一片雪花的诞生

非木

从根本上来说，下雪和下雨一样，都是大气的一种降水现象。然而，普普通通的雨滴为什么会变成千差万别的雪花？冬日的天空里，为什么不是单纯落下冰冻的雨滴？

雪花的独特之处

雪花的特殊之处在于，它们并不是冻结的雨滴，而是由云层中的水蒸气凝结而成。形成雪花的云层，温度需要低于冰点，并且水分必须达到过饱和状态，也就是说，相对湿度要超过 100%，这时云层中多余的水分子才会凝结成晶体。

在结晶的过程中，还有一个不可或缺的成分——晶核。通常来说，晶核是花粉、灰尘以及各种飘浮在空气中的微小颗粒。当一个个水分子附着在这些颗粒周围，便一点点地生成了雪花的晶体。

一个水分子由两个氢原子和一个氧原子构成。氧原子带有负电荷，氢原子带有正电荷。多个水分子在彼此靠近时，会因正负电荷的吸引力而旋转配对，最终形成六边形的稳固结构。水分子的这种结合方式，决定了大多数雪晶都呈现出六边形结构。

雪花的形成过程

开端

所有雪花都是从在空气中飘浮的尘埃颗粒开始的。当水分子凝结在尘埃颗粒表面，就形成了微小的冰晶。

形成

当更多的水分子凝结，尘埃颗粒就长成六边形冰晶。根据条件的不同，不同的刻面以不同的速率生长。

发展

在冰晶的拐角处，伸出了6个“手臂”。当温度继续下降，雪花“手臂”的末端会进一步变细、变窄。

飘落

当雪花飘落时，周围空气的加热和冷却，都会让它以不同的方式生长和变化，形成不同的形状。

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冻雨、冰雹、霰，傻傻分不清

有时候，天空中真的会落下冰冻的雨滴，按照情形的不同，还可归为不同的天气现象。比如降落时是雨滴，落地后迅速结冰，就叫作“冻雨”。要是落地前已经凝结成冰，体积小的叫“冰珠”，体积大的叫“冰雹”。如果降落的是水滴和雪花的混合物，那么当水滴温度高于零摄氏度时，叫作“霙（yīng）”；当水滴温度低于零摄氏度时，叫作“霰”。霰通常出现在高纬度地区，如我国的吉林、黑龙江等地，有时会形成优美的雾凇。

千姿百态“六出花”

我国古人早就发现了雪花的六边形特征，并以“六出”作为雪花的代称。南北朝时，徐陵在《咏雪》诗中赞美：“三晨喜盈尺，六出儛崇花。”《太平御览》引用《韩诗外传》的语句：“凡草木花多五出，雪花独六出。”

古人观察到了雪花的美丽，却不知道那六出的独特造型从何而来。直到最近一百多年自然科学研究的突飞猛进，才揭开了雪花的面纱。

威尔逊·本特利从 1885年开始拍摄的几千幅显微照片，让人们认识到雪花形态的千差万别。1912年X射线衍射技术的出现，揭示出冰雪的六边形晶体结构。与此同时，水分子的 V 形结构和氢键的发现，加深了研究者们对于晶体结构的理解。

然而，研究者们仍然面临着一个棘手的问题：同样都是六边形的结构，为什么每一片雪花的形态都不一样呢？

云谲波诡生成路

20 世纪 30年代，日本物理学家中谷宇吉郎通过一系列科学实验，发现雪晶的形态与其形成过程中周围环境的温度和湿度密切相关。比如，在零下 2 攝氏度时，会出现薄板状晶体；到零下 5 摄氏度左右，细长的针状是主要形状；降至零下 15 摄氏度时，会出现又大又薄的板状晶体；而到了零下25 摄氏度以下，则主要生成短柱状晶体。他发现，在同等温度条件下，湿度较低时，晶体生长较慢，会出现简单的棱柱状晶体；而当湿度较大时，晶体生长速度加快，结构更复杂。

设计雪花的形状

树突状

最容易辨认的雪晶，名字来自它树枝状的外观。它很容易出现在你的衣袖上。生长的气温嘛，相当低，大约在零下 15 摄氏度。

柱状和针状

细长的柱子两端有圆锥形的空心区域。大约在零下 6 摄氏度生成。

带盖柱状

形状有点像线轴。它先在约零下 6 摄氏度形成柱子，然后在约零下 15 摄氏度长出末端的板。

蕨类树突

形状和树突状雪晶相似，但更大，“叶子”更多，而且有许多类似于蕨类植物分支的侧枝。

金刚石板

它是最小的雪晶，基本的冰晶形状是六棱柱。它在严寒的天气里最常见。

三角形

它通常很小，形状像截断的三角形。有时，6个角上还会发出“芽”来。

十二枝

如果两颗小小的六枝雪晶在半空中相遇、碰撞，它们可能会粘在一起，变成十二枝雪花。

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雪花形态的差别大到什么程度

单单从雪花的外形分类来看，就能窥见一斑。研究者们对于雪花的分类，最早是 41 种，随着时间的推移，逐渐增加到 60 种、70 种，最多时达到108种。21 世纪初，物理学家肯尼思·利布莱希特将雪花的分类精简到 35 种，并获得了广泛的认可。

在这 35 个类型中，绝大部分雪花的形态都是在六边形的基础上发展变化。即便是柱形雪花，也多是以六边形为基础的六角棱柱。

这些关于雪花的冷知识，你知道吗

世界上最小的雪花

最小的雪花，其晶体大小不超过人类头发丝的直径。它们又小又轻，通常悬浮在空气中，在阳光下像是闪闪发光的灰尘。因此，它们有一个美丽的名字——钻石尘。

钻石尘常见于极度寒冷的环境中，比如南极洲。

世界上最大的雪花

据吉尼斯世界纪录，最大的雪花发现于1887年1月28 日，地点是美国蒙大拿州的基奥堡。经测量，它有 38厘米宽、20 厘米厚。

有研究者认为，它可能是许多雪花的聚合体。而通常意义上的单晶体雪花，观测到的最大宽度约为 10 厘米（从一个尖端到另一个尖端的尺寸）。

雪花的下落速度

雪花下落的速度在每秒0.3 米至 1.8 米之间。相比之下，雨滴的平均下落速度约为每秒 9.8 米。雪花坠落得如此之慢，其主要原因是自身重量较轻，而表面积较大。此外，雪花常常会被卷入上升气流，因此，它们的坠落过程就更显得纷纷扬扬、飘忽不定。

雪花是透明的

如果撷取一片雪花，放到显微镜下观察，你会发现它其实是透明的。

然而，雪看上去却是白色的。那是因为光线经过了微小冰晶的多重反射，光谱中的每一种颜色都被均匀地分散出来。当传入人们的眼睛时，各种颜色的光又混合在一起，于是呈现出白色。

想象一下那水汽升腾、云谲波诡的云层，可以说，在每一个分子的位置上，温度和湿度都不尽相同。不计其数的水分子和微小晶核，又时时刻刻随风飘荡、四处翻飞，于是，温度和湿度的变化就会更加剧烈，而在晶体上，水分子积聚的位置就更加不可预测。没有任何两片雪花会在空中飘过同样的路线，也没有任何两片雪花会生成完全一样的形态。

理解了雪花的形成机制，科学家很快就在实验室中造出了世界上第一片人造雪花。

今天，科学家们已经可以轻松地在仪器上设定温度、湿度等参数，来制造某种特定形态的雪花，甚至还可以在计算机上建立数据模型，来生成模拟雪花。而这一切，正与前代科学家们的研究一脉相承。