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雪花为什么都是六边形的?如何通过雪花的形状判断气温?

 NGC1952 2018-12-30


雪花在古代有一个非常高雅的名字,玉尘。见过下雪的朋友都曾仔细观察过雪的形状,每一片雪花都像一件精心雕琢的艺术品,精美至极。

现在发现的雪花图案已经超过了2万多种,但这仅仅是一部分,还有更多的图案等待着我们的发现。即使是图案相同,也会有无数种千差万别的雪花,所以雪花就像树叶一样,每一片都是独一无二的。

事实上,在量子物理中,除了电子以外,世界上没有任何一样事物有完全相同的第二个,即使是水分子之间也完全不同。因为电子是最小的粒子,无法再分割,形成之始就完全相同,再形成其它物质时,总会有无数种可能。这样的解释可能有些牵强,但我们不可能将每一片雪花都检查个遍,那就只能从雪花的形成过程中寻找答案。

我们知道,雪花都是六边形的,给人的感觉很神奇,就像是人为操纵一般。其实这与冰晶(雪花)的分子结构有关,冰晶就是水分子的固体形态,冰晶的分子结构决定了它是六方晶体。事实上,不只冰晶,其他所有的晶体都有一个非常规则的结构。比如水晶,它虽然是二氧化硅的晶体,但同样具有六方晶体的性质。

在气候条件适宜的条件下,高空中的水分子会附着在任一尘埃上形成冰晶(这个原始冰晶就是六边形的),周围的水分子见有尘埃,就纷纷拥抱过来取暖。而六方晶体从对称的角度来看是具有四个轴的,其中三个辅轴在一个平面上,互相以六十度角相交;另一主轴与这三个辅轴组成的平面垂直。

当周围的水分子与冰晶结合时,最先遇到的是三个辅轴上的六个顶角,而不是主轴。这就使六个顶角越来越长,而主轴基本无变化。同时,顶角上还会出现各式各样的分支,同样以60度突出于顶角,这与周围的温度、湿度和云层的厚度有关。这样,一片精美的雪花就形成了。

我们还可以通过观察雪花的形状来判断气温的高低和湿度的大小,比如,气温在零摄氏度时,雪花一般为水平扩展的正六边形,也就是顶角之间无空隙;气温降到零下5摄氏度时,会出现针状的雪花;在零下10摄氏度时,开始生成侧面镂空的六棱柱体;零下15摄氏度时,就会形成树枝状的雪花。在下降的话,就会形成六棱柱体了。湿度越小,水分子结合的速度就越慢,进而不会形成形状较复杂的雪花,湿度越大,雪花的形状也就越复杂。

在极地地区,可以看到下落的雪并不是呈雪花状,而是标准的六棱柱体的冰晶。

很多人喜欢下雪,下雪时好像真个世界都安静了,雪使万物变得纯洁,人们的心灵也得到舒缓。但你可知道,雪并不是白色的!冰晶其实和水晶一样是无色不透明的,只是它反射光线的能力很强,把所有颜色的光都反射出去,由此就呈现出了白色。

再补充一点,雪的重水比例非常小,所以有很多药用价值,植物也能更好的吸收利用,所以才会有“冬天麦盖三层被,来年枕着馒头睡”这样的谚语。


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