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熱烈慶祝北京終於下了一場統計學顯著的雪_雪花

今天,發生了一件好像沒有什麼,但是小圈子沸騰的“大事”,那就是……北京終於掛上冬天的尾巴,下雪了!

住在北京的朋友們對雪的熱情有多麼大呢?今天中午還沒過完,著名賞雪勝地故宮的8萬張當日門票已被一搶而空,明、後兩天的門票也沒剩多少了!

故宮親自發的初雪自拍 | 故宮博物院微博

為了慶祝北京終於下了一場統計學顯著的雪,我們也來湊個熱鬧,看看和雪花有關的幾個小知識吧!

最早的雪花攝影

出現在一百多年前

1885年,威爾遜·本特利(Wilson Bentley)拍下了第一張清晰記錄單片雪花形態的照片。這位痴迷雪花的攝影師在一生中拍下了超過5000張雪花結晶照

Wilson Bentley的雪花攝影作品

本特利拍攝雪花的方法和今天的雪花攝影師其實沒什麼兩樣:在室外接住一片雪花,迅速地把它轉移到顯微鏡下,並用與之相連的相機拍照。考慮到那時的裝置限制,這些顯微照片所呈現的細節已經相當令人震撼了。

一百多年前的雪花攝影裝備

長不出雪花?

試試這根兔子毛吧

科學家們不滿足於觀察自然界的雪花。為了瞭解雪晶生長的規律,他們還會在實驗室可控的條件下培育“人造雪花”。第一個成功培育出單片人造雪花的人是日本物理學家中谷宇吉郎,下圖中左邊的雪花就是他在實驗室裡生長出來的

這片人造雪花的特別之處在於:它生長在一根兔子毛上。最初,中谷宇吉郎選擇了棉線作為凝結核,但他發現附著在棉線上的冰晶很難長成單片雪花的樣子,換用毛線繩的效果也不理想。而最終,一根兔毛成功地解決了問題。

當然,後來的人造雪花已經不再需要兔子毛了。現在,科學家們能製造出更適合作為雪花凝結核的細小冰晶,也可以通過電場控制人造雪花的結晶過程。

這種帶著一根“杆”的人造雪花就是利用了強電場來干預冰晶生長

裝飾品上八個角的雪花

是不可能存在的

星形雪花都是六角的,這一點由冰晶的晶型決定,水分子在其中總是會排列成多層六邊形的網格狀。

所以,下面這種雪花是無論如何不會存在的……

圖片來自:thelittleblondebaker.com

不過,如果兩個六分支的雪花以近乎完美的形式貼在一起,它們就能變成一朵格外美麗的十二角雪花

圖片來自:Kenneth G. Libbrecht

自然界不好找兩片相同的雪花

但實驗室裡可以

在自然界很難尋覓兩片相同的雪花,不過至少在實驗室裡,製造出兩片幾乎一模一樣的雪花是可以辦到的。

這些雙生雪花誕生在肯尼思•利布萊希特(Kenneth G. Libbrecht)教授的實驗室裡。雪花結晶的形態主要取決於環境中的溫度與溼度,在同一次模擬雪晶生長的實驗中,臨近的兩個雪晶所處的“生長環境”各方面條件都基本相同,因此它們也會長得格外相似。在實驗裝置中製造這些雙生雪花差不多需要30~40分鐘時間,在雪花旁邊圍繞著的是潮溼空氣形成的小霧滴。

雪花不一定是水做的

地球上的雪花是水蒸氣凝華形成的結晶,而在其他星球上,還有其他物質產生的“雪”,比如二氧化碳組成的“乾冰雪”。火星勘測軌道飛行器的觀測結果顯示,在火星表面就存在著乾冰冰晶形成的“降雪”。

當然,二氧化碳的分子性質與水分子非常不同,形成的“冰晶”形態和雪花也完全不一樣。“乾冰雪花”的形狀是截半立方體,個頭也比水冰雪花要小得多,它們飄灑在空中的樣子恐怕遠沒有雪花那麼有觀賞性。看雪還是在地球上比較好啊……

在模擬火星條件下形成的“乾冰雪”結晶 | exploratorium.edu

既然飛出地球了,我們就順便看看其他星球上下雪是啥樣的。

除了不是水做的,有時雪甚至不必是白色的。在火山活動頻繁的木衛一(Io)上,地表下的二氧化硫被加熱到熔融狀態,隨著火山活動而被噴射到寒冷的真空之中。在那裡,二氧化硫很快便會結晶成為薄片,絕大多數會在重力作用下落回木衛一的表面,就像紛紛揚揚的雪花。只不過,這些二氧化硫雪花是黃色的

木衛一表面被黃色的二氧化硫雪覆蓋 | NASA

在更遙遠的海王星衛星——海衛一(Triron)上,雪由氮和甲烷的混合物構成。液態的氮和甲烷在地熱活動中通過噴泉被射到高空,然後凝結成雪飄落下來,覆蓋住了海衛一的南極地區。這些雪是粉紅色的!

海衛一的表面,覆蓋著粉色的雪 | NASA

直到去年我們才得以一睹真容的冥王星,也跟海衛一上一樣,下著粉紅色的雪。從新視野號拍回的照片上就可以看出,冥王星上的那顆“心”,實際上就是一大片粉紅色的雪原。這裡的雪也由氮和甲烷凝結而成,或許還有少量的一氧化碳

矮行星冥王星上的那顆“心”,就是一大片粉紅色的雪原 | NASA

不過話說回來,從太陽系裡各個星球的情況看來,下雪這樣的天氣現象實屬罕見,只有上述極少數的星球上才會出現雪花飄揚的場景。而這其中能夠讓我們開心玩耍,堆個雪人,打個雪仗的,至少目前看來,也只有地球上的雪才可以做到。

所以,你趕在雪化之前打雪仗了嗎?

作者:窗敲雨、Steed

編輯:劈柴

題圖來自@故宮博物院微博

北京的朋友今天看朋友圈,就知道誰已經放假回來了……

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