兔毛上綻放的雪花

當Wilson Bentley用顯微鏡看到雪花的形態時，他被深深打動了。他花了兩年時間用照相機和顯微鏡自製了一套設備，決定把這短暫而精緻的美記錄下來。1885年，Bentley第一次拍到了雪花的形態。

在他隨後的46年人生中，他為這種天然的美拍攝了5000多張照片，這些作品也確實展現了數千種不同的美。他有一句名言，說沒有兩朵雪花是相同的。這些照片中精選的2000餘張在1931年被美國氣象學會刊印成冊，它的重印版現在還可以買到。

但是，Bentley畢竟是一個攝影師，而不是科學家。他關注的是雪花的美，而非它們背後的故事與它們形成的原因。1932年，中谷宇吉郎來到北海道大學後，他選擇了當地豐富的雪作為自己的研究對象。在這個雪國之地，他首先做的還是觀察，通過3000幅顯微鏡照片，他將雪花分成了41類。為了研究雪花的形成，他建立了低溫實驗室，想要在實驗室的可控環境下製造出人工雪花。

雪花和一般的冰不同，它是水蒸氣不經過液態直接凝華而成的。當小冰核從高空落下時，空氣中的水蒸氣就會在小冰核上生長。由於生長方式對環境十分敏感，雪花也因此有了各種形狀。在實驗室里，可以將凝結核固定在充滿水蒸氣的低溫管里，來模擬雪花的生長。中島遇到的最困難的事是選擇凝結核：很多凝結核都會直接結出大量的雪，無法獲得單一的雪花。最後，中谷找到了兔毛作為凝結核，兔毛纖細，是很好的凝結核材料，而其中的天然油脂又可以阻止多片雪花同時凝結。於是，在兔毛上，我們獲得了第一片人造雪花。中谷最著名的研究結果是一張被稱為中谷圖的雪花形狀圖，其中闡述了不同溫度和過飽和度下的雪花形狀。我們通常所見到的片狀分叉雪花會在0到-5度，或-10到-20度，且過飽和度比較高的情況下產生。-5到-10度之間則是會出現針狀或空心柱狀。過飽和度較低的情況下則是不分叉的六邊形。

在那之後，科學家們對雪花的研究越來越深了。時鐘轉到現在，加州理工大學的教授Kenneth Libbrecht通過精細控制溫度和過飽和度隨時間的變化，可以製造出指定形狀的雪花（這位科學家同時參與了LIGO相關的研究項目……）。當然，現在已經不用兔毛來當凝結核了，而是使用乾冰加水蒸氣生產出的小冰核作為凝結核——這和人工降雪使用的是類似的技術。Libbrecht把雪花的生長分成面生長和分叉生長兩種模式，前者可以讓雪花長出六邊形的片，後者讓雪花產生分叉。事實上，天然形成的雪花裡面還是不規則的居多，真正成六角對稱的反而是需要特意找才能找出來的。由於落下的時候會有些融化，因此邊緣也不是很尖銳。和Bentley所拍攝的天然雪花圖片相比，Libbrecht所製造出的雪花就精緻得多，也有更好的對稱性了。

當Libbrecht把兩個結晶核放到同樣的環境下生長時，就會得到兩朵形狀幾乎完全相同的雪花。此時，距離Bentley得到第一朵雪花的照片已經過去了一百三十年，而地球上的雪，已經下了45億年。

六齣奪天工

寒夜無聲斬霜鋒

漸成億年身

cite：http://snowcrystals.com/

PS：最近在寒夜中發生的事情讓人感到痛心，希望大家能力所能及給予那些需要幫助的人一些溫暖。

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