Os flocos de neve são intrincados, belos e misteriosos.
Cada floco é único e complexo. Apesar de pequenos, eles contêm em si leis e forças universais que explicam como nosso universo funciona, desde o que há de menor até as galáxias do cosmos.
Vamos começar explicando o que exatamente é um floco de neve — ou, para ser mais preciso, um cristal de neve.
Viagem pelas nuvens
Um cristal de neve se forma nas nuvens quando o vapor de água encontra pequenas partículas de poeira ou pólen.
Isso leva à formação do seu pequeno núcleo hexagonal. Suas extremidades se destacam e são ásperas, o que atrai moléculas de água que, por sua vez, atraem mais moléculas de água. Essas moléculas formam os ramos do floco de neve.
A forma e o tamanho desses ramos dependem da temperatura e umidade exatas que o cristal de neve encontra durante sua jornada pelas nuvens, influenciado pela força da gravidade.
"Cada floco segue um caminho ligeiramente diferente, por isso não existem dois flocos de neve iguais", explica o professor de física e apresentador da BBC Brian Cox, no vídeo What snowflakes tell us about our Universe" (O que os flocos de neve nos dizem sobre nosso Universo).
Quando um floco de neve chega até você, ele fez sua própria e única jornada para alcançá-lo, antes de derreter em questão de momentos.
Teoria de Kepler
Em 1611, numa manhã gelada de janeiro em Praga, um floco de neve pousou na manga do casaco do matemático Johannes Kepler.
Esse evento aparentemente trivial para a maioria das pessoas comuns o levou a refletir: "Por que os flocos de neve têm seis lados?", questionou-se.
O matemático concluiu que esse padrão hexagonal era a forma mais eficiente de utilizar o espaço, seja em um favo de mel em uma colmeia, em uma pilha de balas de canhão, ou num delicado e efêmero floco de neve.
Foram necessários 400 anos para que a teoria dele fosse comprovada.
O que ele não sabia naquela época é que cada molécula de água (H2O) é composta por dois átomos de hidrogênio e um átomo de oxigênio.
À medida que as moléculas de água se agrupam durante o congelamento, o ângulo formado entre os átomos de hidrogênio é sempre aproximadamente 105°, e é isso que nos dá os seis lados.
O centro do floco de neve é sempre hexagonal, mas pode crescer em diversas formas diferentes e extraordinárias.
Simetria, gravidade e eletromagnetismo
Os flocos de neve são todos radialmente simétricos. Isso significa que você pode dividi-los em porções idênticas, assim como ao cortar um bolo.
"As conchas, as flores, as estrelas-do-mar e até mesmo as galáxias espirais, como a Via Láctea, compartilham esse tipo de simetria", comenta Cox.
Cada floco de neve é um microcosmo das leis da física.
Para começar, eles não são realmente brancos, mas sim transparentes. No entanto, devido às suas muitas extremidades, que dispersam a luz, isso faz com que eles pareçam brancos.
Eles também caem em direção ao solo. Mesmo que, em sua descida, fiquem presos em correntes de ar turbulentas, causando uma sequência mais complexa de flutuações e giros, os flocos de neve caem seguindo as leis universais da gravidade.
O eletromagnetismo determina sua forma: à medida que as moléculas de água congelam e formam cristais de gelo, elas adquirem uma carga elétrica que cria um campo magnético ao redor de cada cristal.
E é a interação entre os campos magnéticos dos cristais adjacentes que influencia o crescimento e a agregação dos flocos.
E há a simetria que mencionamos anteriormente.
Em última análise, é semelhante ao que ocorre com as estrelas, os sistemas solares, os planetas e nós mesmos: ao examinar detalhadamente um floco de neve, você pode ler sua história única, mas também entender como um microcosmo que contém as leis universais da física.
*Este artigo é baseado no vídeo "What snowflakes tell us about our Universe" (O que os flocos de neve nos dizem sobre nosso Universo), produzido pela BBC em parceria com The Royal Society, realizado por Studio Panda e Sam Pierpoint.