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保護(hù)地友好博物群

下雪的日子，當(dāng)你穿著深色的外套時(shí)就非常容易觀察到一朵完整的雪花。它是什么形狀的呢，為什么有人說下雪的時(shí)候沒看到有“花”，今天就來說說關(guān)于雪花。

印象里的雪花是六邊形，有枝叉并且極其對(duì)稱的花樣。但實(shí)際上雪花的形狀非常多，據(jù)統(tǒng)計(jì)，雪花的形態(tài)大類上就約有39種類型。下面是常見的幾種雪花出現(xiàn)的溫濕條件。

圖片來自網(wǎng)

 

星形樹枝狀

這是最常見的雪花，中間星形周圍樹枝狀，通常我們說雪花說的就是這種雪花了，出現(xiàn)在大約-15℃的時(shí)候。在中國(guó)北方的城市非常容易觀察到這種雪花。

柱狀和針形

當(dāng)溫度在-6℃左右時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)柱狀晶體，它們很常見，這就是為什么我們有很多時(shí)候都看不到六邊形的雪花。然而，這種雪花很小，很容易被錯(cuò)過。

帶帽柱形

這種雪花并不常見，但如果你主動(dòng)去尋找，實(shí)際上還是很容易找到的。它的樣子就像軸上的兩個(gè)輪子，或者一個(gè)空的線軸。多重帽柱在內(nèi)外兩個(gè)帽之間有額外的“板”。

這個(gè)雪花的形成需要溫度的變化，首先在大約-6℃時(shí)形成一個(gè)柱，然后在柱的末端生長(zhǎng)板（大約-15℃），沒錯(cuò)，想必大家已經(jīng)看出來了，這個(gè)雪花就相當(dāng)于是上面兩種雪花形成條件的一個(gè)組合體。

蕨類星形樹枝狀

這個(gè)雪花很像上面說的第一類雪花的樣子，但它更大、有長(zhǎng)長(zhǎng)的類似蕨類植物枝條的側(cè)枝。如果你仔細(xì)觀察，你會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)分支大多與相鄰的分支平行。你也會(huì)看到這些晶體并不是完全對(duì)稱的。一只臂上的分支與另一只臂的分支并不相同。

這些也是最大的雪晶體，有記錄發(fā)現(xiàn)有直徑高達(dá)5毫米的標(biāo)本。

冰晶塵埃

這些微小的雪晶在陽(yáng)光下看起來像是閃閃發(fā)光的灰塵，它們是最小的雪晶；許多都不大于一根頭發(fā)的直徑。它們最常見于嚴(yán)寒的天氣。

冰晶的基本形狀是由晶體表面控制的六棱柱。這種雪花幾乎是既完美又簡(jiǎn)單六角棱鏡。

三角形

這些不尋常的雪晶體通常很小，形狀像截?cái)嗟娜切巍Ｓ袝r(shí)，樹枝從六個(gè)角冒出來，形成一種特別的對(duì)稱形。

十二枝雪花

如果兩個(gè)小的六支雪花晶體在半空中碰撞，它們可能會(huì)粘在一起，長(zhǎng)成十二支雪花。你可能會(huì)認(rèn)為這樣理想的碰撞是罕見的，但如果你經(jīng)常觀察就會(huì)發(fā)現(xiàn)，十二分支實(shí)際上并不難找到。

“霧凇”雪花和霰

雪花晶體生長(zhǎng)在由水滴組成的云層中。雪晶通常會(huì)與一些水滴碰撞，這些水滴會(huì)凍結(jié)在上面，形成一個(gè)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)?；蛘咝纬蓡为?dú)的白色近球形的顆?！?。

除了上面提到的一些形狀外，還有很多不同尋常的雪花，在不同溫濕條件下組合成不同的形狀。

雪花是如何形成的？

雪花的形狀為什么如此復(fù)雜、對(duì)稱？沒有藍(lán)圖或遺傳密碼可以指導(dǎo)雪花的生長(zhǎng)。然而，它們卻以驚人的華麗、對(duì)稱的形狀出現(xiàn)。雪花的生長(zhǎng)取決于水分子如何在生長(zhǎng)中的晶體周圍的空氣中擴(kuò)散，也取決于水分子如何粘附在冰面上。星枝狀的雪晶體開始形成一個(gè)小的六邊形板，當(dāng)晶體變大時(shí)，樹枝從六個(gè)角發(fā)芽。當(dāng)雪花在云層中翻滾時(shí)，它會(huì)經(jīng)歷著不斷變化的溫度和濕度，每一次變化都會(huì)使手臂的生長(zhǎng)有點(diǎn)不同。

最終雪晶的確切形狀取決于它穿過云層的精確路徑。但這六只手臂都走了同一條路，因此每只手臂都在同一時(shí)間經(jīng)歷了同樣的變化。因此，六條手臂同步生長(zhǎng)，形成復(fù)雜而對(duì)稱的形狀。但是，由于沒有兩個(gè)雪晶在降落時(shí)沿著完全相同的路徑穿過云層，所以沒有兩個(gè)完全一樣的雪花。

圖片來自：pixels

雪晶體的生長(zhǎng)方式在很大程度上取決于云中的溫度和濕度。在上面雪花生長(zhǎng)史圖中我們可以看到，最大、最上鏡的雪晶體只在-15攝氏度左右的狹窄溫度范圍內(nèi)生長(zhǎng)。針和柱最容易在-6攝氏度左右找到。當(dāng)溫度隨著晶體的生長(zhǎng)而變化時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)帶帽柱。有一點(diǎn)需要指出的是，這些是云層中的溫度；地面上的溫度通常要高得多。你還可以看到，當(dāng)濕度高時(shí)，會(huì)生長(zhǎng)出更精細(xì)的晶體。當(dāng)濕度低（或晶體很?。r(shí)，就會(huì)出現(xiàn)簡(jiǎn)單的棱鏡體。

雪晶體為什么會(huì)以這種方式生長(zhǎng)仍然是一個(gè)懸而未決的科學(xué)難題。雪花的生長(zhǎng)行為取決于晶體表面的分子結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)，而這一切都是如此復(fù)雜，盡管科學(xué)在理解宇宙秘密方面取得了巨大進(jìn)展，但在這些非凡的冰結(jié)構(gòu)中仍然存在一些神秘之處。

不對(duì)稱才是常態(tài)

雪晶的六個(gè)臂都是獨(dú)立生長(zhǎng)的。但由于它們?cè)谙嗤碾S機(jī)變化條件下生長(zhǎng)，所有六種最終都有相似的形狀。沒有一種神秘的力量——量子力學(xué)、聲學(xué)或你可能聽說過的任何其他力量——可以在臂之間提供通信，來確保它們都長(zhǎng)得一樣?，F(xiàn)在，可以非常確定地說，絕大多數(shù)雪晶都不是很對(duì)稱。不要被圖片所迷惑——不規(guī)則晶體是迄今為止最常見的類型。下次下雪的時(shí)候自己找找看，近乎完美、對(duì)稱的雪晶看起來很有趣，也受到攝影師的追捧，但它們并不常見。

注：除特別標(biāo)注外，圖片均來自snowcrystals及PBS