雪花的故事

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 雪花的故事 作者：王奉安 来源：《百科知识》2012 年第 01 期 有这样一条谜语，谜面是：“青石靠青台，花在石上开，是花都有叶，你往无叶上猜。” 这条谜语是打一冬天里的自然现象，谜底就是雪花。 雪，不仅为大自然增添了色彩，对农业生产还有大益处。常言道：“瑞雪兆丰年。”古人喜 欢赏雪吟诗，历史上有许多对雪景的生动描写。比如，高骈的“六出飞花入户时，坐看青竹变 琼枝”，岑参的“忽如一夜春风来，千树万树梨花开”，等等，都流传久广、脍炙人口。 雪花的微观世界 古代诗人对雪景的描写尽管细腻。但他们描写的都是宏观世界，对雪花的微观世界所知甚 少。如果在飘雪的时候，你在室外用放大镜观察落在深色衣服上的雪花就会发现，雪花的基本 形状是六角形的，它和自然界中生长的植物的花朵很不同，自然界中生长的花大都是 5 瓣的。 西汉时有一本叫《韩诗外传》的书，作者韩婴对雪花倒是观察入微，他在书中写道：“凡草木 花多五出。雪花独六出。” 雪花不仅是 6 个“瓣”，更有趣的是，每个雪花都有自己的模样，谁和谁都不会完全相同。 但不管雪花的形状如何千变万化，它们的基本形状始终离不开“六”字：有的像匠心雕刻的六边 形，有的像放射光芒的六角形，有的像有六条主脉纵横交织的蛛网……这是为什么呢? 云层是孕育雪花的地方，雪花就是由云中的水汽在冰晶上不断凝华而成的。由于这个冰晶 本身就具有六角形结构，叫做“六方晶系”，所以，形成的雪花也是六角形的。晶核生长的形状 大体有 3 种趋势：长而细的六棱柱形晶柱、两头尖尖有如一根针的晶针和很薄的六边形晶片。 如果它们周围的水汽浓度较低，冰晶的增长缓慢，而且各边均匀增长；如果周围水汽浓度较 大，那么增长过程中形成雪花的冰晶不仅体积会增大，形状也会改变，最常见的就是天空中飘 落的六边形雪花。为什么雪花都倾向于六边形呢?原来冰晶增长时要消耗附近的水汽，所以， 越靠近冰晶的地方水汽越稀薄，稍远处的水汽自然过来补充。它们首先遇到的就是正在向前伸 展的尖角，于是，各个尖角迅速加长，逐渐成为树枝状。由于同样原因，这些“树枝”上又长出 新小枝权，周而复始就形成了我们所见到的六边彤雪花。形成雪花之前的冰晶受周围环境的影 响，位于底面上的正六边形和侧面长方体的晶体生长速度出现差异.形状也相应发生变化，比 如气温会给结晶表面带来微妙变化，接近 0℃时底面水平扩展成六边形，5℃时形成针状，气 温降到 5～ 10℃时。侧面上开始生成正六棱柱体及侧面镂空的六棱柱体， 15℃时形成树枝 状，在气温降至 10～ 21℃时，正六边形又开始扩展，继而再生成六棱柱体。 龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 周围水汽含量较少时，雪花的生成过程也较慢，而且不易出现复杂形状。相反，水汽含量 越大，雪花的生成速度越快，形状也越复杂。被人们称作“雪花”的树枝状雪晶往往生成于 15℃ 左右、含有大量水汽的环境中。尽管晶体的形成速度取决于温度及水汽浓度，但空气中的其他 气体也会影响它的形成。实验表明，在只有水汽的真空空间里形成的冰晶几乎都有单三棱柱 体，而在天空中形成的晶体则呈现针状和六棱柱形状。经过计算机计算可以再现冰晶向 6 个方 向延伸的形状，而冰晶中途分叉、呈现树枝状的原因。人们始终无法解释。雪花美妙无比的点 对称的分枝方式，其产生机理，至今仍是一个谜。根据科研上的需要，国际水文科学协会的冰 雪委员会把雪花归类为片状、星状、柱状、针状、立体枝状、柱帽状和不规则形状共 7 种形 状。 钟情霄花的人 为了研究这种“元叶的花”，许多人做出了巨大贡献，乃至献出了毕生精力。 1260 年，澳大利亚人麦格钠斯第一个将雪花记于书中。他认为，雪花是星状的，但没有 指出它们是六角状。1611 年，克普拉在欧洲写了一本关于雪花的书，明确指出，雪花是六角 形的；但他没有很好地解释雪花为什么是六角形的。1635 年，笛卡尔观测了雪花，并绘制了 一些草图，强调雪花的六角形规律性。1660 年，巴塞列纳斯出版了雪花素描图，第一次指出 雪花有晶状分枝，还讨论了晶体的几何结构。17 世纪后半叶显微镜的发明，促进了欧洲有关 雪花晶体的研究。1665 年，霍克在斯匹茨卑根与格陵兰间航海时，将雪晶形状与气象条件首 次联系起来。1681 年，意大利牧师罗赛铁试对雪花分类，并对一个六角棱雪晶做了细致的描 述。1833 年，日本人土井利发表《雪花图说》，这本书包含 86 个雪晶细节素描。1840 年，他 又出版了《续雪花图说》，书中有 97 个素描。 到 19 世纪后半叶，欧洲因为有了放大技术，对雪晶的研究又进一步广泛起来，诺顿司开 特及海尔曼拍摄了许多雪晶照片，将雪晶分为片状、柱状及片柱混合状。1885 年，美国的威 尔逊花了极大精力拍摄了 1 万多张雪花照片，50 年后，他挑选了 2000 幅各不相同的、好看的 雪花图案，编成非常壮观的《雪花图谱》。他对赞叹不已的人们说：“上天降落到我手中的雪 花是极少部分。”雪花专家西逊则断言：“在地球表面，没有两片大小、形状完全相同的雪 花。” 20 世纪初，对冰雪做过专项研究的日本物理学家中谷宇吉郎博士曾把雪比做“来自天空的 信使”，并查明千差万别的雪的结晶形式取决于高空气温高低和水汽的多少。 雪花焉能“大如席” “燕山雪花大如席，片片吹落轩辕台”是诗人李白描写雪花的名句。燕山在今河北蓟县东 南，在诗中用采泛指我国北方。轩辕台遗址在今河北怀来县乔山上。后有人考证，诗中的“席” 不是我们现在所说的双人或者单人凉席，而是古人席地而坐的坐席，这样一来，大如席的雪花 就不算太夸张了。 龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 那么，雪花究竟能有多大呢?前不久美国科学家在加拿大荒原遭遇暴风雪，他们用激光探 测器拍摄到了巨型雪花的照片。加州理工学院一位物理学教授称，大雪花直径一般有 2～6 英 寸，质地异常松软。吉尼斯纪录中的最大雪花直径有 15 英寸，比平底

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