世界上真的不存在两片完全相同的雪花吗?

世界上真的不存在两片完全相同的雪花吗?
2019年12月20日 08:50 新浪科技
为何每片雪花都如此独特?答案与水蒸气、温度和概率有关。为何每片雪花都如此独特?答案与水蒸气、温度和概率有关。

  新浪科技讯 北京时间12月10日消息,据国外媒体报道,每一片雪花在落地之前,都在半空中飘飘荡荡了许久。在这段漫长的旅途中,它们会与成千上万亿片雪花擦肩而过。据说,世界上不存在两片完全相同的雪花。但事实真的是这样吗?

  简单来说:是的,每一片雪花都不尽相同。在雪花刚开始形成的时候,你也许会找到一些极其相似的雪花;但雪花完全成型之后,每一片的结构都有所不同,尽管有些只是极其细微的角度差别而已。

  要想了解为何雪花的形状如此独特,就必须要弄清它们最初是如何形成的。首先,从海洋、河流和湖泊中蒸发的水会以水蒸气的形式进入大气中,形成我们见到的云朵。在夏天,这些云朵会在空中慢悠悠地飘过,为地面送去片片阴凉。但到了冬天,情况就不同了。冷空气会使水蒸气分子冷却成细小的液滴,而这些液滴会在周围的颗粒物(如花粉或尘埃)上凝结起来。这些细小的冰晶就像“婴儿版”的雪花,不久就会长大成形。

  这些冰晶会在空中飘来飘去,途中不断与水蒸气分子相撞。一旦水蒸气接触到冰晶,水蒸气就会直接从气态变为固态晶体,粘附在最初的雪花晶核上。这一过程会反复发生,使雪花从一粒小得几乎看不见的晶核,逐渐成长成一片成型的雪花。在条件合适的情况下,这片雪花就会落到地面上。

  但就算知道了这些,还是很难相信世上找不到两片完全相同的雪花。不过等你读完下面的内容就会明白,雪花的形成过程可以充分保证自身的独一无二。

虽然许多雪花堆在一起时、看上去可能都差不多,但假如将它们分开,就能看出每片雪花都有自己的特点。  虽然许多雪花堆在一起时、看上去可能都差不多,但假如将它们分开,就能看出每片雪花都有自己的特点。

  冰晶刚开始聚集、形成雪花时,形状看上去都极为相似。这主要是因为水分子中氢原子和氧原子的结合方式导致冰晶的晶格通常呈六边形。而在这六条边中,有几边可能有些歪歪扭扭。与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,逐渐生长出几条分支。而每一条分支上又会形成更多相同的结构,最终逐渐变成一片纤细精巧、完美对称的雪花。

  假如雪花在完成最初几步后便停止生长,我们就会发现更多极其肖似的雪花。但雪花会不断吸引越来越多的晶体,一层又一层地向外扩展,最终形成独一无二的图案。

  就在这些冰晶不断聚集的过程中,其它“客人”也会加入到这场盛大的“聚会”中。这些“客人”指的主要是环境因素,尤其是湿度和温度。这两者是决定雪花是会越长越大、还是会分崩离析的关键因素。

  温度对冰晶的形成与结构有着至关重要的作用。在零下2.8至0摄氏度之间,冰晶会呈现为片状或棱柱状,这些都是很典型的六角形雪花结构,只不过人们对它的兴趣没那么大而已。

  温度如果再降几度,冰晶就会呈现为针状。而如果再降低几度,新长出的冰晶就会变为空心柱状。在刺骨的严寒下,雪花则会变成长有无数分枝的星星状。

  湿度对雪花的影响也不容小觑。在湿度较低的情况下,形成的雪花形状往往较平。而湿度较高时,雪花的边角处则会聚集更多冰晶。

一片雪花中包含的水分子数量可能多达10的18次方。一片雪花中包含的水分子数量可能多达10的18次方。

  在寒冷的环境中,只需要增加一些湿度,就可以创造出美得惊人的雪花。它们的结构巧夺天工,如同从天堂降临人间的艺术品。

  雪花的整体形态也千差万别。有的非常细小,如同白砂糖;有的则会一层又一层地叠加在一起,形成一片巨大的雪花。例如,1887年降落在美国蒙大拿的一片雪花直径达38厘米,一举创下了世界纪录。

  物理因素和天气情况决定了雪花的形状和大小。数学则决定了每一片雪花都独一无二。

  每片雪花都由大量水分子构成。据估计,一片雪花中所含的水分子可达10的 18次方之多。由于雪花的每一根分支上都会再冒出许多分支,其它晶体可能会通过多种方式加入其中。一些科学家称,雪花上晶体的可能组合方式数量或多达宇宙中全部原子构成晶体组合数量的两倍。

  这些数字太过庞大,远远超出了我们的理解范围。但假如上述数学推算真的成立,那么无论是过去、现在还是将来,都不可能出现两片完全相同的雪花。

  除此之外,还有各种各样的因素会对雪花的形成造成影响。哪怕温度和湿度稍有波动,都会改变晶体的构造。尘埃等异物也可能改变晶体的形状。此外,水分子与已经形成的晶核相撞的角度也很关键。

  在地表上空涌动不息的大气中,所有变量都可谓瞬息万变。哪怕只是咫尺之隔,情况也可能天差地别,这些因素对晶体和雪花造成的影响远非人力能够计量。

  雪花在空中盘旋、飘荡的过程中,会不断与其它雪花相撞。一些分支可能会被撞断,但不久又会长出新的分支,进一步增加了每一片雪花的独特性。

  总而言之,每一片雪花都是独一无二的存在。它们纤细小巧、转瞬即逝,充分证明了我们所在的世界和宇宙是多么奇妙迷人、瞬息万变。(叶子)

水分子
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