讲解员:雪花

冬天来了，也许还会下一点季节性的雪。但随着气温下降，早晨变得寒冷，值得仔细观察当水结冰并从空中坠落时发生了什么。

雪花是如何形成的?

两个词:过冷而且过饱和．空气需要两者才能形成雪花。这是一个微妙的过程，如果出现问题，就会出现冰雹、雨夹雪或霰。

根据温度的不同，空气可以容纳一定数量的气态水——温度越高，空气中的水蒸气就越多。当温度下降时，水不一定会立即凝结(形成液滴)或沉积(形成固体颗粒);相反，空气的相对湿度可以达到100%以上，变得过饱和。

水只有在有动机的情况下才会在0°C结冰。冷却水的容器表面的微小凸起，或过饱和空气中的灰尘颗粒，通常都能提供足够的推力。如果这种情况没有发生，水就会变成过冷的——保持液态，远低于冰点。当过冷的液态水受到干扰时，它会立即结冰，在过饱和的空气中，就会形成雪花。

虽然这些情况似乎不太可能经常发生，但幸运的是，它们经常发生在我们称为云的天空中漂浮的巨大气溶胶堆中。在雪云内部，过冷水围绕着一个尘埃粒子结冰，形成了第一个微小的雪晶体。然后它从周围过饱和的空气中吸收更多的水，结晶成复杂的形状。

雪、雾凇、霰、冰雹和雨夹雪有什么区别?

当水滴结冰在物体表面时，雾凇就形成了。这通常发生在地面上，但每一个固体表面都能吸引雾凇，甚至雪花。当雪花上形成大量的雾凇时，它们会粘在一起，然后像泥状物一样从天上掉下来。这种状态被称为霰，这个名字就像站在雨点般的物质中一样令人愉悦。

另一方面，冰雹和雨夹雪是坚硬的不规则冰球，与复杂的六角雪花结构截然不同。冰雹通常出现在温暖的雷暴天气，而雨夹雪则是寒冷天气的现象。冰雹和雨夹雪最初都是水滴，当接触到零度以下的云层时突然冻结，不过雨夹雪也可能是雪融化后重新冻结。

为什么雪花总是六面?

1611年，德国天文学家约翰内斯·开普勒提出，由于晶体的堆叠方式，组成晶体的一些基本单位会形成一个六边形。他的想法当然是正确的，尽管又过了200年，人们才发现物质是由原子和分子构成的。水分子在冰中的简单六边形排列就是雪花有六个面的原因。

六个晶体面反映了这种分子几何结构。这是因为一些晶体表面有大量的自由键来附着更多的分子，因此比那些光滑的和已经饱和的键生长得更快。

等待。我的圣诞树上有一片五边形的雪花……

对不起，是圣诞装饰五角或者八角形雪花可以被视为科学垃圾——它们根本不存在。然而，并不是所有的雪花都是六边形的。三角形的雪花一开始是六边形，但生长中的晶体周围的气流使交替的面变长，并使其他三个面变短，直到晶体变成三角形。当两片六角形的薄片粘在一起并长成一个晶体时，你甚至可以得到12个分支的晶体。

为什么雪花不像六角形的棱镜?

日本物理学家Ukichiro Nakaya是第一个发现雪花形状如何讲述它的形成故事的人。1930年，他得到了一个很有前途的研究职位，但当他到达时，他发现大学没有钱购买他在x光研究中所需的任何设备。该地区在实验设备方面的不足，用无限量的雪来弥补。他开始研究这些晶体，并制作了第一批人造薄片，这些薄片生长在每根兔子毛的顶端。

每一片雪花一开始是六边形棱镜它可以像六面硬币一样又短又平，也可以像铅笔一样又长又细。最终，六边形开始分叉，因为它的角向冷空气中伸出得更多一些，水分子等待着冻结在附着在它们上面的东西上，使它们比结构的其他部分生长得更快。分支是最终控制雪花复杂形状的因素。

为什么每一片雪花看起来都不一样?

在整个生成周期中，雪花暴露在不同的温度和湿度下。由于晶体的生长对环境中最细微的变化都很敏感，因此找到两片完全相同的天然雪花的可能性非常小。(在条件可以精确控制的实验室里，科学家们成功地进行了生长同卵双胞胎雪花．)

然而，人们渴望在混乱中找到规律，这意味着对雪花进行分类的传统由来已久。1675年，德国医生弗里德里希·马丁斯将雪花分为24种。1832年，这个数字已经增长到86种，由日本大名Doi Toshitsura描述。其他更近期的分类列出了更多。据最新统计，有超过100种类型——包括众所周知的恒星树突，也有更不寻常的子弹状莲座或顶柱。

根据Nakaya的研究，最大的——可以说是最漂亮的——树枝状雪花生长在- 15°C左右非常潮湿的云层中。

我怎样才能做出自己完美的雪花呢?

你要么像中谷一样需要很大的耐心——他在第一次尝试三年后成功地生产出了第一片人造雪花——要么几千英镑的设备．一台4000英镑的制冷系统和大约1500英镑的温度控制器是最低限度的，如果你想看到和拍摄你的雪花，一台高质量的显微镜和相机系统也会派上用场。加上扎实的物理知识，这是加州理工学院的研究人员如何肯尼斯·利制作雪花，他甚至还种了一个直径超过1厘米的．

然而，librecht也一样发明了一种让每个人都可以在家尝试的方法，虽然它只给你树突，而不是真正的雪花。

如果你有幸生活在一个经常下雪的地方，为什么不试着保护你最喜欢的雪花呢?你所需要的只是一些玻璃显微镜载玻片，液体强力胶，一个小画笔和一些深色纸板或布。确保所有物品都预先冷却至0°C以下，无论是在冷冻室还是室外。然后把纸板或布铺好，等待。

一旦你在布上发现了一个漂亮的标本，用刷子小心地把它捡起来。把它放在载玻片上，加一滴强力胶，并在上面盖上一层。把整个东西放在冰箱里(如果够冷的话也可以放在室外)，直到强力胶干了，这至少需要两天的时间。之后，你的雪花可以在室温下保存，作为你收藏的第一部分。