雪花冬天的冰冻艺术.docx
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雪花冬天的冰冻艺术
第一章冬天的冰冻艺术
“空气中真是充满了富有创造性的天才，才能产生出这么美妙的东西！
此时我心中的赞赏之情就和看到真正的星星落到我外套上一样。
”
——亨利·大卫·梭罗，《日报》，1856年。
左下角图说：
对页：
雪晶|佛蒙特州东部这棵铁杉树的树枝上装饰着许多雪花，如果你的眼睛够敏锐的话，可以从中分辨出许多星形雪花来。
图片来自玛莎·莱西。
右下角图说：
冰上的图案|整体呈六角形的雪晶上，装饰着一些复杂的图案。
“说真的，你们住在南加州，却专门在一月份跑来这里度假？
”我们冬季旅行时，有人见我们迎着寒冷的北风去寻找和拍摄那些最完美的雪花，往往是这种反应。
是的，我们放弃了欣赏帕萨迪纳晴朗的蓝天，却跑去体验安大略北部、佛蒙特州、密歇根、阿拉斯加中部、日本北部，甚至是瑞典最北部那些布满灰云的天空。
冬季虽有不好之处，但也有它的魅力，大自然精雕细琢出的雪花非常美，相比起我们感受到的美，那些不好之处根本不算什么了。
我们愿意在寒冬中一路向北长途跋涉，原因之一是我们都喜欢冬天，而且也想让我们的孩子们去感受一下。
我俩从小都是在有雪的国度长大的——雷切尔在纽约长大，肯尼思在北达科他州长大，所以我们关于冬天的记忆里充满了雪球、雪城堡、雪人，还有滑雪、坐雪橇以及制作雪花天使的场景。
我们还记得无数个早上当我们醒来，大地披上了一层亮闪闪的白色外衣，整个世界都成了白色仙境。
下雪天的下午回到小学教室，我们特别喜欢的时刻就是老师给我们一些放大镜，让我们到外面去观察落下的雪花——
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上方图说：
分枝的美丽|像这样的星形雪晶有六个主要的分枝，每一个主分枝又有许多侧分枝。
这些也成为我们进行剪纸创作的最终灵感。
天气越冷，雪晶的样子越迷人，我们也就有越充分的时间去观察这些闪耀的小星星的形态和对称结构。
再接下来的活动就变成了寻宝游戏，因为每个孩子都试图找到最大或者最特别的雪花，好给老师留下深刻的印象。
如果花点时间近距离仔细观看的话，你会发现从云中飘落下来的雪花有着令人惊叹的构造。
尽管我俩都很喜欢小时候观察雪花的经历，但在小学之后，我们很快就不再关注它们了。
我们对于这些从天空落下的冰的艺术品失去了兴趣，也不再停下来思考大自然是如何雕琢出这样微观尺度的杰作。
也许是因为对现象本身太熟悉了，熟悉到我们甚至不会再停下来去注意它们。
也或者因为我们拥有的美好事物实在太多了，就好像当你的私家车道上堆满了厚厚的雪，你手上握着一把铁锨，恐怕这时你很难再去欣赏雪花的精细之美。
直到过了很久，我们搬到了南加州几年之后，才开始更深层次地去欣赏那些微小的雪花。
肯尼思开始研究晶体是怎么生长的，有一天，他的注意力开始转移到冰的物理学方面，
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左上角图说：
变化无穷|落到地球上的雪晶有着变化无穷的非凡形状和图案。
右下角图说：
冰中的小平面|许多雪晶中存在着像镜子一样的小平面，这让我们想起宝石的切割平面。
以及那些被我们长期遗忘的雪花的形成。
也许因为他生于北达科他州，这有一定影响，但科学的视角总能让人看到事物的其他方面。
雷切尔也被吸引了过来，很快，我俩的新发现比我们从小到大看到的都多。
通过一个简单的放大镜，我们就能看到不同类型的雪花有很显著的多样性，在显微镜下观看单个的雪晶为我们打开了一个全新的世界，我们能够从中看到不可思议的复杂结构。
