奥妙无穷的雪花

奥妙无穷的雪花

雪花的形状

六棱柱状雪花。这是雪晶的最基本形态，类似这样的雪晶个头儿通常很小，很难用肉眼进行观察。六棱柱状雪晶是绝大多数雪花开始时的样子，随后长出“枝杈”并形成更为精巧的结构。

普通棱柱状雪花。这种形状的雪花与六棱柱状雪花较为相似，不同的是，它的面装饰着各种各样的凹痕和褶皱。

星盘状雪花。这种薄薄的星盘状雪晶拥有6条宽大的“枝干”，形成与星星类似的形状。它的面经常装饰着极为精细的对称性花纹，在气温接近-2℃或者接近-15℃时形成，是一种比较常见的雪花形态。

扇盘状雪花。这也是一种星盘状雪晶，所不同的是在邻近的棱柱面之间长有独特的脊，指向边角。

星状松针雪花。这种外形的雪晶个头儿很大，直径通常可达到2～4毫米，很容易用肉眼观察到。它们是所有雪晶类型中最受欢迎的，我们能够在各种各样的假日装饰物上看到它们的身影。

星状蕨草雪花。树枝星状雪晶的枝干生有大量边枝，看起来很像蕨类植物。它们是所有雪晶中个头儿最大的，直径通常可达到5毫米或者更大。尽管是个“大块头”，但它们仍是单一的冰晶，由水分子首尾相连而成。滑雪时飞向膝盖的粉末状雪就是由这种雪晶构成的，它们通常很薄很轻，能够形成一个低密度积雪场。

空心柱状雪花。这种雪花是一个六角形柱体，两端呈锥状中空结构。个头儿很小，需要使用放大镜才能看到空心区。

针状雪花。针状雪晶是一种身材“苗条”的柱体，在大约-5℃时形成。如果飘落在袖子上，你很有可能将它们误认为是白头发。当温度发生变化时，雪晶形状便会从薄而扁平的盘状变成细长的针状，这也是它们最为奇妙的地方。迄今为止，科学家仍无法解释为何会出现这种变化。

冠柱状雪花。这种雪晶首先长成短而粗的柱状，而后被吹进云层的一个区域并在那里变成盘状。最后，两个薄薄的盘状晶体在一个冰柱的两端生长，形成冠柱状。

12条枝杈雪花。这种雪花实际是由两片雪花组合而成的，其中一片相对另一片进行30度旋转。类似这样的雪花非常罕见。

三角晶状雪花。在温度接近-2℃时，雪盘生长成被截去尖角的三角形，此时，这种雪晶就形成了。三角晶状雪晶同样非常罕见。

霜晶状雪花。云由无数小水滴构成，有时候，这些小水滴与雪晶发生碰撞并粘在一起，这种冻结的水滴就被称为霜。

为何没有相同的雪花

雪花的结构形状取决于晶体迅速穿越高空大气层时经历的温度、水汽及气流的变化。雪晶总是对称的，因为云层中的环境虽说在不断变化，但这些变化始终是对称地同时作用于晶体的6条边的。形成一颗雪晶需要大约15分钟。

产生雪晶的云层温度必须在-15.5～-10℃之间，云中必须充满稠密的水蒸气。因为大量水蒸气的存在，为晶体提供了丰富的可加工原料，同时也提供了构制各种复杂图案的可能性。

晶体长大到重量足以使它穿越云层下的气流时，以每秒钟约3000米的速度悠然飘向地面。如果近地面的温度高于32℃，雪晶化成雨水降落；如果温度恰好比32℃略低，晶体在飘落的途中就与另一些晶体结合在一块儿形成雪花落下。当雪晶飘落时，如果云层下有上升的气流盘旋，晶体就一会儿上升，一会儿下降，黏结成越来越大的冰块，直至重量增大到足以克服上升的气流时，就以冰雹的形式下落到地面。

首次进行对雪花的研究

几个世纪以来，雪花之谜一直困扰着科学家。为什么会有如此多种形态各异的雪花：六枝型的、六边形的以及在南极地区常见的细柱状雪花等？为何没有两片一样的雪花呢？

关于雪花的科学研究一直吸引着科学家们，其中就有17世纪的德国数学家开普勒。

在他的论文《关于六角雪花》中，开普勒就开始思考雪花晶体为什么会呈现奇特的六角几何形状。进一步揭开雪花结构之谜的是法国哲学家、数学家笛卡儿和英国科学家胡克，后者第一次在显微镜下看清了雪花晶体的模样。

只是到了近100年，研究者才应用X射线技术探明了冰晶的化学结构。研究表明，雪花中的水分子由微小的六角形晶格组合而成。专家认为，雪花生长的摇篮是云层中的微小尘粒，它为水蒸气凝结成小水滴并冻结提供了一个基础，慢慢地不断聚集的水蒸气形成规则的冰晶图案。

雪花形成实验

20世纪30年代，一位日本核物理学家第一个弄清了雪花是如何形成的，他在自己的实验里培植出了雪花。他稍稍改变实验室的空气温度，生成的雪花的形状就会发生剧烈的变化：柱形、扇形、空针形、树突形，薄的、厚的……而当温度变化不大时，改变雪花的生成速率也就改变了其形状：快速生成意味着长出“花枝”，慢速生成意味着生成六面形。

当一片雪花在云层中随风飘荡的时候，它会遇到冷空气或热空气，但雪花的每一朵花枝则会经历同样顺序的气温及各种外在因素的变化，所以即使雪花形态各异，但6个花枝对称的特性被严格地保持了下来。所以，每一个雪花都有自己独特地经历不同温度的历史，它将会以独特的结构和形状降落到大地上。

雪花落地有声音吗

美国物理学家劳伦斯·克鲁姆对落雪声音进行了长时间研究，他发现，雪花落到水面上时，其声响是长而尖的，这种声响的频率太高了，致使人类的耳朵几乎不可能觉察到，就连潜水艇的声呐也听不到它。但是这种声响对于海豚来说，简直就是“震耳欲聋”，这些动物听到的结果就像人类听到刹车时轮胎发出的尖锐刺耳的声音一样。

科学家解释说，雪花落入水中时，雪花内的空气就变成了气泡。水表面的张力与气泡表面张力相互“较劲”的结果就产生了频率为50～200千赫的声响，许多水下动物可以听到这一频段的声响。而人类可以听到的声音却在20千赫以下，所以无从察觉。

雪花制造的“噪音”不仅让水下动物“心烦”，对渔业及海洋生物的跟踪观测也是干扰。例如，美国的渔业生物学家们每年秋季都要监测大马哈鱼洄游的行动。但雪花的声音常常干扰观测，无法准确统计大马哈鱼的数量，所以人们不得不在大雪时关闭所有监测系统。看来，雪花中真是蕴含着无数的奥秘，在等待着人们去解读。

在线小知识

美国加州理工学院的肯尼斯·里市瑞特用电实现雪花的生成。把一根电线放入冷藏室，“我们给电线通上约1000伏的电压，如同变魔术，就可以得到一根根冰针。当电压被降下来时，在冰针的尾部就形成标准的晶体，有点像艺术创作”。