科学汇丨东北大雪纷飞令南方人羡慕可你是否知道雪花为什么是六角的

钱江晚报·小时新闻记者 郑琳

降温啦！进入11月下旬，杭州终于有冬天来了的感觉，那么，距离观赏断桥残雪也就不远了。事实上，钱江晚报在前几天就报道过，杭州临安天目山在寒潮影响下已经飘雪了。而且前几天，东北的大雪也让我们这些南方人羡慕不已。

可同学们是否仔细观察过飘下的雪花呢？有没有发现它们的形状特别规整、美丽？为什么大部分雪花会呈现出六角星形？为什么积雪看上去是白色的，但是捧起雪花仔细看却发现是透明的呢？

这里面涉及物理、化学、数学方面的知识，本期我们邀请杭州市建兰中学科学老师曹健，在下雪前，为我们解读雪花的知识。

400多年前，开普勒就在思考雪花为何是六角形

大家一定察觉到或者听说过，大部分的雪花是有六个角的，并且每转60°，形状就与旋转之前重合，这叫做六重对称性。古人也注意到了这个特点，西汉人韩婴的《韩诗外传》中就有“凡草木花多五出，雪花独六出”的记载。

那么，同学们是否想过，为什么雪花是六角对称，而不是五角、七角、八角的呢？

其实，很久以前就有一位赫赫有名的科学家思考过同样的问题，他就是开普勒。没错，就是那个提出行星运动三大定律的开普勒。

开普勒有一次走在布拉格著名的查理大桥上，一片雪花落在他的外套上，引起他的注意，完美的六角星形令他惊奇。于是他就开始思考，为什么雪花是六角形的。

开普勒是个皇家天文学家，却经常被拖欠工资。1611年，快过年了，工资还没发下来，连给朋友送新年礼物的钱都没有。他便把自己对雪花的思考，写成一本书——《六角雪花》。他把这本书送给了朋友作为新年礼物，而这部著作也成为了雪花科学研究的开山之作，是不是很凡尔赛？

开普勒提出的想法是，雪花是由很小的球形的东西堆出来的，按六边形堆积最节约空间。开普勒的这一猜想在2014年被数学家严格证明。

开普勒的想法是基本正确的，他只是不清楚堆出雪花的小球到底是什么，他提出是液态水的最小组成单元，其实就是现代科学中的水分子。

现在我们知道，雪花是冰晶，是水分子规整排列的结果。一个水分子由一个氧原子和两个氢原子组成。三个原子不是一字排列的，而是弯的，有点像条腿。水逐渐结冰的过程就是水分子彼此结合在一起的过程，结合的方式是，一个水分子的氧结合另一个水分子的氢，这样就连成了很多六边形。越来越多的水分子加入这个六边形，最后呈现出宏观的六边形结构。

雪花形成在云里，目前已知分类超120种

知道了雪花为什么是六角的，让我们再了解一下雪花是怎么形成的。

它就是被冻住的雨吗？并非如此。只有在雨夹雪时，雪是被冻住的雨，这里面的雪是没有固定形状的。下雪天时的雪花，有非常规整的外形，这种物质叫做晶体。雪花就是水的晶体。

雪花是在云里面就开始形成的。云又是如何形成的呢？

同学们在地理课上学过，地面的江河湖海的水被太阳光加热，一部分水变成水蒸气，进入地球大气。大气中能容纳的水蒸气是有限度的，气温越低，大气中能容纳的水蒸气就越少。

当气温变低时，大气中水蒸气过量，一部分水蒸气就要变回液态水。水蒸气是跑单的水分子，要把它们聚拢在一起变成液态水，需要先找到集合地点。在地面上，集合地点是花花草草、砖头瓦块等等，水蒸气变成的水我们称为露水。

在高空，水蒸气的集合地点是空气中漂浮的尘埃，水蒸气变成无数小液滴，每个小液滴都包着一粒尘埃，这就成了我们能看得见的云。

当气温继续降低，小液滴会结冰，在云里飘来飘去，捕获周围的水蒸气，逐渐显出六棱柱的形状。当冰继续长大，棱上长得更快，逐渐长成六角星的雪花，整个过程约15分钟。雪花长得越来越重，就开始掉落，离开云之后，雪花不再长大，因为没有水蒸气供应了。雪花慢慢飘落，以不到2公里/小时的速度抵达地面。

上面说雪花都是六角对称的，常见的是六角星形状，不过雪花的六角对称有许多的花样。

比如，非常少见的“钻石尘”，是六棱柱状的，它们非常小，大约只有几十分之一毫米，不能被肉眼直接看见。平常的雪花还在云里的时候，就是钻石尘。比较常见的是星树状的雪花，这种雪花可以达到5毫米以上，不过非常薄，厚度只有几十微米。此外还有星盘状的雪花，它们是没有侧枝的。星盘状雪花看起来非常华丽，处处体现着六重对称性。世上没有两片完全一样的雪花，人们对雪花的认识也越来越细，到2013年，雪花分类已经有121类。

