雪花形態指南
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下雪的日子,當你穿著深色的外套時就非常容易觀察到一朵完整的雪花。它是什么形狀的呢,為什么有人說下雪的時候沒看到有“花”,今天就來說說關于雪花。
印象里的雪花是六邊形,有枝叉并且極其對稱的花樣。但實際上雪花的形狀非常多,據統計,雪花的形態大類上就約有39種類型。下面是常見的幾種雪花出現的溫濕條件。
圖片來自網
星形樹枝狀
這是最常見的雪花,中間星形周圍樹枝狀,通常我們說雪花說的就是這種雪花了,出現在大約-15℃的時候。在中國北方的城市非常容易觀察到這種雪花。
柱狀和針形
當溫度在-6℃左右時,就會出現柱狀晶體,它們很常見,這就是為什么我們有很多時候都看不到六邊形的雪花。然而,這種雪花很小,很容易被錯過。
帶帽柱形
這種雪花并不常見,但如果你主動去尋找,實際上還是很容易找到的。它的樣子就像軸上的兩個輪子,或者一個空的線軸。多重帽柱在內外兩個帽之間有額外的“板”。
這個雪花的形成需要溫度的變化,首先在大約-6℃時形成一個柱,然后在柱的末端生長板(大約-15℃),沒錯,想必大家已經看出來了,這個雪花就相當于是上面兩種雪花形成條件的一個組合體。
蕨類星形樹枝狀
這個雪花很像上面說的第一類雪花的樣子,但它更大、有長長的類似蕨類植物枝條的側枝。如果你仔細觀察,你會發現一個分支大多與相鄰的分支平行。你也會看到這些晶體并不是完全對稱的。一只臂上的分支與另一只臂的分支并不相同。
這些也是最大的雪晶體,有記錄發現有直徑高達5毫米的標本。
冰晶塵埃
這些微小的雪晶在陽光下看起來像是閃閃發光的灰塵,它們是最小的雪晶;許多都不大于一根頭發的直徑。它們最常見于嚴寒的天氣。
冰晶的基本形狀是由晶體表面控制的六棱柱。這種雪花幾乎是既完美又簡單六角棱鏡。
三角形
這些不尋常的雪晶體通常很小,形狀像截斷的三角形。有時,樹枝從六個角冒出來,形成一種特別的對稱形。
十二枝雪花
如果兩個小的六支雪花晶體在半空中碰撞,它們可能會粘在一起,長成十二支雪花。你可能會認為這樣理想的碰撞是罕見的,但如果你經常觀察就會發現,十二分支實際上并不難找到。
“霧凇”雪花和霰
雪花晶體生長在由水滴組成的云層中。雪晶通常會與一些水滴碰撞,這些水滴會凍結在上面,形成一個復雜的結構。或者形成單獨的白色近球形的顆粒——霰。
除了上面提到的一些形狀外,還有很多不同尋常的雪花,在不同溫濕條件下組合成不同的形狀。
雪花是如何形成的?
雪花的形狀為什么如此復雜、對稱?沒有藍圖或遺傳密碼可以指導雪花的生長。然而,它們卻以驚人的華麗、對稱的形狀出現。雪花的生長取決于水分子如何在生長中的晶體周圍的空氣中擴散,也取決于水分子如何粘附在冰面上。星枝狀的雪晶體開始形成一個小的六邊形板,當晶體變大時,樹枝從六個角發芽。當雪花在云層中翻滾時,它會經歷著不斷變化的溫度和濕度,每一次變化都會使手臂的生長有點不同。
最終雪晶的確切形狀取決于它穿過云層的精確路徑。但這六只手臂都走了同一條路,因此每只手臂都在同一時間經歷了同樣的變化。因此,六條手臂同步生長,形成復雜而對稱的形狀。但是,由于沒有兩個雪晶在降落時沿著完全相同的路徑穿過云層,所以沒有兩個完全一樣的雪花。
圖片來自:pixels
雪晶體的生長方式在很大程度上取決于云中的溫度和濕度。在上面雪花生長史圖中我們可以看到,最大、最上鏡的雪晶體只在-15攝氏度左右的狹窄溫度范圍內生長。針和柱最容易在-6攝氏度左右找到。當溫度隨著晶體的生長而變化時,就會出現帶帽柱。有一點需要指出的是,這些是云層中的溫度;地面上的溫度通常要高得多。你還可以看到,當濕度高時,會生長出更精細的晶體。當濕度低(或晶體很小)時,就會出現簡單的棱鏡體。
雪晶體為什么會以這種方式生長仍然是一個懸而未決的科學難題。雪花的生長行為取決于晶體表面的分子結構和動力學,而這一切都是如此復雜,盡管科學在理解宇宙秘密方面取得了巨大進展,但在這些非凡的冰結構中仍然存在一些神秘之處。
不對稱才是常態
雪晶的六個臂都是獨立生長的。但由于它們在相同的隨機變化條件下生長,所有六種最終都有相似的形狀。沒有一種神秘的力量——量子力學、聲學或你可能聽說過的任何其他力量——可以在臂之間提供通信,來確保它們都長得一樣。現在,可以非常確定地說,絕大多數雪晶都不是很對稱。不要被圖片所迷惑——不規則晶體是迄今為止最常見的類型。下次下雪的時候自己找找看,近乎完美、對稱的雪晶看起來很有趣,也受到攝影師的追捧,但它們并不常見。
注:除特別標注外,圖片均來自snowcrystals及PBS
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