首次進行對雪花的研究
幾個世紀以來,雪花之謎一直困擾著科學家。為什麼會有如此多種形態各異的雪花:六枝型的、六邊形的以及在南極地區常見的細柱狀雪花等?為何沒有兩片一樣的雪花呢?
關於雪花的科學研究一直吸引著科學家們,其中就有17世紀的德國數學家開普勒。
在他的論文《關於六角雪花》中,開普勒就開始思考雪花晶體為什麼會呈現奇特的六角幾何形狀。進一步揭開雪花結構之謎的是法國哲學家、數學家笛卡兒和英國科學家胡克,後者第一次在顯微鏡下看清了雪花晶體的模樣。
隻是到了近100年,研究者才應用X射線技術探明了冰晶的化學結構。研究表明,雪花中的水分子由微小的六角形晶格組合而成。專家認為,雪花生長的搖籃是雲層中的微小塵粒,它為水蒸氣凝結成小水滴並凍結提供了一個基礎,慢慢地不斷聚集的水蒸氣形成規則的冰晶圖案。
雪花形成實驗
20世紀30年代,一位日本核物理學家第一個弄清了雪花是如何形成的,他在自己的實驗裏培植出了雪花。他稍稍改變實驗室的空氣溫度,生成的雪花的形狀就會發生劇烈的變化:柱形、扇形、空針形、樹突形,薄的、厚的……而當溫度變化不大時,改變雪花的生成速率也就改變了其形狀:快速生成意味著長出“花枝”,慢速生成意味著生成六麵形。
當一片雪花在雲層中隨風飄蕩的時候,它會遇到冷空氣或熱空氣,但雪花的每一朵花枝則會經曆同樣順序的氣溫及各種外在因素的變化,所以即使雪花形態各異,但6個花枝對稱的特性被嚴格地保持了下來。所以,每一個雪花都有自己獨特地經曆不同溫度的曆史,它將會以獨特的結構和形狀降落到大地上。
雪花落地有聲音嗎
美國物理學家勞倫斯·克魯姆對落雪聲音進行了長時間研究,他發現,雪花落到水麵上時,其聲響是長而尖的,這種聲響的頻率太高了,致使人類的耳朵幾乎不可能覺察到,就連潛水艇的聲呐也聽不到它。但是這種聲響對於海豚來說,簡直就是“震耳欲聾”,這些動物聽到的結果就像人類聽到刹車時輪胎發出的尖銳刺耳的聲音一樣。
科學家解釋說,雪花落入水中時,雪花內的空氣就變成了氣泡。水表麵的張力與氣泡表麵張力相互“較勁”的結果就產生了頻率為50~200千赫的聲響,許多水下動物可以聽到這一頻段的聲響。而人類可以聽到的聲音卻在20千赫以下,所以無從察覺。
雪花製造的“噪音”不僅讓水下動物“心煩”,對漁業及海洋生物的跟蹤觀測也是幹擾。例如,美國的漁業生物學家們每年秋季都要監測大馬哈魚洄遊的行動。但雪花的聲音常常幹擾觀測,無法準確統計大馬哈魚的數量,所以人們不得不在大雪時關閉所有監測係統。看來,雪花中真是蘊含著無數的奧秘,在等待著人們去解讀。
在線小知識
美國加州理工學院的肯尼斯·裏市瑞特用電實現雪花的生成。把一根電線放入冷藏室,“我們給電線通上約1000伏的電壓,如同變魔術,就可以得到一根根冰針。當電壓被降下來時,在冰針的尾部就形成標準的晶體,有點像藝術創作”。