雪花看上去为何是白的

雪花和我们日常生活中熟悉的食盐、白砂糖一样，本质上都是无色透明的。但当它们聚成一小堆时，看上去却是白色的。

这是为什么呢？让我们首先了解一下颜色形成的原理——颜色与物体对光的吸收和反射有关。可见光是由不同频率的光组成的，我们的眼睛会把不同频率的光识别为不同的颜色。例如，532纳米波长的光，在我们看来是绿色的；440纳米对应的是蓝色。

当所有可见光同时进入眼睛，就成为“全色光”。这种颜色明亮干净，给人以纯洁无瑕的感觉，这就是我们感知到的“白色”。与之对应的，如果没有可见光进入眼睛，我们看到的就是“黑色”。

当透明的小颗粒聚集在一起，光线照射到它们表面时，不计其数的微粒使表面的光线发生反射，这些反射光汇聚在一起，就是“全色光”了，于是我们看到的就是白色。

同样的道理，天上的小水滴、小冰晶聚在一起形成白云，飘落的雪花聚在一起形成白雪。如果凑近看的话，我们很容易注意到，单独的雪晶并不是白色的，而是透明的，就好像一小片透明透亮的玻璃。如果雪晶生长过程中结霜了，我们会看到白色的“砂雪”。

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冬天下雪了，雪花为什么是六角的？

原来雪花的基本组织是冰胚，每一个冰胚是由五个水分子组成的。其中四个水分子虽在一个四面体的顶角上，另有一个水汾子 于四面体中心。许多冰胚互相连接，就组成冰晶，话多冰晶结合，就形成了雪花。因此，雪花之所以呈六角形，是与一些水分子怎样结合成为冰胚，以及冰胚怎样结合成冰晶等有关。

雪花为什么是六角型的,不是五角或八角型的?

据我找的资料看来，lz的想法是不完全正确的：
原话删减 了不少，不过还是满多，可能说的专业了点
概括下就是理想条件下大多数的雪花都是六角的，但是大气条件一般没那么好，最后一句话说：即使都是星状雪花，也有三个枝叉的、六个枝叉的，甚至有十二个枝叉、十八个枝又的。
雪花的形状极多,但是，各种各样的雪花形状是怎样形成的呢?雪花大都是六角形的，这是因为雪花属于六方晶系。云中雪花"胚胎"的小冰晶，主要有两种形状。一种呈六棱体状，长而细，叫柱晶，但有时它的两端是尖的，样子象一根针，叫针晶。别一种则呈六角形的薄片状，就象从六棱铅笔上切下来的薄片那样，叫片晶。
如果周围的空气过饱和的程度比较低，冰晶便增长得很慢，并且各边都在均匀地增长。它增大下降时，仍然保持着原来的样子，分别被叫做柱状、针状和片状的雪晶。
如果周围的空气呈高度过饱和状态，那么冰晶在增长过程中不仅体积会增大，而且形状也会变化。最常见的是由片状变为星状。
原来，在冰晶增长的同时，冰晶附近的水汽会被消耗。所以，越靠近冰晶的地方，水汽越稀薄，过饱和程度越低。在紧靠冰晶表面的地方，因为多余的水汽都已凝华在冰晶上了，所以刚刚达到饱和。这样，靠近冰晶处的水汽密度就要比离它远的地方小。水汽就从冰晶周围向冰晶所在处移动。水汽分子首先遇到冰晶的各个角棱和凸出部分，并在这里凝华而使冰晶增长。于是冰晶的各个角棱和凸出部分将首先迅速地增长，而逐渐成为枝叉状。以后，又因为同样的原因在各个枝叉和角棱处长出新的小枝叉来。与此同时，在各个角棱和枝叉之间的凹陷处。空气已经不再是饱和的了。有时，在这里甚至有升华过程，以致水汽被输送到其他地方去。这样就使得角棱和枝叉更为突出，而慢慢地形成了我们熟悉的星状雪花。
上面说的实际上是一个典型的星状雪花的形成过程。它的相当部位，不论形状或大小，都应当是相同的。这种典型的星状雪花只有在一个理想的、平静的环境中(譬如在实验室内)才能形成。在大气中，它不能象上面说的那样有步骤地增大，所形成的形状也就不能那样典型。这是因为冰晶逐渐在下降着，而且有时在旋转着，各个枝叉接触水汽的多少有所不同，而那些接触水汽较多的枝又便增长得较多。因此，我们平常所看到的雪花虽大体上一样但又互不相同。
另外，雪花在云内下降的过程中，也会从适宜于形成这种形状的环境降到适宜于形成另一种形状的环境，于是便出观了各种复杂的雪花形状。有的象袖扣，有的象刺猾。即使都是星状雪花，也有三个枝叉的、六个枝叉的，甚至有十二个枝叉、十八个枝又的