这种美丽的、复杂的形式能够自然地出现、轻轻地落到广袤的大地上，而且落下的数量是如此巨大，这真是一件非同寻常的事！
雪花科学引领我们走入了雪花摄影的领域，不久之后的一月中旬，我们就带孩子们一起坐上了北上开往哈德逊湾的火车。
拍了一万多张照片之后，我们希望能和大家一起分享这些引人注目的雪花照片，给大家讲讲有关雪花形成的故事。
接下来的部分，我们将会一起开启冬季云彩之旅，看看雪花是怎么诞生和生长的，探究它们的形态和对称性的起源。
我们也会在实验室里生长出雪花，这样我们就能看到它们生长的过程，在一定条件下实验室里会形成大自然中不曾见过的特别形态。
我们开始思考这些特别的六角形对称结构是如何在稀薄的空气中聚合在一起的。
我们试着去回答孩子们询问的看似最简单的问题：
雪花是从哪里来的？
那么，穿上你的雪地靴，带上你的放大镜，跟随我们一起去近距离看看冬季的冰冻艺术吧。
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左下角图说：
短命的艺术品|拍摄雪花最好是在它们刚从云中落下之后。
一旦雪花掉进雪堆里，它们原本复杂的图案就会慢慢失去精妙的细节。
右上角图说：
蕨叶雪花|密集排布的侧分枝使得这些雪花看上去好似蕨类植物的叶子。
雪花是什么？
当我们说到雪花，我们通常指的是雪晶。
这两个词常被用作同样的意思，不过，从气象学上说它们是有区别的。
雪晶，顾名思义，指的是单个的冰晶，其中的水分子都以精确的六角形排列。
不管什么时候，当你看到的是一个典型的六角形对称结构，那么你正在观看的就是一片雪晶。
雪花则是一个更总括的词汇，可以用来指单个的雪晶、一簇聚在一起的雪晶，甚至是飘落途中碰撞堆积在一起的许多雪晶。
暖和天气的降雪过程中会有大团的雪落下，这些也被叫做雪花，它们每一团都是由几百甚至上千片单独的雪晶组成的。
雪晶通常被称为雪花，这也没什么，就好比我们称郁金香为花，是一样的道理。
有些人认为雪花很简单，就是冻住的雨滴，但事实并非如此。
雨滴在掉落的过程中确实会被冻住，但这种类型的产物叫做冻雨。
冻雨颗粒的样子你恐怕能够想到，就是一滴被冻住的水，不具有雪花那些微妙的形态或对称性结构。
水汽蒸发到空中并非先变成液态水，而是会遇冷直接形成雪花。
随着越来越多的蒸汽凝结成初生的雪晶，雪晶便会生长和发展，产生出华丽的图案来。
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上方图说：
冠柱晶|这两张图展示的是冠柱晶——这是一个名不见经传的雪花类型，当柱状晶的两个末端生长出星形板状晶，最终形成的就是冠柱晶。
标准的雪花是有六个分枝的星形雪花。
也就是滑雪毛衣以及冬季节日装饰爱用的那种雪花样式。
大自然创作出了很多这类雪花的变种，每一个都有着自己独特的形态。
六个主要的分枝上可能还会长出次级分枝，有时候次级分枝很多之后，雪晶看上去就好像蕨类植物的叶子。
有时候次级分枝比较对称，但大部分时候都不对称。
在自然界中你是找不到一片八瓣雪花的。
同理，也没有四瓣、五瓣、七瓣的雪花。
潜在的分子晶体对称结构决定了这些瓣数的雪花根本不可能存在。
如果制作剪纸雪花，八个瓣的很容易做，但真实的雪花是绝不会有八个瓣的，且不说你在节日装饰中所看到的雪花是什么样。
独特的雪花
雪花是一种临时艺术品。
在这本书中，我们为了捕捉到尽可能多的雪花形态，对每片雪花样本都是在掉落过程中进行采集，然后迅速进行拍照。
短短几分钟时间，落下来的雪花就会改变原来的形态。
尖锐的边角开始变圆，精致的结构也会很快消失。
在雪花下落过程中，没有两片雪花是完全一样的，但是落到地面之后，它们的独特性很快就消失了。
在雪堆内部，有图案的雪花杂乱地堆叠在一起，慢慢地会变成一些冰块儿。
