自然科普:世界上真的不存在兩片完全相同的雪花嗎?
來源:新浪科技
發布時間:2021-01-30
瀏覽次數:1698

  據國外媒體(ti) 報道,每一片雪花在落地之前,都在半空中飄飄蕩蕩了許久。在這段漫長的旅途中,它們(men) 會(hui) 與(yu) 成千上萬(wan) 億(yi) 片雪花擦肩而過。據說,世界上不存在兩(liang) 片完全相同的雪花。但事實真的是這樣嗎?

  簡單來說:是的,每一片雪花都不盡相同。在雪花剛開始形成的時候,你也許會(hui) 找到一些極其相似的雪花;但雪花完全成型之後,每一片的結構都有所不同,盡管有些隻是極其細微的角度差別而已。

  要想了解為(wei) 何雪花的形狀如此獨特,就必須要弄清它們(men) 最初是如何形成的。首先,從(cong) 海洋、河流和湖泊中蒸發的水會(hui) 以水蒸氣的形式進入大氣中,形成我們(men) 見到的雲(yun) 朵。在夏天,這些雲(yun) 朵會(hui) 在空中慢悠悠地飄過,為(wei) 地麵送去片片陰涼。但到了冬天,情況就不同了。冷空氣會(hui) 使水蒸氣分子冷卻成細小的液滴,而這些液滴會(hui) 在周圍的顆粒物(如花粉或塵埃)上凝結起來。這些細小的冰晶就像“嬰兒(er) 版”的雪花,不久就會(hui) 長大成形。

  這些冰晶會(hui) 在空中飄來飄去,途中不斷與(yu) 水蒸氣分子相撞。一旦水蒸氣接觸到冰晶,水蒸氣就會(hui) 直接從(cong) 氣態變為(wei) 固態晶體(ti) ,粘附在最初的雪花晶核上。這一過程會(hui) 反複發生,使雪花從(cong) 一粒小得幾乎看不見的晶核,逐漸成長成一片成型的雪花。在條件合適的情況下,這片雪花就會(hui) 落到地麵上。

  但就算知道了這些,還是很難相信世上找不到兩(liang) 片完全相同的雪花。不過等你讀完下麵的內(nei) 容就會(hui) 明白,雪花的形成過程可以充分保證自身的獨一無二。

  雖然許多雪花堆在一起時、看上去可能都差不多,但假如將它們(men) 分開,就能看出每片雪花都有自己的特點。

  冰晶剛開始聚集、形成雪花時,形狀看上去都極為(wei) 相似。這主要是因為(wei) 水分子中氫原子和氧原子的結合方式導致冰晶的晶格通常呈六邊形。而在這六條邊中,有幾邊可能有些歪歪扭扭。與(yu) 平滑一致的部位相比,凹凸不平的部位更容易吸引水分子凝聚,逐漸生長出幾條分支。而每一條分支上又會(hui) 形成更多相同的結構,最終逐漸變成一片纖細精巧、完美對稱的雪花。

  假如雪花在完成最初幾步後便停止生長,我們(men) 就會(hui) 發現更多極其肖似的雪花。但雪花會(hui) 不斷吸引越來越多的晶體(ti) ,一層又一層地向外擴展,最終形成獨一無二的圖案。

  就在這些冰晶不斷聚集的過程中,其它“客人”也會(hui) 加入到這場盛大的“聚會(hui) ”中。這些“客人”指的主要是環境因素,尤其是濕度和溫度。這兩(liang) 者是決(jue) 定雪花是會(hui) 越長越大、還是會(hui) 分崩離析的關(guan) 鍵因素。

  溫度對冰晶的形成與(yu) 結構有著至關(guan) 重要的作用。在零下2.8至0攝氏度之間,冰晶會(hui) 呈現為(wei) 片狀或棱柱狀,這些都是很典型的六角形雪花結構,隻不過人們(men) 對它的興(xing) 趣沒那麽(me) 大而已。

  溫度如果再降幾度,冰晶就會(hui) 呈現為(wei) 針狀。而如果再降低幾度,新長出的冰晶就會(hui) 變為(wei) 空心柱狀。在刺骨的嚴(yan) 寒下,雪花則會(hui) 變成長有無數分枝的星星狀。

  濕度對雪花的影響也不容小覷。在濕度較低的情況下,形成的雪花形狀往往較平。而濕度較高時,雪花的邊角處則會(hui) 聚集更多冰晶。

  在寒冷的環境中,隻需要增加一些濕度,就可以創造出美得驚人的雪花。它們(men) 的結構巧奪天工,如同從(cong) 天堂降臨(lin) 人間的藝術品。

  雪花的整體(ti) 形態也千差萬(wan) 別。有的非常細小,如同白砂糖;有的則會(hui) 一層又一層地疊加在一起,形成一片巨大的雪花。例如,1887年降落在美國蒙大拿的一片雪花直徑達38厘米,一舉(ju) 創下了世界紀錄。

  物理因素和天氣情況決(jue) 定了雪花的形狀和大小。數學則決(jue) 定了每一片雪花都獨一無二。

  每片雪花都由大量水分子構成。據估計,一片雪花中所含的水分子可達10的 18次方之多。由於(yu) 雪花的每一根分支上都會(hui) 再冒出許多分支,其它晶體(ti) 可能會(hui) 通過多種方式加入其中。一些科學家稱,雪花上晶體(ti) 的可能組合方式數量或多達宇宙中全部原子構成晶體(ti) 組合數量的兩(liang) 倍。

  這些數字太過龐大,遠遠超出了我們(men) 的理解範圍。但假如上述數學推算真的成立,那麽(me) 無論是過去、現在還是將來,都不可能出現兩(liang) 片完全相同的雪花。

  除此之外,還有各種各樣的因素會(hui) 對雪花的形成造成影響。哪怕溫度和濕度稍有波動,都會(hui) 改變晶體(ti) 的構造。塵埃等異物也可能改變晶體(ti) 的形狀。此外,水分子與(yu) 已經形成的晶核相撞的角度也很關(guan) 鍵。

  在地表上空湧動不息的大氣中,所有變量都可謂瞬息萬(wan) 變。哪怕隻是咫尺之隔,情況也可能天差地別,這些因素對晶體(ti) 和雪花造成的影響遠非人力能夠計量。

  雪花在空中盤旋、飄蕩的過程中,會(hui) 不斷與(yu) 其它雪花相撞。一些分支可能會(hui) 被撞斷,但不久又會(hui) 長出新的分支,進一步增加了每一片雪花的獨特性。

  總而言之,每一片雪花都是獨一無二的存在。它們(men) 纖細小巧、轉瞬即逝,充分證明了我們(men) 所在的世界和宇宙是多麽(me) 奇妙迷人、瞬息萬(wan) 變。(葉子)

關(guan) 注【深圳科普】微信公眾(zhong) 號,在對話框:
回複【最新活動】,了解近期科普活動
回複【科普行】,了解最新深圳科普行活動
回複【研學營】,了解最新科普研學營
回複【科普課堂】,了解最新科普課堂
回複【科普書(shu) 籍】,了解最新科普書(shu) 籍
回複【團體(ti) 定製】,了解最新團體(ti) 定製活動
回複【科普基地】,了解深圳科普基地詳情
回複【觀鳥星空体育官网入口网站】,學習(xi) 觀鳥相關(guan) 科普星空体育官网入口网站
回複【博物學院】,了解更多博物學院活動詳情

聽說,打賞我的人最後都找到了真愛。
做科普,我們是認真的!
掃描關注深i科普公眾號
加入科普活動群
  • 參加最新科普活動
  • 認識科普小朋友
  • 成為科學小記者