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冰是透明的,为什么雪却是白色的?

冬天已经来临,当天空下起一夜的大雪,第二天我们就会看到白色的世界。

但是我们如果将水放进冰箱,只能得到透明的冰块。冰和雪都是由水构成,为何一个是透明的,一个却是白色的?

雪和冰颜色不同,其实是个光学问题??

水和冰为什么是透明的?

冰和雪本质上都是水(H2O),液态水是一种透明的物质,变成冰块后也是透明物质。

从光学上来看,人类的眼睛只能接收到物体反射的光,当光线撞击到一个物体上,物体会吸收光线中的色彩,反射自己没有的颜色,这种颜色反射到人类眼睛,我们就看到了颜色各异的物体。

我们看到的红色花朵,其实是花朵吸收了其他所有颜色,只反射了红色,因此我们的眼睛接收到了红色,就产生了这朵花是红色的“错觉”。

白色会反射所有颜色的光、黑色会吸收所有颜色的光,而透明的物体,光线会直接穿过。

水和冰,两种物质的表面都非常光滑,光线撞击到水和冰时,会直接穿过,不会吸收和反射光线,只会略微干扰光线传播的路径。

因此我们可以透过水和冰看到后面的物体,但是由于光线的折射,我们看到的物体会有略微的变形。

雪为什么是白色的?

水和冰的性质其实非常接近玻璃,我们可以透过玻璃看到对面的景色。但是,如果我们把玻璃打碎,或者把玻璃敲裂开,玻璃的透明度就会大大降低,有幸见过玻璃渣的人肯定知道,玻璃渣都不是透明的。

冰和雪的关系,就类似完整玻璃和玻璃渣的关系,雪花是由形状各异、结构各异的微小冰晶组成,和冰块不同,雪花的表面并不平整,结构也不规整。

虽然雪花本质上是透明的,但是由于其复杂的结构,所有颜色的光都在雪花内部来回反射和折射,最终这些颜色也都反射到我们的眼睛上,多种颜色的光叠加,让我们看到的雪花变成了白色!

雪地也会呈现彩虹的颜色?

虽然雪花会将所有颜色的光平等地反射出去,但是光线的传播却不是平等的。

当雪花的光反射出来后,光的颜色会逐渐发生散射,其中的蓝光可以传播更远的距离,因此我们观察远处的冰山时,会感觉雪盖呈现出蓝色。观察距离越远,这种散射现象越明显,雪的颜色也会越蓝。

雪花本身不会发光,只会平等的反射光线,因此照射到雪地的光源,也会决定雪地的颜色,比如在血月期间,照射雪地的红光较多,但雪花也会吸收一定的红光并且红光的散射最为明显,因此很有可能看到粉红雪地。

在很多地区,生物的作用也会影响雪地的颜色,比如意大利的Presena冰川,由于藻类生物的繁殖,雪地上布满了西瓜色的藻类生物,雪地也就变成了粉红色。

而在野生动物较多的地方,雪地很容易被野生动物踩踏,和泥土混合在一起,这时的雪地就有可能变成土地的黄色~

太阳光包含彩虹的颜色,理论上来说,雪花可以呈现出任何颜色!

但是雪花基本都是对称结构,因此所有颜色的光线在雪花中都是平等的,我们最常看到的也就是所有颜色的集合――白色。

雪花的对称结构,和雪花形成时的外界环境密切相关,目前科学家已经可以在实验室观察雪花的形成过程,并且通过改变环境,创造不同的雪花。

雪花并非“独一无二”???

在很长一段时间里,科学家在大自然中观察到的雪花,其形状和结构都不相同,因此也就出现了一种理论――没有两片相同的树叶,没有两片相同的雪花。

但是科学家在实验室制造雪花时,却发现如果雪花周围的环境完成相同,那么雪花的形状也会大致相同。

在实验室制造雪花时,科学家利用蒸汽水滴为雪花的形成提供水分,再适当调整温度,就可以让雪花逐渐凝结形成。

当科学家制造出两片相同的蒸汽区域时,雪花凝结出来的形状结构基本相同,这代表雪花的结构和形状,是由外界温度以及环境决定,只要外界环境大致相同,雪花的形状也会基本相同。

虽然两片相同的雪花理论上可以创造出来,但是由于蒸汽水滴非常小,即使人类可以通过显微镜看到蒸汽水滴,也无法完全复刻。

存在略微差距的蒸汽环境,会让雪花的形状结构出现略微的不同,尤其是雪花形成的最终阶段,蒸汽水滴的大小和位置略有不同,就会让雪花最终的扩展出现略微差距。