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出版社科普中国
生产企业力威长春光学研究所、中国科学院大学精密机械物理研究所
发布单位中国科学院计算机网络信息中心
全国各地又到了雪季。你那里下雪了吗？
雪花纷纷扬扬地飘落，让我想起了南北朝时期刘义清写的《雪颂》和《白雪是什么样子》。自古以来，人们就喜欢用盐、糖、鹅绒等美丽的词语来表达雪。
如果您特别注意，您会发现大多数雪花的形状都像六片花瓣。所有的雪花都有6片花瓣吗？为什么下雪的时候会变成这个样子？有两片相同的雪花吗？这要从雪花的形成过程开始。
雪花的形成冰晶长轴和短轴之间的“竞赛”。
早在西汉时期，就有人得出这样的结论“每株植物和树木都有五朵花，但只有六片雪花。”现在，借助先进的摄影技术，我们可以观察到雪花有多种不同的形状，但大多数都是六瓣形状。
雪花的本质是冰晶。冰晶是冰芯中水蒸气生长和凝结形成的固体水合物。这是形成雪花的必要介质，可以被视为婴儿雪花。随着冰晶的生长，会形成不同的雪花。
有句话说“雪而不冷，则为寒雪”，意思是天冷时，空气中的水分放出热量，雪融化后凝结。下雪时温度升高，因为它吸收热量并变成水。
雪花不会凭空形成，必须依靠平流层以下空气中看不见的尘埃颗粒充当“核心”。晶核是以尘埃为中心在低温下由气态水分子形成的一组物质，能像磁铁一样不断吸引周围的气态水分子，使水分子层层包围。它凝结并继续生长，直到变成固态并完成相变。
种子生长模式有两种趋势。一种是细长的六角柱状晶体，有时两端有尖点，像针一样，另一种则很细。晶核。薄薄的六角形薄片，像铅笔屑一样，用刀切开。
冰晶雪花
为什么晶核会向两个不同的方向生长？这可以追溯到冰晶的结构。与所有其他晶体一样，冰晶最基本的特性是它们具有规则的几何形状，以方便每个晶体边缘在晶体表面上的定位。称之为晶轴。有一种晶系称为六方晶系，它有四个晶轴，一个垂直，三个水平。
与我们在博物馆看到的晶体类似，冰晶也属于六方晶系。还有四个晶轴，三个短晶轴和一个长晶轴相互交叉。60基轴垂直于该基面形成。下图可以帮助您了解冰晶的结构。
冰晶的晶轴
当水蒸气凝结形成冰晶时，如果主轴凝结得比次轴快并且生长得很长，冰晶就会形成柱状，如果主轴凝结得比次轴慢，就会出现冰晶。片状。最常见的雪花是六角形的，这是因为冰晶沿长轴的生长速度比沿其他三个短轴的生长速度慢得多。
冰晶的主轴凝结受这些因素的影响。
了解了冰晶的生长机制后，我们再来看看影响雪花主轴生长速度的因素。雪花纺锤体的生长主要受温度和湿度的影响。
首先，温度影响冰晶凝结的速度。当温度极低时，冰晶没有机会生长，而且雪晶的形成非常小，很难用肉眼直接观察到。在-30C时，冰晶凝结成针状，而当温度接近0C时，雪花的大部分底面会长成六边形。
其次，湿度也会影响凝结率。湿度主要由云层的水蒸气含量决定。当空气湿度较低时，冰晶生长非常缓慢，大多数形成三种基本形状柱状晶体、针状晶体和层状晶体。当空气湿度较高时，冰晶会随着生长而改变形状，形成熟悉的星形雪花。
这样我们就可以组织雪花的形成过程。正如前面提到的，冰晶是由空气中的水蒸气凝结而成的。随着冰晶的生长，它们会消耗周围的水蒸气，从而降低冰晶周围水蒸气的浓度。水蒸气扩散到冰晶中，新的水蒸气首先撞击到冰晶的突起和边缘并在那里凝结，使冰晶长大，突起逐渐长成树枝状。后来，同样的原因，树枝上长出了新的枝条和角，逐渐形成了我们熟悉的星形雪花。
由血小板衍生的雪花
源自柱状晶体的雪花
为了支持上述理论，星形雪花的相关部分应该是对称的并且具有相同的形状和大小。然而，在大气中，如上所述，雪花并不是有序生长的，而是受到气流、空气成分等的影响，因此它们的形状不是很规则。
另外，冰晶在形成过程中不断运动，其所处的温度和湿度不断变化，从适合形成一种形状的环境落到适合形成另一种形状的环境。例如，雪花的每个部分都暴露在不同量的水蒸气中。暴露于水蒸气较多的区域生长较快，而暴露较少的区域则生长较慢，形成各种雪花形状。
