Julio, 2025
De una u otra forma, los copos de nieve siguen fascinando por su simple complejidad. En este mes de julio, se cumplen 125 años del nacimiento de Ukichiro Nakaya, el físico japonés que inició los estudios modernos de la nieve en una cabaña aislada en el Monte Tokachi (Japón).
El estudio moderno de los copos de nieve debe mucho al físico japonés Ukichirō Nakaya. En la década de 1930, Nakaya recolectó y fotografió al microscopio más de 3 000 muestras de copos de nieve y las clasificó. El 4 de julio, en pleno tórrido verano, se cumplen 125 años de su nacimiento.
La nieve
Nakaya nació en la ciudad japonesa de Kaga en 1900 y se graduó en física en 1925 en Tokio. Tras hacer sus estudios de doctorado entre Tokio y Londres, obtuvo en 1930 una plaza de profesor en la Universidad Hokkaidō de Sapporo. En Londres se especializó en física nuclear, pero en la ciudad de Sapporo, donde la temperatura media en invierno estaba entre los 3 y los 6 grados bajo cero, y sin apenas medios para otra cosa, se dedicó al estudio de la nieve.
El sabio de la nieve
Nakaya empezó sus estudios de los copos de nieve en 1932. Durante los primeros años observaba y fotografiaba al microscopio copos naturales recogidos tanto en los alrededores de la universidad como en una cabaña instalada en el Monte Tokachi, donde la temperatura media en invierno rondaba los diez grados bajo cero, pudiendo llegar a -20 °C.
Siglos antes, en 1611, el astrónomo Johann Kepler había publicado un pequeño tratado sobre la forma hexagonal de los copos de nieve, y en 1653 el filósofo Descartes fue el primero en describirlos así:
Estas eran pequeñas placas de hielo, muy planas, muy pulidas, muy transparentes, gruesas como una hoja de papel algo gruesa, pero tan perfectamente formadas en hexágonos, con los seis lados tan rectos, y los seis ángulos tan iguales, que es imposible para el hombre hacer algo tan exacto.
Hoy sabemos que los copos de nieve son pequeños cristales de hielo de estructura hexagonal. Forman un hexágono porque el enlace de los dos átomos de hidrógeno con el átomo de oxígeno del agua (H₂O) es de 106 grados, y ese ángulo es muy próximo a los 120 que forman dos lados de un hexágono. Así que, al congelarse, el agua tiende a formar cristales hexagonales.
Esta estructura subyace en todos los copos de nieve. Pero no son todos iguales: forman diferentes dibujos al crecer. Y en su aislamiento en la cabaña del Monte Tokachi, Ukichirō Nakaya logró clasificarlos según sus formas.
Una cámara para fotografiar nieve
Para entender estas formas necesitaba hacer crecer los copos de forma controlada. Ukichirō construyó una cámara en la que controlaba la temperatura, la humedad y el flujo de aire. Pero era necesario obtener una semilla a partir de la cual pueda crecer el cristal.
Tras años de pruebas y decepciones, encontró la semilla que necesitaba, y fue gracias a la punta de un pelo de conejo del abrigo de un colaborador. El agua se congelaba en torno a la punta y formaba lentamente los copos. Así, el 12 de marzo de 1936 Nakaya obtuvo los primeros copos de nieve artificiales. A partir de ahí descubrió que la temperatura y la humedad determinan conjuntamente el tipo de copo que se forma.
Resumió sus hallazgos en un diagrama que lleva su nombre. El diagrama morfológico de Nakaya predice la forma de un copo de nieve en función de la temperatura y la humedad del aire en que se ha formado. En un ambiente muy seco se tienden a formar cristales prismáticos sencillos con la simetría hexagonal de los cristales de hielo. Ello se debe a que el crecimiento es lento, y las caras del cristal se rellenan por completo.
Las estructuras ramificadas con dendritas, las que más llaman nuestra atención, se obtienen cuando la humedad es alta y el crecimiento, más rápido.
El papel de la temperatura es más complejo: por encima de -3,5 °C se forman placas, a temperaturas más bajas, entre -3,5 °C y -10 °C, surgen columnas. Bajando más la temperatura aparecen de nuevo placas y, por último, por debajo de los -22 °C se mezclan placas y columnas.
Los copos de nieve se forman en la atmósfera cuando el vapor de agua se condensa en torno a pequeñas partículas de polvo. Se produce un pequeño cristal de hielo que es el comienzo de la historia. A medida que el copo crece, va cayendo y pasando por zonas con distinta temperatura y distintos grados de humedad. Se van sucediendo así episodios de crecimiento más rápido con otros más lentos, lo que confiere a cada copo una forma única.
Cuando llega al suelo, el copo lleva grabada su historia en su forma. Nakaya lo expresó así en una película científica que él mismo realizó:
Un cristal de nieve es una carta enviada desde lo más alto del cielo.
Escuchar al hielo
Nakaya dedicó el resto de su vida al estudio de la nieve y el hielo, tanto en el laboratorio como en plena naturaleza, viajando por todo el mundo a los lugares más recónditos. Tras la Segunda Guerra Mundial trabajó para un laboratorio del Ejército de EE. UU. estudiando las nieves de las cimas de Hawái. Sus últimas investigaciones le llevaron a Groenlandia, donde participó en las primeras extracciones de hielo permanente para el estudio de los cambios climáticos del pasado.
Según su hija Fujiko Nakaya, artista gráfica que utiliza el hielo y la niebla en sus creaciones, Nakaya siempre decía que había que ser humilde, entregarse a la naturaleza para que la naturaleza hable: “Para entender al hielo, tienes que escuchar al hielo”.
Estudios en la actualidad
Los copos de nieve siguen siendo objeto de estudio en la actualidad. Se trata de desentrañar el proceso de crecimiento de forma detallada y los algoritmos emulan su formación.
Algunos de estos algoritmos explotan una mera analogía. No se construyen a partir de un modelo físico de crecimiento de los cristales, sino que siguen una serie de reglas sencillas. Este es el caso del fractal de Koch. Otros intentan simular realmente los mecanismos físicos que determinan el crecimiento de los cristales. Un ejemplo de este tipo de algoritmo es el uso de la “Dinámica Molecular”.
De una u otra forma, los copos de nieve siguen fascinando por su simple complejidad.
Ukichirō Nakaya murió en 1962 en su Japón natal. En estos días de verano, 125 años después de su nacimiento, recordamos al sabio de la nieve. 
