无叶的花：雪花的形状与研究发展

在我儿时的记忆中，妈妈是个博学多才的知识女性。每当茶足饭饱之余，她常常给我们姐弟几个讲故事，叫我们猜谜语。在我们幼小的心灵里，对大自然充满美好的憧憬。有一年冬天，非常寒冷，窗玻璃上结满冰花。在一个雪花飘飘的日子里，妈妈给我们讲了白毛女的故事，她还教我们唱《白毛女》电影插曲：“北风那个吹，雪花那个飘，雪花那个飘，年来到……”我们很快就学会了。接着，妈妈又出了一条谜语叫我们猜。谜语是这样说的：青石靠青台/花在石上开/是花都有叶/你往无叶上猜。

妈妈提示我们说：“这条谜语，是打一冬天里的自然现象。你们仔细想一想，什么花能在青石板上开，能在冬天里开，而且还没有叶？”

我猜呀，猜呀，猜了半天也没猜出来。倒是姐姐先猜出来了，她说是雪花。妈妈说：“对！是雪花。那落在青石板上的雪花，多么美丽，多么洁白，它们虽然没有青枝绿叶，但也为人们所喜爱。雪不仅为大自然增添了色彩，对农业还大有益处呢！你们没听人说‘瑞雪兆丰年’吗？”妈妈看我们听得入了神，又给我们讲了一段古人赏雪吟诗的有趣故事。

她说，古人对雪景的描写是十分生动的。比如，唐代李白的“燕山雪花大如席，片片吹落轩辕台”，岑参的“忽如一夜春风来，千树万树梨花开”，高骈的“六出飞花入户时，坐看青竹变琼枝”，宋代陆游的“山前千顷谁种玉，座上六时天散花”，清代袁枚的“难得遐荒皆缟素，不论榆柳尽梨花”等，都是流传久广、脍炙人口的诗句。妈妈一口气说了这么多吟咏雪景的诗句，我们当时不可能全听懂。妈妈说，听不懂没关系，以后我会慢慢给你们解释的。今天，我给你们讲个故事。1500多年前，有一天，大雪纷飞。东晋宰相谢安正和几个孩子一起欣赏雪景。谢安不放过任何教孩子们学习的机会，他用诗向孩子们发问道：“白雪纷纷何所似？”一个男孩想了想说：“撒盐空中差可拟。”谢安笑了笑，但没有表态。这时，一个十来岁的文文静静的女孩说：“未若柳絮因风起。”谢安听后非常满意地点了点头，其他孩子也拍手叫好。这个女孩是谢安的侄女，名叫谢道蕴。十来岁的孩子，用短短几个字就把雪花那洁白无瑕的颜色和轻盈飘逸的姿态惟妙惟肖地表达了出来，难怪她后来成为晋代有名的女诗人。

自打听妈妈讲了“无叶的花”以后，我对雪花产生了浓厚兴趣。后来我考取气象院校，系统学习了气象理论知识。走上工作岗位后，每天都和风霜雨雪打交道，对雪花的了解更多了。古代诗人对雪景的描写尽管细腻，但描写的都是宏观世界，对雪花的微观世界所知甚少。你用放大镜观察雪花就会发现，雪花的基本形状是六角形，它和自然界的花不同。西汉时代有一本书叫《韩诗外传》，作者韩婴对雪花观察入微，写道：“凡草木花多五出，雪花独六出。”(www.xing528.com)

雪花不仅6个“瓣”，更有趣的是，每个雪花都有自己的模样，谁和谁都不会完全相同。不过，雪花的形状不管如何千变万化，万变不离其宗——基本形状离不开“六”字：有的像精心雕刻的六边形，有的像放射光芒的六角形，有的像有6条主脉纵横交织的蛛网……这是为什么呢？小学科学课学过，水汽、水、冰，称为水的“三相”。水汽可以凝结成水，水可以冻结成冰。反过来，冰可以融化成水，水可以蒸发成水汽。有时候，水汽可以不经过水而直接变成冰。这种跳越了液体阶段，由气体直接变成固体的过程，叫做凝华。雪花就是由云中的水汽在冰晶上不断凝华而长大的。由于这个冰晶本身具有六角形结构，叫做“六方晶系”，所以，形成的雪花也是六角形的。六方晶系包括六角形柱状体和六角形片状体两种。六方晶系具有4个结晶轴，其中1个是主轴，另外3个是辅轴；3个辅轴都在一个平面上，以60度角相交；辅轴与主轴垂直。当水汽凝华成冰晶时，如果主轴比3个辅轴发育快，就形成柱状六方晶系；反过来，如果主轴比3个辅轴发育慢，就形成片状六方晶系。那么，到底哪个轴先发育呢？这主要决定于当时的温度。经过研究，通常温度为0～3℃和-8～-25℃时，先发育辅轴；-3～-8℃和-25～-40℃时，先发育主轴。雪花的具体形状，又很大程度上取决于水汽的数量。水汽数量多时，就有利于星状、树枝状、长柱状和针状形成，它们的特点都是边角比较尖锐；水汽数量少时，就容易形成花瓣形，呈较宽和钝圆的六角形分枝。由于冰晶在形成雪花前走过的路程比较复杂，它随气流上上下下、左左右右地运动，周围的温度和水汽条件不断变化，使冰晶增长的部位各不相同，结果就形成以六角形为基本形状、千变万化、精致美丽而形状各异的雪花。根据科研需要，国际水文科学协会冰雪委员会把雪花归为7种形状：片状、星状、柱状、针状、立体枝状、柱帽状和不规则形状。

为了研究这种“无叶的花”，许多人做出了巨大贡献，乃至献出毕生精力。

1260年，澳洲人麦格纳斯第一个将雪花记于书中。但他认为雪花是星状，没有指出是六角状。1611年，克普拉在欧洲写了一本关于雪花的书，明确指出雪花是六角形的，但他没有很好地解释出雪花为什么是六角形的。1635年，笛卡尔观测了雪花，绘了一些草图，强调了六角形的规律性。1660年，巴塞列纳斯出版了雪花素描图，第一次指出雪花有晶状分枝，还讨论了晶体的几何结构。17世纪后半叶显微镜问世，促进了对雪晶的研究。1665年，霍克在斯匹茨卑根与格陵兰间航海时，首先将雪晶形状与气象条件联系起来。1681年，意大利牧师罗赛铁试对雪花分类，并对一个六角棱雪晶做了细致描述。1833年，日本土井利发表《雪华图说》，这本书包含86个雪晶细节素描。1840年又出版《续雪华图说》，书中有97个素描。

19世纪后半叶，有了放大技术，对雪晶的研究进一步广泛起来。诺顿司开特及海尔曼拍摄了许多雪晶照片，将雪晶分为片状、柱状及片柱混合状。美国的威尔逊以毕生精力拍摄了1万多张雪花照片，1885年，他挑选2000幅雪花图案，编成非常壮观的《雪花图谱》。他对赞叹不已的人们说：“上天降落到我手中的雪花是极少部分。”雪花专家西逊则断言：“在地球表面，没有两片大小、形状完全相同的雪花。”