出品：科普中国
制作：李瑱 中国科学院大学长春光学精密机械与物理研究所
监制：中国科学院计算机网络信息中心
又到了全国各地约好了下雪的季节，你那里下雪了吗？
雪花纷纷扬扬地落下，让人不禁想起了南北朝时期刘义庆先生的《咏雪》，“白雪纷纷何所似”。自古人们就喜欢用美好的词汇来比喻雪，雪花像盐巴、像白糖、像鹅毛......
图片来源：veer图库
如果你专门留意过，会发现大部分雪花都是六瓣状。雪花都是六瓣的吗？雪落下的时候，为什么会形成这个形状？有两片相同的雪花吗？这就要从雪花的形成过程说起。
雪花的形成：冰晶主轴与辅轴的“赛跑”
早在西汉时期就有人总结道：“凡草木花多五出，雪花独六出”。而现在，借助于先进的摄影技术我们能够观察到，雪花的形状各异，但大部分都是六瓣状。
图片来源：veer图库
雪花的本质是冰晶，冰晶是水汽在冰核上凝华增长而形成的固态水合物，是雪花形成时的必要介质，可以看作是幼年期的雪花。随着冰晶的长大，多姿多样的雪花也就形成了。
谚语里面有句“下雪不冷化雪冷”，说的就是空气中的水分遇冷放热凝结成冰晶，而雪融化的时候会吸热变成水，所以会使下雪的时候气温高于化雪的时候。
雪花不会自己凭空产生，它必须依托同温层以下空气中一颗颗肉眼看不到的微尘粒子做“晶核”。晶核是以一些尘埃为中心，与气态水分子一起在较低的温度下形成的一个物质集团，就像磁石一样，能够不断吸附周围的气态的水分子过来，让水分子围着它一层又一层地凝结、不断生长变大为固态，完成相变。
晶核生长的形状有两种趋势：一种是长而细的六棱柱形柱晶，有时它也会两头尖尖，有如一根针，我们称其为“针晶”；另一种是很薄的，就像用小刀切下来的薄皮状铅笔屑一样的六边形片晶。
冰晶雪花（图片来源：veer图库）
为何晶核会朝着两种不同的方向生长呢？这就要追溯到冰晶的结构。冰晶和其他一切晶体一样，其最基本的性质就是具有规则的几何外形，为了便于确定晶面各晶棱在晶体上的位置，我们人为地按照一定规则选择一个坐标轴，并称之为晶轴。在晶体中有一种叫做六方晶系，它有四根晶轴，即一根竖直轴和三根水平轴。
和我们在博物馆见到的水晶类似，冰晶也属于六方晶系，同样具有四个结晶轴，分为三个辅晶轴和一个主晶轴，其中三个辅晶轴互相以60°的角度相交形成一个基面上，主轴垂直于此基面。下面这张图可以帮助大家理解冰晶的结构：