为了看到最好的雪花，你需要趁着雪花还很新鲜的时候采集样本。
最早从书中了解雪花的时候，我们对雪花的认知还停留在六个分枝的星形雪花上。
实际上，这种模样的雪花是最大的雪晶，因而你很容易用袖子接住它们然后观看其形态，另外，这种形态也几乎是大众媒体上我们能见到的唯一雪花形态。
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下方图说：
柱状晶和针状晶|柱状晶（左侧）和针状晶（右侧）都是常见的雪花类型。
后来我们认识到雪花有各种各样丰富的类型，雪花王国就好似一个动物园，而星形雪花只是其中的一种，对此我们感到十分惊讶。
我们无意中看到一幅老照片中有一种叫做冠柱晶的晶体，这是一种短小的柱状冰晶，两个末端生长出了板状晶，就好似一根轴上带着两个轮子，或者说像一个空线轴，我们被这种冰晶深深地打动了。
我们俩谁也没有见过这种独特的结构是如何生长的。
然而，当我们开始寻找它们时，却发现冠柱晶非常不容易找到。
我们年轻的时候忽视了它们，因为我们根本不知道它们的存在。
如果你生活在有雪的国家，很有可能你也不会察觉到独特的冠柱晶。
如果是这样的话，下次下雪的时候不妨仔细看一看。
你可能不会在每一场降雪中都看到这种值得关注的冰晶艺术品，但是如果你知道你要找什么样的雪花，冠柱晶和其他类型的雪花一样都是真实存在的。
柱状晶和针状晶也是很常见的雪晶形态。
由于它们尺寸很小，虽然经常出现却很少被人们注意到。
它们最基本的形态是六角形柱状冰晶，很像一根标准的木质铅笔。
柱状晶的末端通常是空心的，也有时它们可能会长成一簇针状晶。
一场暴风雪偶尔会为我们带来许多这样的小冰棒，当它们降落到你的手套上，看上去就像一小截白头发。
雪花王国里有多种多样的六角形结构，从细长的柱状到薄薄的板状，在不同的时间点上又会长出分枝、扇形、图案、空心和小平面。
不同的天气条件会产生不同类型的雪花。
大的星形雪花在较冷的天气下产生，而柱状晶则在刚刚低于零度的天气下很常见。
雪晶形态的变化往往发生在从云层落下的过程中。
雪花有各种各样复杂和古怪的样式等待着我们去发现，它们就这样懒洋洋地飘落到我们地球上。
看雪，还真是一件让人不容易感到困倦的事。
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上方图说：
不对称雪花|并非所有的雪花都表现出完美的六重对称性。
这个样式的星形雪花告诉我们，雪晶各个部位的生长条件并不相同。
下方图说：
十二瓣雪花|两个六瓣雪花有时会粘在一起，形成一个十二瓣雪花。
雪花的秘密一生
尽管雪花样式有无尽种可能，但并不意味着我们能够在天空中落下的雪花上看到每一种形态和图案。
雪花上的图案并不是任意的，而是由雪花形成的过程决定的。
当你知道怎样去解释它们的冰晶结构，雪晶的形态就会告诉你它们是怎么形成的。
雪花不是机器制造的，也没有生命，所以没有设计图或者遗传密码去引导它们该怎样构建。
它们却能长出令人惊叹的装饰以及对称的形态。
雪花是水汽凝华成的小片儿、小冰粒，从云中掉落下来。
它们是怎么发展成这种复杂的六个瓣星形结构的？
是什么样微妙的作用力使得雪晶结构能够发展出无限多种可能性？
每一片雪花里都有一个迷人的故事，哪怕只是一片普通的雪花，也会讲述关于它自发出现的图案和形态的故事。
无形的水蒸气中融入复杂的过程，好似在气象形态上演奏一场空中交响乐。
雪花是丰富的物理过程、数学运算和化学过程综合作用的产物，试试用舌头去接雪花，也很有趣。
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右下角图说：
纽约拍摄，图片来自维塔，全景图库。