此外，科学家通过实验证明，在仅含有水蒸气的真空空间中形成的冰晶几乎都是单个三棱柱，这表明空气中的其他气体也会影响雪花的形成。
“降雪”是这样形成的
各个雪花的形状已经有所不同，当它们落下时，各个雪花可能会合并在一起形成更大的雪花。“这可能是因为碰撞和摩擦产生热量而相互粘连，也可能是因为雪花上的水膜因表面张力而相互粘连，也可能是因为雪花本身形状复杂、有分支，“他说。彼此“手”。
从天上到人间的旅程很长，当条件合适时，雪花可以多次升起、合并，变得很大。我们称之为“下吹雪”和“风吹雪”。经过多次合并组合，人类观测到的最大雪花直径达到38厘米。当然，粘合过程可能会导致一些雪花破裂，形成一些变形的雪花。然而，需要注意的一件事是，雪花非常轻。5000到10000片雪花的重量只有1克，所以所谓“鹅毛大雪”有点夸张。
雪花不是“美丽的垃圾”，它们非常有用！
我们的祖先表达了对眼睛之美的喜爱，给眼睛起了许多对眼睛有益的名字，如“玉龙”、“玉尘”、“银栗子”等。明年，我枕着馒头睡觉。”一句农民谚语描述了雪对农业发展的贡献。雪花不仅可以隔热，还可以提供明年农作物生长所需的水分。
同时，雪花也给科学家提供了很多灵感。同时，雪花被称为“来自天空的使者”，日本物理学家中谷宇吉郎博士发现，雪晶的形状根据高空温度和可用水蒸气的量而变化很大。这是关于推断大气状态。
另一方面，雪花本质上是冰晶，其脆弱性和短暂性使它们成为科学研究的难题。早在17世纪，德国科学家、博学家约翰内斯开普勒就开始思考雪花的结构，后来继续探索冰晶形状的成因，推动了原子物理学的不断进步。
直到今天，还有一个专门的研究团体研究冰晶生长的性质。尽管我们还不完全了解阻碍冰晶生长的因素，但相关探索已经在凝聚态物理方面取得了突破，并在药物分子、半导体芯片、太阳能电池以及无数其他涉及高质量晶体生长的过程中得到了应用。它有积极的作用。
雪晶生长模型
雪花如一群精灵般纷飞，不仅给世界增添了独特的风情，也蕴藏着自然的奥秘等待我们去探索。
参考
[1]罗马雪花让冬天更有趣。[J]科普小学生版，2019Z1:2-7
一、雪花是什么样子的？仔细观察写一写？
雪花一种结构随温度变化而变化的晶体，又称未央花或柳初。当它们落下时，它们聚集在一起形成雪花。1、天空中的雪花在风中飘扬，像可爱的雪娃娃，像仙女一样顽皮地跳跃，穿着白色的裙子，轻盈飘飘，像小白花。2、雪花像一只翩翩起舞的白蝴蝶，让她的“翅膀”快乐地闪闪发光，仿佛散落在地上的水晶碎片，落在柔软的床帘下的地上。培育新一年的成长。3、雪花还在天上飘。我用颜料留下雪花。一划，两划，雪花被我放大了。呃，这还不够。我拿起相机，拍下了雪花和美妙的风景。雪花顺着风向相反的方向流动，好像很尴尬。4、雪花飞舞。我抬头仰望天空，看到雪花像羽毛一样飘落。雪花飘过同学们的头顶，化作闪亮的小银帽，雪花飘过蘑菇亭，石蘑菇仿佛活了过来，在翩翩起舞。空气似乎被雪净化了。它有一种非常清新、纯粹、真正的自然之美。雪赋予万物活力，使万物纯净，创造了没有雪就无法生存的大地和万物。雪花飘落到哪里，就美丽地飘扬，把世界装点得美丽。5、雪花静静地飘落。纷纷扬扬的雪花，像天空中的蒲公英，像无数无法用言语表达的青春，颤抖着，升腾着，在浩瀚的夜空中荡漾着。他脸上的表情是那么的高兴，变化是那么的奇妙。田景似乎感觉有巨大的白色羽翼覆盖大地，不知不觉中，他的面前出现了一片广阔的白色空间。6、雪花简单、朴实。雪花对名利根本不感兴趣。这就是雪花的精神。7.雪花飘落在树上，给冬青树枝披上了白色的天鹅绒，给它们带来冬日的美丽。如果不仔细看树枝上密密麻麻的白雪，你还以为是有人精心布置的装饰品。这磅礴的景象，不禁让人想起两句名诗“忽夜春风吹，万千梨花开”。8、雪花很白很纯净。他们让地变得非常纯净和美丽。我觉得雪不仅让一切变得纯洁，也让人们的心灵变得同样美丽、纯洁。9、雪花给我们带来无尽的欢乐。我回到家，静静地看着雪景。