχήμα είναι οι εξαγωνικές στήλες. Μεταξύ -9,5 και -20,5 βαθμών είναι που συνήθως σχηματίζονται οι όμορφες χιονονιφάδες, όπου τα άκρα του εξάγωνου αναπτύσσονται σε κλαδιά. Στη συνέχεια, στα κλαδιά σχηματίζονται άλλα κλαδιά και μικρότερες εξαγωνικές πλάκες.
Για να βρει τις πιο όμορφες χιονονιφάδες, ο δρ Μίρβολντ και οι βοηθοί του μετέφεραν περίπου 450 κιλά εξοπλισμού στο Φέρμπανκς της Αλάσκας, στο Γελοουνάιφ στα καναδικά βορειοδυτικά εδάφη και στο Τίμινς του Οντάριο τον Φεβρουάριο του 2020. Ενα μήνα αργότερα, η πανδημία έβαλε σε καταστολή την προσπάθεια, ωστόσο ο δρ Μίρβολντ κατάφερε να τραβήξει αυτές που αποκάλεσε τις υψηλότερης ανάλυσης εικόνες χιονονιφάδων που έχουν ποτέ ληφθεί. Αυτός ο ισχυρισμός ενόχλησε άλλους παρατηρητές χιονονιφάδων, συμπεριλαμβανομένου του Καναδού φωτογράφου Ντον Κομαρέσκα, ο οποίος χρησιμοποιεί έναν πιο απλό εξοπλισμό, με μια ψηφιακή φωτογραφική μηχανή του εμπορίου με φακό για πολύ υψηλή εστίαση και κρατάει την κάμερα ενώ οι χιονονιφάδες πέφτουν πάνω στο μαύρο γάντι που του έχει δώσει η γιαγιά του. «Είναι απίστευτα απλοϊκό», είπε ο Κομαρέσκα, «είναι προσιτό για οποιονδήποτε με οποιαδήποτε κάμερα».
Ο Κομαρέσκα χαρακτήρισε το σύστημα του δρος Μίρβολντ «λίγο εξεζητημένο». Ο ίδιος ακολουθεί διαφορετική προσέγγιση στον φωτισμό, χρησιμοποιώντας το φως που ανακλάται από μια χιονονιφάδα, ενώ οι εικόνες του δρος Μίρβολντ κρατούν φως που τη διαπερνά. «Μπορείτε να δείτε την υφή της επιφάνειας και μερικές φορές χρώματα του ουράνιου τόξου στο κέντρο μιας χιονονιφάδας», είπε ο Κομαρέσκα.
Ως απάντηση στους ισχυρισμούς του δρος Μίρβολντ, ο Κομαρέσκα τράβηξε μια φωτογραφία που λέει ότι είχε ακόμη υψηλότερη ανάλυση. Ο δρ Μίρβολντ απάντησε εκτενώς, εξηγώντας γιατί οι εικόνες του ήταν, ωστόσο, πιο λεπτομερείς. Στην πράξη, οι εικόνες του δρος Μίρβολντ είναι πιο ευκρινείς όταν εκτυπώνονται σε χαρτί σε μεγάλα μεγέθη. Οι εικόνες του διατίθενται για αγορά σε μεγέθη έως και 2×1,5 μέτρα.