亮如玻璃、白似雪
上面的照片从左到右展示的分别是一小堆盐、糖和碎玻璃。
这三种材料本质上都是无色透明的（玻璃尤其如此），但聚集成一小堆时，它们就呈现为白色，这是因为光线照射到上面时没有被吸收，而是被反射了。
入射光被这些微小颗粒的表面反射掉了，反射光汇聚在一起便使颗粒堆呈现为白色。
同样的道理，一堆雪聚在一起时也呈现为白色，同样类似的还有云彩。
冰和水本质上都是透明无色的，但是不计其数的微粒使表面产生反射光，最终呈现出我们所看到的白色外观。
如果凑近了看，单独的雪晶并不是白色的，而是透明的，像一小片玻璃。
给雪花拍照的时候，我们特意从每片雪晶的后方打光，这样光线就会透射过来。
透明材料会使光线发生弯曲，这样能使照片中的样本看得出厚度，也会突显每片雪晶的内部结构和图案。
我们通常也会采用彩色光照明，这样会突显结构特点，并产生各种令人喜爱的图片效果。
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第二章雪花观察
左下角图说
对页：
星形雪花|我们在佛蒙特州的伯灵顿发现了这枚特别华丽的雪花。
“没有疲倦的旅程，也不需要昂贵的机器……冬天的一场暴风雪，一扇打开的窗户，一小块皮毛或珊瑚绒，和一个普通的放大镜，这些必要的装置将能把任意一位好奇的询问者带进观察领域，他只需要睁开眼睛去看看这开放的大自然实验室，去发现其中的宏伟和美丽。
”
——弗朗西斯·奇克林，《云中晶体：
雪花相册》，1864年。
当人们在一场降雪中辨认出单独的雪晶——特别的六角对称结构，雪花才开始有了历史记载。
已知最早的记录是在公元前135年，中国学者韩婴写道“凡草木花多五出，雪花独六出”。
后来也有些中国诗人提到了雪花的对称结构，其中一个例子是公元6世纪的诗人萧统，他这样写道“彤云垂四片之叶，玉雪开六出之花”。
几个世纪之后，欧洲人开始对雪花进行记载，已知文献中最早的是来自1555年斯堪地纳维亚的一位主教马格努斯。
然而，这位教士形容雪花的形状有一些特别的分类，包括新月形、箭头形、铃铛形，甚至还有人头形，确切地说，恐怕他的描述并不能算作西方历史上最早的雪花记录。
英国天文学家托马斯·哈利奥特这方面工作做得更好，他在1591年正确地辨认出了雪花的六角形对称结构。
尽管欧洲在雪花故事方面来的晚，但16世纪末的文艺复兴振兴了学术事业。
欧洲科学迅速发展，学者们开始以全新的活力和带有数学精度的眼睛去审视一切自然现象。
当近距离观看飘落的雪花时，他们的科学好奇心立刻被激发出来了。
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下方图说：
早期的雪花草图|这些雪花手绘图刊于1665年英国科学家罗伯特·胡克出版的著名书籍《显微图谱》中，这本书全书关注的都是微观世界。
这是最早用放大的视角看到的雪花。
审视雪花
法国哲学家、数学家勒内·笛卡尔在1637年首次精确记录了雪晶的细节。
在他对气象和天气的科学研究中，勒内·笛卡尔记录了肉眼能看到的一些特别形态的雪晶，其中包括一些很罕见的形态：
“这场风暴云走后，又来了一个，这次的云仅产生了几片小玫瑰形或车轮形的雪晶，上面有六个半圆形小牙……很透明，很平，……形态非常对称，是你能想到最对称的那种结构。
随后又下了更多这种车轮形雪花，它们两两通过一根轴连接起来，或者更确切地说，因为一开始这些轴很厚，我们也可以把它们描述成一个小晶柱，晶柱的两个顶端带有略大一点的玫瑰形装饰。
后来，落下更多形态微妙的雪花，而且通常顶端的玫瑰或星形装饰并不一样。
再后来，开始下一些轴比较短的雪花，逐渐地更短，最后，这些星形雪花彻底粘合在一起，落下的时候呈现为两片星形，也就是十二瓣，它们的瓣更长，对称更完美，有些瓣完全一样，有些则完全不一样。
