诗说科学 | 为什么雪花大多数都是六角形?

诗说科学 | 为什么雪花大多数都是六角形?

读 而 思

“雪花开六出”,“出”,花分六瓣的意思,“六出”即六瓣花。这句话就是说:雪花为六角形,似六瓣形花。

两千多年前西汉文帝时代的韩婴就在《韩诗外传》中明确指出了:“凡草木花多五出,雪花独六出。”直到1611年,德国天文学家刻卜勒才记述雪花是六角形的,这比我国晚一千七百年。

雪花是从哪来的?

雪花从哪里来?是不是天气寒冷就会降雪呢?当然不是这么简单,有两个必要的条件需要满足:一个是水汽饱和。饱和的空气冷却到露点(空气达到饱和时的温度叫做露点)以下的温度时,空气里就有多余的水汽变成水滴或冰晶——雪晶在这些“过饱和”的大气中孕育。另一个条件是 空气里必须有凝结核。凝结核是一些悬浮在空中的固体微粒。如果空气中的凝结核没有达到一定浓度,就只有漫天乌云,却见不到降雪了。

雪花为什么大多数是六角形呢?

雪花都是由水汽在小冰晶上凝华增大而形成的,六角形状同 水汽凝华的结晶习性有关。 冰晶属于六方晶体系,它的分子以六角形状占多数。由于冰晶的尖角处位置特别突出,水汽供应接触最充分,所以在六角形状的冰晶棱角上长出一个个新的枝杈,最后就变成了六个花瓣样各种姿态的雪花。

六方晶系由四个结晶轴构成,其中三个辅轴在一个基面上,互相以60°的角度相交,第四轴(主晶轴)与三个辅轴所形成的基面垂直。当水汽凝华结晶时,倘若主晶轴发育得比另外三个辅轴快,并且延伸很长,那么晶体就会形成柱状;而如果主晶轴发育慢,且很短,那么晶体就形成片状。 雪花之所以都是六角形,是因为它沿主晶轴方向晶体生长的速度要比沿三个辅轴方向慢得多。

谁决定了雪花的形态?

雪花的形态与其所处的气象条件密切相关,特别是温度和湿度。当水汽充足、云中温度下降到-5~-3℃时,天空降下的是针状六瓣结晶冰花;当温度降至-13~-10℃时,天空降下的是六瓣板状晶体雪花;如果是枝状、星状六瓣晶体雪花,通常需要在-18~-14℃温度的范围内了;那种琉璃别致的棱形状晶体雪花,则是在-25℃且水汽处于冰面饱和状态下逐渐形成的。

除六角形雪花之外,科学家们还发现了自然界中三角形雪花的存在。为揭开谜底,科学家们在实验室中模拟与自然降雪相似的条件以制造雪花,通过记录各种不同形状的雪花晶体,最终发现, 一些三角形雪花晶体仍然有六个边,只是因为它们都由三长三短的六条边构成,所以看上去像三角形。科学家指出, 这种情况一般是由于雪花在降落的过程中,微小的尘埃颗粒等杂质会使雪花的某个边缘产生倾侧,在风力作用下,向下倾侧的边缘会生长得更快,从而形成三角形。

每一朵雪花是很小的,一般直径为0.5~3毫米,不过芝麻粒那般大。3000~10000朵雪花加在一起,也只有1克重。但在极个别情况下,雪花最大的直径能达到10毫米。 至于文学作品上所描写的“鹅毛大雪”,是它们在飘落途中,成百上千朵雪花粘附在一起形成的。小小的雪花,在它们生成增长的过程中,总是在云中不停地运动着,而它周围的水汽条件也在不断地变化,这就使得水汽在冰晶上一会儿沿着这个方向增长,一会儿又沿着那个方向增长,从而形成了各种形态的雪花。有的像一颗银扣,有的像六角形的薄板,有的像一颗闪闪发亮的星星......真是形形色色,美不胜收。

当今世界上,没有两朵大小、形状一模一样的雪花。不过,万变不离其宗,大多数雪花的基本形状还是六角形。

看似很寻常的一件事,背后竟蕴藏着如此深奧的道理, 看来大千世界还有无数的奥秘等待人类去发现。

在诗词中发现科学知识,

在科学中感受诗词之美,

《诗说科学》,

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🎨图片 | 百度图库

📝参考文献:

[1]《郊行值雪诗》古诗文网[JOL]

[2]《300首经典古诗词中的奇妙科学》 同心出版社 [JOL] 2007-01

[3]《诗词中的科学》杨罡 [JOL] 北方妇女儿童出版社 2019返回搜狐,查看更多