中秋已过，2018年的冬天即将到来。在中国，因为地理位置原因，部分北方地区已经开始下起小雪，开始入冬。作者身处南方，现在已感受到一丝凉意。小时候，通过电视媒体了解北方大雪纷飞的美景，又对北方孩童打雪仗、堆雪人的的乐趣颇为向往。那白花花的冰雪世界，似乎隐藏着深深的神秘奇缘。那么雪花到底是怎么形成的呢？
雪花的的第一篇论文
说起雪花，那么就要从遥远的历史说起。古代的人们很早就注意到了雪花这个奇怪的形状，也有很多科学家对雪花进行了研究，写下了很多的研究论文。其中最有名的一篇，作者叫做开普勒，是一位天文学家。当年开普勒住在神圣罗马帝国的布拉格这个地方，正在做帝国皇帝鲁道夫二世的数学顾问。那是某一年的年底，快到圣诞节了，很奇怪，鲁道夫二世不知道是忘了还是怎么的，竟然好几个月都没有给开普勒发工资了。年关将近，开普勒是又饿又冷，走在布拉格的街头，想给朋友买个礼物，自己却身无分文，不知道该怎么办。开普勒有点感慨，自己真的是一个一无所有的人。这个时候，突然，天空中飘落下来一片雪花，落在了开普勒的怀里。开普勒突然有了主意，开普勒想，那我干脆给朋友送一个“雪花”吧！
开普勒说干就干，赶紧回到家里开始写关于雪花的论文。论文本身就是用拉丁语写的，讨论的问题就是为什么雪花是六角形的。为了能及时送出这个特别的礼物，开普勒写得也很随意。他并没有认真地研究这个问题，只是模糊地解释说，六边形、三角形和正方形是可以把平面全部填满的图形。就这样，开普勒就直接把这篇论文作为新年礼物，送给了朋友。虽然他没有给出明确回答，但他毕竟是第一个问出。雪花为什么是六边形材并试图探究这个问题的人。后来，人们追认这篇论文为雪花研究的开端之作。
雪花的研究历史
雪花的研究历程后来，很多科学家都尝试记录和研究过雪花的形状。法国非常著名的数学家、哲学家笛卡尔第一次用文字详细描述了雪花的形状。其中有一些雪花的形状非常罕见。他提到，构成雪花的每一根线条都这么直，每一个夹角都彼此相等，雪花的结构真的是太精巧了，笨手笨脚的人类恐怕是做不出来这东西的。第一个直接记录雪花图像的，是罗伯特·胡克。胡克是一位物理学家和发明家，他家手制作了一台显微镜，并且用它来观察身边的万物。他也是最早观察到细胞，并且为细胞命名的人。他也用自己的显微镜观察了雪花，还把自己看到的雪花的样子给画了下来。
不过，在胡克的年代，大家只能通过手绘的方式，把自己从显微镜里看到的东西给画下来。更精细准确的图像记录，要等摄影术发明了之后，才会出现。1879年，德国天文学家、摄影师弗罗热尔拍摄了已知的第一张雪花照片。
但真正把拍摄雪花上升到一个高度的，是美国人威尔逊·本特利。和前面那几位科学家不同，本特利是一个农民。但是他特别喜欢摄影，总是带着那个时候还非常笨重的照相机到处拍来拍去。很快，他就迷上了拍摄雪花这件事，并且开始不断钻研拍摄雪花的技巧。终其一生，这位人称“雪男”的摄影师拍摄了超过5000片雪花，并且，他发现了一个非常有意思的现象一一没有两片雪花是完全一样的。(下图)
雪花是六边形的，且任意两片雪花不完全一样一一这到底是为什么昵?
要弄清楚这个问题，咱们要有合适的工具。这种工具叫做X射线晶体衍射。诶哟，好复杂的一个名字，好像很深奥的样子。不急，我给你一个词一个词解释。首先是X射线，X射线就是X光，咱们上医院检查身体，有的时候要拍X光片，用的就是这个东西。其次是晶体，晶体就是原子或分子通过结晶的过程，形成有一定规则外形的固体，我们平时吃的盐是一种晶体，水结成的冰也是一种晶体；最后是衍射，衍射是一种光的特殊现象：虽然光一般来说是按照直线传播的，但是如果遇到很小的障碍物，它能“绕”过去。把这三个词结合在一起，意思是说，利用X光去照晶体，结果X光出现了衍射这样的现象。通过这样的现象，我们可以知道，在某种晶体当中，分子或原子是怎样排列的。用这种方法去观察冰，我们就可以发现，水变成冰之后，水分子排列成了一个一个的六角形，这就是雪花为什么会形成六角形的前提。接下来的雪花，就是小冰晶周围的水汽被继续粘到这个小冰晶上的结果，六角形的每一条边，粘住水汽的效率是一样的。但是受到气温和湿度波动的影响，水汽粘上的来的速度和方向会不太一样，这就决定了自然界中任意两片雪花形状不同，除非，你可以在实验室条件下精密地设计和控制所有的条件。
科学家也慢慢发现了雪花形成过程中的一些规律。我在下面给你准备了一张示意图，你可以看一下：
这张图上，纵向表示的是湿度，越往上，湿度越大；横向则是温度越往右边越冷。
通过这张图，你可以大概了解这两个数据对雪花形状的影响。简单来说，湿度越大，雪花越复杂；而温度的话有个最适宜的范围，这个范围之外，无论是太高还是太低，雪花都会变得简单。在零下1 0到零下20度之间，湿度又合适的情况下，雪花才会变得最复杂，最漂亮。
参考文献：《气象学》
