冰是透明的,為什麼雪卻是白色的?


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冰是透明的,為什麼雪卻是白色的?

冬天已經來臨,當天空下起一夜的大雪,第二天我們就會看到白色的世界。

但是我們如果將水放進冰箱,只能得到透明的冰塊。冰和雪都是由水構成,為何一個是透明的,一個卻是白色的?

雪和冰顏色不同,其實是個光學問題? ?

水和冰為什麼是透明的?

冰和雪本質上都是水(H2O),液態水是一種透明的物質,變成冰塊後也是透明物質。

從光學上來看,人類的眼睛只能接收到物體反射的光,當光線撞擊到一個物體上,物體會吸收光線中的色彩,反射自己沒有的顏色,這種顏色反射到人類眼睛,我們就看到了顏色各異的物體。

我們看到的紅色花朵,其實是花朵吸收了其他所有顏色,只反射了紅色,因此我們的眼睛接收到了紅色,就產生了這朵花是紅色的“錯覺”。

白色會反射所有顏色的光、黑色會吸收所有顏色的光,而透明的物體,光線會直接穿過。

水和冰,兩種物質的表面都非常光滑,光線撞擊到水和冰時,會直接穿過,不會吸收和反射光線,只會略微干擾光線傳播的路徑。

因此我們可以透過水和冰看到後面的物體,但是由於光線的折射,我們看到的物體會有略微的變形。

雪為什麼是白色的?

水和冰的性質其實非常接近玻璃,我們可以透過玻璃看到對面的景色。但是,如果我們把玻璃打碎,或者把玻璃敲裂開,玻璃的透明度就會大大降低,有幸見過玻璃渣的人肯定知道,玻璃渣都不是透明的。

冰和雪的關係,就類似完整玻璃和玻璃渣的關係,雪花是由形狀各異、結構各異的微小冰晶組成,和冰塊不同,雪花的表面並不平整,結構也不規整。

雖然雪花本質上是透明的,但是由於其複雜的結構,所有顏色的光都在雪花內部來回反射和折射,最終這些顏色也都反射到我們的眼睛上,多種顏色的光疊加,讓我們看到的雪花變成了白色!

雪地也會呈現彩虹的顏色?

雖然雪花會將所有顏色的光平等地反射出去,但是光線的傳播卻不是平等的。

當雪花的光反射出來後,光的顏色會逐漸發生散射,其中的藍光可以傳播更遠的距離,因此我們觀察遠處的冰山時,會感覺雪蓋呈現出藍色。觀察距離越遠,這種散射現象越明顯,雪的顏色也會越藍。

雪花本身不會發光,只會平等的反射光線,因此照射到雪地的光源,也會決定雪地的顏色,比如在血月期間,照射雪地的紅光較多,但雪花也會吸收一定的紅光並且紅光的散射最為明顯,因此很有可能看到粉紅雪地。

在很多地區,生物的作用也會影響雪地的顏色,比如意大利的Presena冰川,由於藻類生物的繁殖,雪地上佈滿了西瓜色的藻類生物,雪地也就變成了粉紅色。

而在野生動物較多的地方,雪地很容易被野生動物踩踏,和泥土混合在一起,這時的雪地就有可能變成土地的黃色~

太陽光包含彩虹的顏色,理論上來說,雪花可以呈現出任何顏色!

但是雪花基本都是對稱結構,因此所有顏色的光線在雪花中都是平等的,我們最常看到的也就是所有顏色的集合——白色。

雪花的對稱結構,和雪花形成時的外界環境密切相關,目前科學家已經可以在實驗室觀察雪花的形成過程,並且通過改變環境,創造不同的雪花。

雪花並非“獨一無二”? ??

在很長一段時間裡,科學家在大自然中觀察到的雪花,其形狀和結構都不相同,因此也就出現了一種理論——沒有兩片相同的樹葉,沒有兩片相同的雪花。

但是科學家在實驗室製造雪花時,卻發現如果雪花周圍的環境完成相同,那麼雪花的形狀也會大致相同。

在實驗室製造雪花時,科學家利用蒸汽水滴為雪花的形成提供水分,再適當調整溫度,就可以讓雪花逐漸凝結形成。

當科學家製造出兩片相同的蒸汽區域時,雪花凝結出來的形狀結構基本相同,這代表雪花的結構和形狀,是由外界溫度以及環境決定,只要外界環境大致相同,雪花的形狀也會基本相同。

雖然兩片相同的雪花理論上可以創造出來,但是由於蒸汽水滴非常小,即使人類可以通過顯微鏡看到蒸汽水滴,也無法完全復刻。

存在略微差距的蒸汽環境,會讓雪花的形狀結構出現略微的不同,尤其是雪花形成的最終階段,蒸汽水滴的大小和位置略有不同,就會讓雪花最終的擴展出現略微差距。