本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点
在哈珀·李的《杀死一只知更鸟》（我一直以来最喜欢的小说之一）中有一个场景——小女孩叙述者斯考特看到美丽的白色雪花飘落，以为世界末日要来了。她以前从未见过雪，因为在乡村地区，下雪是非常罕见的事情。
阿拉巴马州。当时世界并没有末日，现在也不会，但这只是又一个证据，表明天气是一件非常古怪的事情。
除非像斯考特一样，我们从未经历过真正的降雪，否则我们可能会认为下雪是很理所当然的事情。毕竟，这只是另一种形式的降水，而且我们对这种特定的循环有相当扎实的理解。需要说明的是，雪不是冷冻的雨滴；那是冰霰。在特定条件下，水蒸气可以直接凝结成微小的冰晶，完全跳过雨滴阶段，通常形成六棱柱的形状（两个六边形的“基面”和六个矩形的“棱面”）。
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但是，该晶体还会吸引空气中更多冷却的水滴。分支从单晶体的角上萌发出来，形成形状越来越复杂的雪花。是的，在所有意图和目的上，没有两片雪花的形状完全相同，至少根据加州理工学院物理学家肯尼斯·利布雷希特（Kenneth Libbrecht）的说法是这样的，他运营着这个专门介绍雪晶的网站。但是，雪晶有 35 种不同的类型，他都仔细地记录了下来。
利布雷希特通常必须在实验室中制造自己的冰晶，或者去更寒冷的地方，如密歇根州、阿拉斯加州或安大略省，才能制作出雪花的高分辨率显微镜图像。（您可以在这里观看实验室中雪晶形成的影片。）
即使这样，这也是一项棘手的工作。他必须用小画笔将精细的结构转移到玻璃载玻片上，并用安装在高分辨率显微镜上的数码相机拍照。所有这些都在室外完成，以防止晶体过快融化。最终的图像非常引人注目——以至于在 2007 年，它们被美国邮政署用在新的 39 美分纪念邮票上。
毫不奇怪，雪花和雪晶的形状长期以来一直让科学家着迷，例如约翰内斯·开普勒，他在 1611 年抽出一些时间进行星空观测，发表了一篇题为《论六角雪花》的短文。他对雪晶似乎总是表现出六重对称性这一事实感到好奇。
大约 20 年后，勒内·笛卡尔在观察到更为罕见的 12 边雪花后，诗意大发，“它们完美地形成六边形，六条边非常笔直，六个角非常相等，以至于人类不可能制造出如此精确的东西。”他思考了如此完美的对称形状是如何形成的，并最终对水循环给出了相当准确的描述，并补充说，“它们不得不以这样一种方式排列自己，即每个雪花都被同一平面上的其他六个雪花包围，遵循自然的通常秩序。”
（缺乏详细的解释是可以原谅的：科学家们需要借助 X 射线晶体学的发展才能真正详细地研究雪晶/雪花的形状和结构。）
利布雷希特有一位历史上的前辈，那就是罗伯特·胡克。胡克的《显微图谱》于 1665 年出版，其中包含一些他在显微镜下观察到的雪花草图——人们推测是快速绘制的，因为雪花无疑在被放置在镜头下后不久就融化了，即使在户外工作也是如此。如果他能获得利布雷希特的设备，他就无需事事亲力亲为——而且他会欣赏到在分辨率提高几个数量级的情况下可观察到的更为复杂的细节。
但是，直到 20 世纪 50 年代，才有一位名叫中谷宇吉郎的日本核物理学家对雪晶进行了真正系统的研究，他识别并编录了所有主要类型的雪晶。（中谷宇吉郎很不幸地被任命为北海道的一位教授，但那里没有可用于他的核研究的设施，因此他将自己卓越的技能应用于唾手可得的东西：雪晶。这真是化腐朽为神奇。）
中谷宇吉郎还证明笛卡尔是错的，笛卡尔曾断言没有人能制造出如此完美的东西。中谷宇吉郎是第一个在实验室中培育人造雪晶的人。1954 年，他出版了一本关于他的发现的书：《雪晶：天然与人造》。以下是利布雷希特的网站对此的评价：“中谷宇吉郎的书籍出色地展现了一项科学调查，这项调查几乎从零开始，并通过系统观察，最终准确地描述了一种迷人的自然现象。”
感谢中谷宇吉郎的开创性工作，我们现在知道某些大气条件，如温度和湿度，会影响雪花的形状。例如，在低湿度条件下，这些形状往往更简单。湿度越高，形状越复杂，如果湿度特别高，它们甚至可以形成长针状或大型薄片状。
科学家们并不完全确定原因，但他们怀疑这与水蒸气分子如何缓慢地融入生长中的冰晶的复杂潜在物理学有关——笛卡尔称之为“自然的通常秩序”。在这种寻常之中仍然存在许多神秘之处。
这就是为什么美国宇航局几年前启动了“全球雪花网络”的原因，这是一个旨在让公众参与“收集和分类”飘落的雪花的大型项目。这些数据正被汇编到一个庞大的数据库中，并附有卫星图像，这将有助于气候学家和其他研究气候相关现象的人更好地了解冬季气象学，因为他们会跟踪全球各地的各种暴风雪。参与的学生、教师和其他感兴趣的人现在有机会参与真正的科学，并更多地了解气候、温度和其他大气特征如何结合起来产生天气现象。
因此，下次今年冬天您所在地区下雪时，请从堆雪人和向街对面讨厌的小孩投掷雪球的活动中抽出一点时间，更仔细地观察每一片雪花。您甚至可以考虑注册 GSN，从而记录您的观察结果以供后人进行科学研究。
注意：本文改编自档案中的一篇旧文章。