”
在这篇文章中，我们可以看到雪花以其微小的形式影响了如今所说现代科学的早期发展。
笛卡尔显然是被他所看到的雪晶完美的几何形态（扁平的薄片和六角形对称结构）所震撼到了。
正是出于这方面以及对其他观察的思考，他开始去探索几何原理和数学是如何在描述自然世界中扮演核心角色的。
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图说：
细致的雪花观察者|法国哲学家和数学家勒内·笛卡尔最为人们熟知的可能是他的形而上格言（我思故我在）。
他还对雪晶做了最全面的早期观察。
佛兰斯·哈尔斯（荷兰十七世纪著名画家）绘——勒内·笛卡尔的画像。
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左上角图说：
雪花启发日本和服设计|19世纪的这幅木板刻画是日本艺术家歌川国贞的作品，展示的是一位时尚女士正在炫耀自己穿的和服，和服上印的图案是各种各样的雪花。
这个设计很可能是受到了1832年土井利位出版的雪花手绘图的启发。
版权所有：
大都会艺术博物馆。
图片来源：
纽约艺术资源。
下方图说：
北极的雪晶|英国探险家威廉·斯科斯比在一次穿越北极的冬季航行中绘制了这幅草图，这幅图后来被收录进他1820年的一本书里——一部关于北极地区的历史以及北部捕鲸者口述信息的报告。
这是第一幅绘制得非常精确的草图，图片用几何图案描绘雪晶的结构，其中还有一些很罕见的形态，比如三角晶和冠柱晶。
斯科斯比还注意到，比起英国来说，寒冷的北极气候下雪晶结构更高度对称。
虽然现在我们认为这是理所当然的，但在那个年代，用数学去解释日常现象还是一种新兴的概念，这在科学方面迈进了一大步。
十七世纪中叶显微镜的出现，使人们能够更好地观察雪花。
英国科学家、早期显微镜学家罗伯特·胡克在他1665年的著作《显微图谱》中，手绘了一些雪晶草图和日常可见的其他各种东西，这本书迅速成为世界最早的科学畅销书。
尽管用现代标准来衡量的话他的显微镜很原始，但胡克的手绘图最早揭示了雪花复杂和精细的对称结构，这些细节都是我们无法用肉眼直接看到的。
随着光学放大镜质量和可用性的发展，雪晶的手绘精度也在不断提高。
到十九世纪中叶，世界上许多观察者都记录了雪晶形态的多样性特征。
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下方图说：
最早的剪纸雪花|弗朗西斯·奇克林是缅因州一位牧师的妻子，在她1864年出版的《云中晶体：
雪花相册》一书里刊出了这些雪晶图片。
她有一次从窗台跌落到地上，便仔细观察了地上的雪花，并迅速在纸上复制出了这些形态，这些图后来被收入她的雪花相册里。
奇克林女士肯定不会想到，她首创的这门手艺后来会被全世界各小学的几百万个孩子们开展实践。
第一幅雪花照片
威尔森·本特利是佛蒙特州杰利科一个小镇的农民，他创造了世界上第一本雪花照片集，唤醒了隐藏在雪花世界里的奇迹。
19世纪80年代，本特利只有十几岁，他开始对雪晶的显微结构感兴趣，并开始试验用摄影作为新媒介去记录他所观察到的事物。
他搭建了一套独创的机器，把相机连接到显微镜上，1885年，本特利成功地拍到了第一张雪花照片，那一年他十九岁。
说本特利一生致力于雪花摄影并不是很确切。
冬季的这种消遣方式后来成了他终生的爱好，在四十六年的时间里，他用照相底片拍摄了超过5000张雪晶照片。
他一辈子都居住在杰利科农场的房子里，每个冬天都用他十几岁时曾使用的那套设备进行雪花拍摄。
在过去几十年里，本特利拍摄的照片出现在各大著名刊物上，让很多人第一次看到雪晶的内部结构和对称性。
