东北近期大雪（科学汇东北大雪纷飞令南方人羡慕）

钱江晚报·小时新闻记者 郑琳

降温啦！进入11月下旬，杭州终于有冬天来了的感觉，那么，距离观赏断桥残雪也就不远了。事实上，钱江晚报在前几天就报道过，杭州临安天目山在寒潮影响下已经飘雪了。而且前几天，东北的大雪也让我们这些南方人羡慕不已。

可同学们是否仔细观察过飘下的雪花呢？有没有发现它们的形状特别规整、美丽？为什么大部分雪花会呈现出六角星形？为什么积雪看上去是白色的，但是捧起雪花仔细看却发现是透明的呢？

这里面涉及物理、化学、数学方面的知识，本期我们邀请杭州市建兰中学科学老师曹健，在下雪前，为我们解读雪花的知识。

400多年前，开普勒就在思考雪花为何是六角形

大家一定察觉到或者听说过，大部分的雪花是有六个角的，并且每转60°，形状就与旋转之前重合，这叫做六重对称性。古人也注意到了这个特点，西汉人韩婴的《韩诗外传》中就有“凡草木花多五出，雪花独六出”的记载。

那么，同学们是否想过，为什么雪花是六角对称，而不是五角、七角、八角的呢？

其实，很久以前就有一位赫赫有名的科学家思考过同样的问题，他就是开普勒。没错，就是那个提出行星运动三大定律的开普勒。

开普勒有一次走在布拉格著名的查理大桥上，一片雪花落在他的外套上，引起他的注意，完美的六角星形令他惊奇。于是他就开始思考，为什么雪花是六角形的。

开普勒是个皇家天文学家，却经常被拖欠工资。1611年，快过年了，工资还没发下来，连给朋友送新年礼物的钱都没有。他便把自己对雪花的思考，写成一本书——《六角雪花》。他把这本书送给了朋友作为新年礼物，而这部著作也成为了雪花科学研究的开山之作，是不是很凡尔赛？

开普勒提出的想法是，雪花是由很小的球形的东西堆出来的，按六边形堆积最节约空间。开普勒的这一猜想在2014年被数学家严格证明。

开普勒的想法是基本正确的，他只是不清楚堆出雪花的小球到底是什么，他提出是液态水的最小组成单元，其实就是现代科学中的水分子。

现在我们知道，雪花是冰晶，是水分子规整排列的结果。一个水分子由一个氧原子和两个氢原子组成。三个原子不是一字排列的，而是弯的，有点像条腿。水逐渐结冰的过程就是水分子彼此结合在一起的过程，结合的方式是，一个水分子的氧结合另一个水分子的氢，这样就连成了很多六边形。越来越多的水分子加入这个六边形，最后呈现出宏观的六边形结构。

雪花形成在云里，目前已知分类超120种

知道了雪花为什么是六角的，让我们再了解一下雪花是怎么形成的。

它就是被冻住的雨吗？并非如此。只有在雨夹雪时，雪是被冻住的雨，这里面的雪是没有固定形状的。下雪天时的雪花，有非常规整的外形，这种物质叫做晶体。雪花就是水的晶体。

雪花是在云里面就开始形成的。云又是如何形成的呢？

同学们在地理课上学过，地面的江河湖海的水被太阳光加热，一部分水变成水蒸气，进入地球大气。大气中能容纳的水蒸气是有限度的，气温越低，大气中能容纳的水蒸气就越少。

当气温变低时，大气中水蒸气过量，一部分水蒸气就要变回液态水。水蒸气是跑单的水分子，要把它们聚拢在一起变成液态水，需要先找到集合地点。在地面上，集合地点是花花草草、砖头瓦块等等，水蒸气变成的水我们称为露水。

在高空，水蒸气的集合地点是空气中漂浮的尘埃，水蒸气变成无数小液滴，每个小液滴都包着一粒尘埃，这就成了我们能看得见的云。

当气温继续降低，小液滴会结冰，在云里飘来飘去，捕获周围的水蒸气，逐渐显出六棱柱的形状。当冰继续长大，棱上长得更快，逐渐长成六角星的雪花，整个过程约15分钟。雪花长得越来越重，就开始掉落，离开云之后，雪花不再长大，因为没有水蒸气供应了。雪花慢慢飘落，以不到2公里/小时的速度抵达地面。

上面说雪花都是六角对称的，常见的是六角星形状，不过雪花的六角对称有许多的花样。

比如，非常少见的“钻石尘”，是六棱柱状的，它们非常小，大约只有几十分之一毫米，不能被肉眼直接看见。平常的雪花还在云里的时候，就是钻石尘。比较常见的是星树状的雪花，这种雪花可以达到5毫米以上，不过非常薄，厚度只有几十微米。此外还有星盘状的雪花，它们是没有侧枝的。星盘状雪花看起来非常华丽，处处体现着六重对称性。世上没有两片完全一样的雪花，人们对雪花的认识也越来越细，到2013年，雪花分类已经有121类。

雪花看上去为何是白的

雪花和我们日常生活中熟悉的食盐、白砂糖一样，本质上都是无色透明的。但当它们聚成一小堆时，看上去却是白色的。

这是为什么呢？让我们首先了解一下颜色形成的原理——颜色与物体对光的吸收和反射有关。可见光是由不同频率的光组成的，我们的眼睛会把不同频率的光识别为不同的颜色。例如，532纳米波长的光，在我们看来是绿色的；440纳米对应的是蓝色。

当所有可见光同时进入眼睛，就成为“全色光”。这种颜色明亮干净，给人以纯洁无瑕的感觉，这就是我们感知到的“白色”。与之对应的，如果没有可见光进入眼睛，我们看到的就是“黑色”。

当透明的小颗粒聚集在一起，光线照射到它们表面时，不计其数的微粒使表面的光线发生反射，这些反射光汇聚在一起，就是“全色光”了，于是我们看到的就是白色。

同样的道理，天上的小水滴、小冰晶聚在一起形成白云，飘落的雪花聚在一起形成白雪。如果凑近看的话，我们很容易注意到，单独的雪晶并不是白色的，而是透明的，就好像一小片透明透亮的玻璃。如果雪晶生长过程中结霜了，我们会看到白色的“砂雪”。

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