又到了全國各地約好了下雪的季節(jié)，你那里下雪了嗎？

　　雪花紛紛揚(yáng)揚(yáng)地落下，讓人不禁想起了南北朝時(shí)期劉義慶先生的《詠雪》，“白雪紛紛何所似”。自古人們就喜歡用美好的詞匯來比喻雪，雪花像鹽巴、像白糖、像鵝毛......

　　圖片來源：veer圖庫

　　如果你專門留意過，會發(fā)現(xiàn)大部分雪花都是六瓣?duì)睢?/span>雪花都是六瓣的嗎？雪落下的時(shí)候，為什么會形成這個(gè)形狀？有兩片相同的雪花嗎？這就要從雪花的形成過程說起。

雪花的形成：冰晶主軸與輔軸的“賽跑”

　　早在西漢時(shí)期就有人總結(jié)道：“凡草木花多五出，雪花獨(dú)六出”。而現(xiàn)在，借助于先進(jìn)的攝影技術(shù)我們能夠觀察到，雪花的形狀各異，但大部分都是六瓣?duì)睢?/strong>

　　圖片來源：veer圖庫

　　雪花的本質(zhì)是冰晶，冰晶是水汽在冰核上凝華增長而形成的固態(tài)水合物，是雪花形成時(shí)的必要介質(zhì)，可以看作是幼年期的雪花。隨著冰晶的長大，多姿多樣的雪花也就形成了。

　　諺語里面有句“下雪不冷化雪冷”，說的就是空氣中的水分遇冷放熱凝結(jié)成冰晶，而雪融化的時(shí)候會吸熱變成水，所以會使下雪的時(shí)候氣溫高于化雪的時(shí)候。

　　雪花不會自己憑空產(chǎn)生，它必須依托同溫層以下空氣中一顆顆肉眼看不到的微塵粒子做“晶核”。晶核是以一些塵埃為中心，與氣態(tài)水分子一起在較低的溫度下形成的一個(gè)物質(zhì)集團(tuán)，就像磁石一樣，能夠不斷吸附周圍的氣態(tài)的水分子過來，讓水分子圍著它一層又一層地凝結(jié)、不斷生長變大為固態(tài)，完成相變。

　　晶核生長的形狀有兩種趨勢：一種是長而細(xì)的六棱柱形柱晶，有時(shí)它也會兩頭尖尖，有如一根針，我們稱其為“針晶”；另一種是很薄的，就像用小刀切下來的薄皮狀鉛筆屑一樣的六邊形片晶。

　　冰晶雪花（圖片來源：veer圖庫）

　　為何晶核會朝著兩種不同的方向生長呢？這就要追溯到冰晶的結(jié)構(gòu)。冰晶和其他一切晶體一樣，其最基本的性質(zhì)就是具有規(guī)則的幾何外形，為了便于確定晶面各晶棱在晶體上的位置，我們?nèi)藶榈匕凑找欢ㄒ?guī)則選擇一個(gè)坐標(biāo)軸，并稱之為晶軸。在晶體中有一種叫做六方晶系，它有四根晶軸，即一根豎直軸和三根水平軸。

　　和我們在博物館見到的水晶類似，冰晶也屬于六方晶系，同樣具有四個(gè)結(jié)晶軸，分為三個(gè)輔晶軸和一個(gè)主晶軸，其中三個(gè)輔晶軸互相以60 的角度相交形成一個(gè)基面上，主軸垂直于此基面。下面這張圖可以幫助大家理解冰晶的結(jié)構(gòu)：

　　冰晶的晶軸（圖片來源：維基百科）

　　當(dāng)水汽凝結(jié)成冰晶時(shí)，而且當(dāng)主軸比輔軸凝結(jié)得快，發(fā)育得很長的時(shí)候，冰晶就形成柱狀；相反，如果主軸比輔軸凝結(jié)得慢，那么冰晶就呈現(xiàn)片狀。常見的雪花大部分是六角形，就是冰晶沿主軸生長速度比其他三個(gè)輔軸生長速度慢得多而導(dǎo)致的。

冰晶主軸的凝結(jié)，受這些因素的影響

　　在了解冰晶的生長機(jī)制后，我們再看看影響雪花主軸生長速度的因素。雪花主軸生長主要受溫度和濕度的影響。

　　首先，溫度會影響冰晶的凝結(jié)速度。溫度特別低的時(shí)候，冰晶沒有生長的機(jī)會，就會形成很小的雪晶，單個(gè)冰晶甚至很難被肉眼直接觀察。在零下30 時(shí)，冰晶會凝結(jié)成針狀，而接近0 時(shí)，雪花的基面大多會生長為六邊形。

　　其次，濕度也會對凝結(jié)速度產(chǎn)生影響。濕度主要由云層中的水汽含量決定，如果空氣濕度比較低，那么冰晶生長得就會很慢，大多會形成柱晶、針晶和片晶三種基本形狀，例如片狀、粉末狀雪花；而當(dāng)空氣濕度較高的時(shí)候，冰晶在生長的時(shí)候就會發(fā)生形狀的變化，比如形成我們熟悉的星形雪花。

　　這樣我們就可以梳理一下雪花的形成過程了。前文已經(jīng)提到，冰晶是由空氣中的水汽凝結(jié)形成的，在冰晶生長的時(shí)候，會消耗周圍的水汽，導(dǎo)致冰晶周圍的水汽濃度下降。水汽向冰晶所在處擴(kuò)散，新的水汽首先遇到冰晶的突出和角棱部分并在此凝結(jié)，使冰晶得到增長，并使突出部分逐漸成長為枝杈狀。之后，因?yàn)橄嗤脑蛟谥﹁竞徒抢馓庨L出新的枝杈和角棱，逐漸形成我們熟悉的星狀雪花。

　　片晶衍生的雪花（圖片來源：veer圖庫）

　　柱晶衍生的雪花（圖片來源：veer圖庫）

　　在上述理論支撐下，星狀雪花的相對部位應(yīng)當(dāng)是對稱的，形狀、大小應(yīng)該是相同的。但在大氣中，雪花不會向上述那樣有序地生長，而會受到氣流、空氣成分等的影響，形狀也不會那么規(guī)則。

　　此外，冰晶在形成過程中是在不斷運(yùn)動的，所處的溫度和濕度不斷變化，會從適宜于形成這種形狀的環(huán)境降到適宜于形成另一種形狀的環(huán)境。比如雪花各個(gè)部位接觸到的水汽有所不同，接觸水汽多的地方生長得快、少的地方生長得慢，于是便形成了各種不同的雪花形狀。

　　此外，科學(xué)家通過實(shí)驗(yàn)表明，在只有水蒸氣的真空空間里形成的冰晶幾乎都是單三棱柱體，這表明空氣中的其他氣體也會影響雪花的形成。