几千片雪花，每一片都是独一无二的，
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下方图说：
拍摄雪花|19世纪末，佛蒙特州农民威尔森·本特利自主研发了雪花拍照技术并拍摄出许多照片。
这里展示的是本特利和他专门搭建的雪花照相显微镜。
照片来自杰利科历史学会。
其多样性令人难以置信。
如今我们熟悉的古语“没有两片雪花是完全一样的”，这一说法看上去很可能是源自本特利拍摄的雪花照片。
20世纪20年代末，本特利与美国气象局首席物理学家汉弗莱斯合作，出版了他的代表作，其中包含两千多张雪晶照片。
遗憾的是，就在著作出版几周之后，本特利就因肺炎去世了，享年66岁。
后来的几十年，为了继承这一先锋工作，其他许多人也开始陆续挑战用不断改进的相机和镜头去拍摄雪晶的结构和美丽。
假如本特利能够看到多年后雪花摄影的蓬勃发展，相信他一定会露出会心的微笑。
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上方图说：
第一幅雪花照片|这些只是威尔森·本特利1885年到1931年间拍摄的几千幅雪花照片中很少的一部分。
最初的照片展示的是明亮背景上的明亮晶体，这是因为他的打光方式是从晶体的后方照射。
后来的照片是把晶体轮廓剪出来，然后放置在黑色背景上呈现出来。
图片来自杰利科历史学会。
实验室里的雪花
20世纪30年代，日本物理学家中谷宇吉郎首次在他的实验室里造出了雪晶，这使雪花的故事发生了突然的转折。
当早期的雪花观察者们还受限于相当基本的观察时，中谷宇吉郎已经开始采用20世纪初启用的新科学工具。
中谷宇吉郎读书时是个很有前途的实验物理学家，他研究的方向是电子放电和X射线粒子物理学，都是非常前沿的专题。
20世纪30年代，找到一份工作是件很困难的事，中谷宇吉郎最后来到了日本的北部，在北海道大学谋到一个职位。
北海道大学的研究经费和设备都很有限，寒冷的气候提供了充足的雪晶，中谷宇吉郎很快开始对这方面研究感兴趣。
受到本特利所拍照片的启发，中谷宇吉郎开始了自己的拍照研究，根据形成雪花时不同的大气条件将雪晶进行分类。
很快他就发现，本特利那些耀眼的星形雪花只是最基本的雪花类型。
中谷宇吉郎对柱状晶、针状晶、冠柱晶和其他一些
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不太常见的雪花类型做了许多细致观察，这些组成了他的第一套雪花图册，其中收录的雪花种类非常丰富。
通过直接观察，中谷宇吉郎学到了很多东西，随后他转而去研究这些雪晶在云层中是如何产生出来的。
当他成为冬季降雪方面的世界专家之后，也筹得了一些科学基金，利用最新发明的制冷技术，中谷宇吉郎在北海道建立了一座小型冷库。
有了这座新型设施之后，中谷宇吉郎开始着手于自己制作雪花，开展更近距离的雪花研究。
在实验室里造出雪花是一件非常有挑战性的事情。
自然生成的雪花一边生长一边自由下落，漫长的下落过程给了它们充足的时间去长大。
造一个不落地的制冷机显然是不可能的，中谷宇吉郎需要其他的方法去生成足够大的雪花。
中谷宇吉郎想办法用一根非常细的线把雪花悬吊起来，观察雪花的生长和发展。
这样一来，雪花的生长时间也能被无限延长。
但他遇到了一个困难。
他想要的是单独的雪晶，实际生成的却是在一根线上结满了小冰粒，外面还覆盖了一层霜。
中谷宇吉郎尝试用各种材料来制作细线从而生成单个的雪晶，这些材料包括：
丝、棉、细金属丝，甚至蜘蛛网。
结果所有的材料最后长出的晶体都是一簇小冰粒。
直到1936年，中谷宇吉郎终于成功了，当他试遍各种材料之后终于找到了一种合适的，这就是兔子毛。
