雪花为什么是六瓣的?雪花的六边形是怎样行成的?

Question

如题所述

Answer 1

雪花之所以呈现六角形状，宋代理学家朱熹曾解释说：“雪花所以必六出者，盖只是霰，下被猛风拍开，故成六出。如人掷一团烂泥于地，泥必?开成棱瓣也。又六者阴数，太阴玄精石亦六棱，盖天地自然之数。”后来的学者们虽有诸多解释，但大多不出阴阳象数理论。
19世纪，科学家们开始用物理学原理来解释雪花的形成。他们认为，水汽在上升过程中，于高空遇冷凝结成冰晶。这些冰晶由于对称性和机遇的混合，形成了不确定但美妙的几何六角形。冰晶的生长速率沿不同晶轴方向因温度和湿度的差异而不同，从而形成了板状、星状、针状等多种多样的形状。冰晶在云层中的生长过程受到不断变化的环境影响，因此每朵雪花的形态都独具特色。
进入20世纪80年代，随着科学的发展，混沌理论被用来解释雪花的形成。科学家们发现，表面张力对正在固化的物质分子结构的影响极为敏感。在冰晶的情况下，自然分子对称性导致了六个生长方向的内在偏好。这种稳定性与不稳定性的结合，放大了微观的偏好，导致了几乎分形的雪花边缘结构的形成。
雪花的种类和形态与不同的气象条件密切相关，尤其是与空气的温度和湿度关系密切。当水汽充沛，云中温度降至-5～-3℃时，天空降下的通常是针状六角结晶冰花。温度进一步降至-13～-10℃时，雪花则呈现出六角板状晶体形态。而枝状、星状六角晶体雪花的出现，通常需要在-18～-14℃的温度范围内。那些独特而精致的棱形状晶体雪花，则是在-25℃且水汽达到冰点饱和状态下形成的。
雪花是由水汽在小冰晶上凝华增大而形成的。其六角形状与水汽凝华的结晶习性有关：冰晶属于六方晶系，其分子结构以六角形为主。由于冰晶的尖角位置突出，水汽供应充足，因此在六角形的冰晶棱角上会生长出新的枝杈，最终形成六瓣、各种姿态的雪花。