為什麼所有迷人的雪花都是六瓣的?你有沒有想過

Mondo 科學 更新 2024-01-29

近日,冷空氣來襲,北方多地迎來了白色雪花。 你是否也屈服於雪花的魅力?總之,在這個雪季,除了欣賞雪景、在雪地裡嬉戲之外,我們還要牢記保暖、安全出行的重要性。

不知道大家有沒有這樣的經歷,但是在我們很小的時候,在學校裡,當乙個下雪的下午到來時,我們有時會興致勃勃地衝到外面,拿起放大鏡仔細看看飄落的雪花。 尤其是在寒冷的天氣裡,那些雪晶變得更加完美,像明亮的小星星一樣,熠熠生輝。 它們能夠長時間停留,讓我們有充足的機會仔細觀察它們的形狀和對稱之美。 我們爭先恐後地尋找最大或最神奇的雪花,活動變成了一場有趣的尋寶遊戲,讓我們興奮不已。

你對雪花了解多少?

雪花實際上是水的另一種形式,我們知道地球與其他行星區別開來的特徵之一是其表面的 70% 被水覆蓋。 想象一下,如果整個地球表面都被水均勻地覆蓋,那麼平均水深將高達2,700公尺。 地球表面的物理條件是獨一無二的,因為它們允許水的固相、液相和氣相共存於乙個小角落(即,地球表面的溫度和壓力正好在水的三相點附近!)。這一特殊特徵對於我們理解地球生命的起源和人類創造的物理學極為重要。

雪花的特徵之一是不同的雪花通常呈六邊形。 早在我國西漢時期,韓英在《漢詩》中就說:"植物、樹木和花朵中有五朵以上的花,只有六片雪花。 "這句話的前半部分可能不太準確,但後半部分卻很準確。 在後來的文獻中,說雪花有六片花瓣並不少見,但對這六片花瓣的解釋其實並不明確。 我們甚至可以進一步問:為什麼雪花會呈現六片花瓣的形狀?

雪花的形狀與大氣中水的結晶過程有關。 當大氣中的水分子冷卻到冰點以下時,它們開始凝結並形成冰晶,稱為雪花。 冰晶與其他晶體具有一些相同的特徵,例如它們的規則幾何形狀。 冰晶屬於六方晶系,其主要特徵是四個晶軸,其中三個輔助軸在同一平面上,彼此夾角為60°另一條主軸垂直於這三個輔助軸形成的平面。 六方晶系的典型形狀是六稜柱。 但是,如果結晶過程緩慢,並且晶體在次軸方向上的生長速度較慢,則晶體將出現六邊形片狀,這就是我們看到的雪花形狀。

在大氣中,水蒸氣在主晶軸方向上結晶速度較慢,在三副軸方向上結晶速度較快,因此冰晶多為六邊形片狀。 當大氣中水蒸氣豐富時,周圍的水分子不斷與最初形成的晶圓結合。 頂端角是它首先受到影響的地方,會形成突起和分支。 這些樹枝與主樹枝成60度角,並不斷向這個方向生長,最後形成六角星形雪花。 雖然每片雪花整體呈卦狀,但在微觀形態上卻存在許多差異。 有人收集了形狀各異的雪花,發現了6000多種形狀微小的雪花。

當雪花從天而降時,它們為什麼會保持六邊形?科學家發現,雪花在漂浮在空中時會振動,這種振動圍繞著乙個對稱點旋轉,即最初形成的冰晶,這就是為什麼雪花在落下時保持其形狀的原因。

在極地地區,由於大氣中水蒸氣稀少,濕度極低,這樣的環境非常有利於水蒸氣結晶,而在這樣的環境中,冰晶會形成標準的六邊形稜柱形心態,所以在極地地區,有時我們可以看到落下的雪不是片狀的雪花, 但有些六角形的雪晶。

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