毛发的天然油脂破坏了冰核作用，阻止了更多冰粒的生成。
最终形成的单个雪花与云层中形成的天然雪花有着惊人的相似。
这就是世界上第一片人造雪花。
这里我们使用“人造”这个词是因为中谷宇吉郎用水蒸气做出了真正的雪晶，其种类和大自然中的天然雪花一样丰富。
这些雪花虽然是在实验室合成出来的，但却和真正的雪花一模一样。
这种雪和滑雪场的人造雪是不一样的，滑雪场的雪并不是用水蒸气制造出来的，而是通过液态水滴迅速制冷（后面会介绍）产生很多小霰粒，这与天然雪花完全不同。
雪花形态图
在意外发现了兔子毛这一媒介之后，中谷宇吉郎花了几年的时间去制造单个雪晶，变量是环境温度和湿度。
他仔细观察每一片雪晶的形态（包括细节形状和结构）如何依赖于它所生长的环境条件。
他把所有的观察结果汇合成一幅图表，如今我们称之为“雪花形态图”，或者也叫“中谷宇吉郎图”。
对于雪花研究来说，雪花形态图就像一座罗塞塔石碑。
有了它，就可以根据一片雪花的形态去反推它生长的历史过程。
就比如细长的针状晶，它是在湿度很大、温度约21华氏度（-6摄氏度）的环境下生成的。
大的星形雪花是在接近5华氏度（-15摄氏度）的环境下生成的，而极其宽大的分枝表明环境湿度非常大。
雪花形态图还能说明雪晶形态在什么时候发生了改变，一个较好的例子就是冠柱晶。
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雪花形态图
有了雪花形态图，我们可以根据落下的雪花来推断形成它的环境温度和湿度。
温度主要决定雪晶长成板状还是柱状。
板状晶通常在环境温度接近28华氏度（-2摄氏度）或5华氏度（-15摄氏度）的环境中出现，如图所示。
特别大的、枝桠丰富的星形雪花通常只在温度约5华氏度（-15摄氏度）的时候出现。
温度在21华氏度（-6摄氏度）左右时，更容易出现柱状晶和针状晶。
湿度水平会影响雪晶的复杂程度。
湿度较低时，雪晶通常生长得比较缓慢，长成简单的小平面。
湿度较高时，雪晶会迅速长出复杂的枝桠结构。
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下方图说：
来自天空的象形文字|雪花的形态为我们讲述了它生长过程中所经历的温度和湿度变化的故事。
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这种晶体结构出现时，最初所在云层的温度大约为21华氏度（-6摄氏度），因而生长出柱状晶。
随后，风把这些柱状晶带到了一片温度约5华氏度（-15摄氏度）的区域中，这时柱状晶的顶端开始生长出板状晶。
雪花形态图为冠柱晶以及其他一些复杂雪晶的形成提供了非常直观的解释。
中谷宇吉郎常说，雪花就好像是来自天空的象形文字。
有了雪花形态图，我们就可以把雪晶形态与产生它的大气条件联系起来。
单个雪晶的结构就能够被破解了，它就好像是气象学的一种象形文字，揭示了形成雪花的云层条件。
雪花形态图还有更多的用途：
它能用来解释雪晶形态的极端多样性。
从雪花形态图可以看出，温度发生一点微小的变化就能使雪晶生长行为显著改变。
随着雪花在云层中穿过，温度和湿度的微小变化会影响雪花枝桠的生长，最终产生复杂的雪晶形态。
这本书中，我们会多次提及雪花形态图，要想很好地理解雪晶的多样性，雪花形态图是最基本的工具。
合家欢
我们重拾观察雪花的乐趣是在1996年末，那年圣诞节假期，我们一起去北达科他州东北角的格拉夫顿镇看望亲人。
那时我们还不是真正的雪花爱好者，但我们带了一份中谷宇吉郎1954年的经典文本《雪晶：
天然的和人造的》，我
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