我突然想到了这个想法。珠宝给人们带来面孔，雪花给人们带来无尽的欢乐。雪花虽然不像珠宝那样浮华、耀眼，但它却给人们带来了比面子和金更珍贵的东西，那就是有幸福胜过有和面子。10、雪花是世界的“理发师”，是孩子们的好伙伴。当大雪覆盖大地的时候，我们都跑出了家门，在天堂里玩耍，堆雪人，打雪仗……欢声笑语让冰冻的世界充满了生机，雪花不断飞舞，落在孩子们的头上。头上、肩膀上、脚上，哈！每个人都成为圣诞老人！如果你轻轻地握住一片雪花，它很快就会消失，变成闪闪发光的水。轻轻触碰您的脸，您会感到前所未有的舒适感。11、雪花像蝴蝶一样翩翩，像蒲公英一样洁白。12、雪花在天空中飞舞，好像在微笑着说“朋友们，我们一起跳舞吧！来吧！天空中飘着几朵雪花，它们很高兴，慢慢地飘走了，好像它们在飞舞。”快要落到地上了，于是我接住了‘舞动的雪花’，它落到我的手里感觉有点冷，但看到这样纯洁美丽的雪花，让我感到温暖而神奇。雪花在天空的灯光下显得格外明亮，闪闪发光，像天上的小星星。
眼如柳絮，眼如芦苇，眼如轻烟，流淌追寻，来时一尘不染，落时不为尘埃所动摇。六角形的小花精致而透明，没有两朵是完全相同的。粉雕玉雕，哪位艺术家能设计出如此精美的图案呢？哪位雕塑家能雕刻出如此细致的工艺品呢？与其说这是大自然的杰作，我宁愿相信这是天宫仙女的眼泪！14.深夜，白天，繁忙的街道上只有路灯亮着。这时，雪花盛开，绽放成大朵大朵、令人着迷的花朵。像一只白色的蝴蝶围绕着这座宁静的城市，划出优雅的弧线。15、当雪下得很大，雪花飞舞时，人们仿佛进入了一个优雅静谧的世界，一个晶莹剔透的童话世界。松树的清香和雪的纯净，给人一种凉爽舒适的感觉。一切都被过滤，一切都被升华，变得纯粹而美丽。16、一片小雪花飘到河上，变成了一滴水。嘘，仔细听。这么多的小雪花，向小鱼小虾诉说着我在河里的亲身经历！看看他们多有趣！突然，又一片小雪花从天而降，飘进了荒凉的天安门广场，成为了地上的第一位访客。这些小雪花纷纷从天上飘落下来……17、小雪花轻如烟，纯洁如玉，白如银，飘飘欲仙，纷纷落下，从天而降。亲吻天空，亲吻久违的土地。18、雪花从一望无际的天空轻轻飘落，飞舞飘飘------一片片雪花，清纯如玉，像仙女撒下的玉叶银花，飘向天空，又像白色的天使。从天宫送来的她们，在人间装扮成童话般的白色王国。19、雪花象征着世界的神圣和纯洁。我喜欢雪花，它们晶莹剔透、完美无瑕的白色。20、走到外面，周围都是漫天飞舞的雪花，我抬头看着天空飘落的雪花，仔细地观察着。雪花的形状是六角形的，它的图案散开得非常整齐，就像树枝散落一样。21、当我望着天空飘舞的雪花时，我仿佛看到了一个粉红玉色的雪花世界。在那个世界里，雪花变成了可爱的精灵，为雪花世界增添了魅力。22.它是如此神秘和不可预测。他们像仙女一样悄然来到这个世界。这些千变万化的雪花真是太神奇了！有时它像一片片花瓣缓缓飘落，有时又像一朵载歌载舞的杨柳。出了门，雪越下越大，雪花慢慢地飘落，仿佛蝴蝶渐渐在空中翩翩起舞，雪越下越大。碎片纷纷飞来，遮住了你的眼睛，一不小心，它们又落在你的脸上，当你伸手接住它们时，它们又落在你的脸上。它不断地落在我的手掌上……23.这里的海浪拍打得如此耀眼、充满活力吗？云端盛开的玉兰也这么洁白美丽吗？哦！她比海浪还清亮，比玉兰还圣洁！她？风中飘扬的雪花，冬天的预兆，庄稼的守护者！24、到了上课的时间，我恋恋不舍地看着窗外洁白的雪花，想着。小雪花，多来点吧，我们一定会变成美丽的白雪公主。小雪花，多带一些，小雪花，多带一些，让麦毯变得更厚。25、那些雪花洁白如玉。是天宫派来的小将军，还是月宫桂树上落下的玉叶？雪花像美丽的玉蝴蝶，翩翩起舞，如痴如醉，翩翩飞舞，悠然飘舞，如天使赐予的小白花，不愧是人间杰作！我看见眼前的雪花像蝴蝶一样调皮。它们落在屋檐上、树枝上，有时还飘到过路人的脸上。2
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