剑桥上周下雪了。即使只持续了几个小时就转为雨夹雪，但闪闪发光的白色泡状物从天空飘落的景象仍然很美丽。然而，这种现象不仅仅是风景如画——仔细观察，你会发现一些在科学上非常非凡的东西。
几十年来，雪花一直吸引着小孩子和科学家的兴趣。 19 世纪末，美国气象学家“雪花”威尔逊·本特利 (Wilson“Snowflake”Bentley) 出版了一本包含 5000 多张在黑色天鹅绒上拍摄的雪花照片的大量照片集，并指出没有两片雪花是完全相同的。后来，Ukichiro Nakaya 创建了 Nakaya 图，该图可以根据湿度和温度预测雪花的形状。如今，世界雪花专家是加州理工学院物理学教授肯尼思·G·利布瑞希特 (Kenneth G. Libbrecht)，他还获得了最酷副业奖：片场的“雪花顾问” 冷冻。
“每一片雪花在形成时都写下了其在大气层中的旅程的复杂记录，并且永远不会重复”
那么，制作雪花需要哪些步骤呢？在他的书中 雪晶利布雷希特解释说，每片雪花都以微小的水滴开始，然后冻结成冰。由于水分子的结构，它们排列成六角形冰晶。随着晶体的生长，角会伸出，从而更容易吸引进入的水蒸气。这些角比晶体的平面生长得更快，形成向外延伸成分支的突起，从而定义了我们熟悉的六面雪花形状。
重要的是，雪花是由气态水蒸气而不是液态水生长的。空气中的水分子扩散到冰晶上并直接附着在冰晶上，这一过程称为沉积。由于气体直接转变为固体而不是首先形成液滴，因此雪花可以形成精确而精致的细节。
这个过程也解释了为什么每片雪花都有独特的形状。水蒸气扩散并沉积在冰上的速度对温度和湿度等条件高度敏感。在形成过程中，雪花会扫过空气的不同区域。环境的每一个微小变化都会影响它的生长方式，而随着雪花进一步分枝，每一个差异都会被放大。中谷曾经将雪花称为“来自天堂的信件”，他可能是字面意思。每片雪花在形成时都写下了其在大气层中的旅程的复杂记录，并且永远不会以完全相同的方式重复。
“目前的研究重点是开发计算机模型来预测雪花特性，并在实验室中种植雪花来验证这些预测”
一些共同的规则确实存在。由于雪花的形成受到空气中水蒸气含量的限制，因此当湿度较高时，雪花的结构变得更加复杂，而在干燥的地方则更加简单。目前的研究重点是开发计算机模型来预测雪花特性，并在实验室中种植雪花来验证这些预测。
但为什么要研究雪花呢？首先，雪花提供了控制晶体形成的物理过程的案例研究。这在材料科学和工程的其他领域也有应用。它还可以帮助我们了解天气；气象学家利用雪花结构来研究积雪并了解潜在的雪崩情况。
但利布雷希特本人在他的书中 雪晶， 承认他对雪花的研究并不是由任何实际应用驱动的，称其“只不过是（他的）科学爱好”。雪花研究的资金即使不是不存在，也是稀缺的，因为没有直接的回报。因此，“多年来很少有人研究它，”他写道。
也许雪花科学是蓝天研究的完美例子，在最纯粹的意义上是由好奇心驱动的。这个领域从科学家和爱好者小时候用舌头接雪开始就让他们着迷。就像液晶显示器和核磁共振成像一样，可能需要多年后才能发现雪花研究的价值。在那之前，它提醒人们科学的原始动机：人类渴望解释美丽的事物。所以，下次下雪的时候，考虑拿起放大镜和一份 雪花实地指南 并亲自探索。
