雪花形成六边形的原理
雪花之所以形成六边形，主要是因为水分子的化学属性和物理特性在特定的温度和水蒸气条件下相互作用的结果。当水蒸气凝结在冰晶上时，它会积成六个方向上生长新的冰晶分支，形成六个角度相等的六边形。此外，六角形是雪花在平面上最有效率的布置方式。例如，在实验室中观察到，当水汽在特定条件下结晶时，会自然地呈现出六边形的结构。
雪花为何呈现六边形的科学解释
雪花呈现六边形主要归因于水分子的结构。水分子里两个氢原子形成的夹角是固定的 104.5 度，当水冷却变成冰的时候，水分子因为分子间的吸引力绑在了一起。而在这个过程中，由于氢原子之间的夹角是 104.5 度，所以六边形的结构是最稳定的。由此，雪花在形成前就确定了是最基本的六边形冰晶，所以所有雪花都是在基础的六边形冰晶上长出来的，这样就更加稳定了雪花的六边形形状。
雪花六边形结构的影响因素
影响雪花六边形结构的因素主要包括以下几个方面：
水分子结构：水分子里氢原子的夹角固定为 104.5 度，这决定了冰晶在形成时倾向于六边形结构。
冰晶的曲率：不同的曲率会影响冰晶的生长方向和形态。
环境条件：包括温度、湿度等。例如，极状雪花像一块六角形的薄板，有的整齐而对称，有的错综复杂、呈不规则堆叠的六角形，这与云层温度在-15℃左右的狭窄温度范围有关。当云层湿度较高时，会长出更精致的树枝状雪花晶体，湿度较低则易形成简单的板状或者柱状晶体。
雪花六边形形态的研究进展
近代对于雪花晶体成型的系统性研究始于 1930 年，日本科学家 Ukichiro Nakaya 开始对该问题进行研究，通过对温度和湿度进行控制，到 50 年代发现“星型的雪花倾向于在零下 2 到 15 摄氏度形成，柱形雪花则倾向于在零下 5 到 30 摄氏度形成，而星型雪花的形成过程在低湿度环境中不易出现分支，在高湿度环境中则倾向于长出更复杂、更高级的花边结果”。关于雪花的是六方对称的说法已经存在了数千年，不过对雪花正式的研究，还是从开普勒 1611 年的《On the Six-Cornered Snowflack》 (论六角形雪花)开始。
不同环境下雪花六边形的变化
在不同的环境条件下，雪花的六边形会发生变化。例如，最大的最上镜的六瓣星状雪花只生长在云层温度在-15℃左右的狭窄温度范围内，针叶和柱状物雪花最常形成于-6℃左右的云层中。当云层湿度较高时，会长出更精致的树枝状雪花晶体，湿度较低则易形成简单的板状或者柱状晶体。目前，尽管研究人员一直在研究预测雪花晶体形状的理论方程，但我们仍然不知道形成特定形状背后的精确变量。多年来，雪花晶体可以分类的种类数量一直在稳步增加，在 20 世纪 30 年代的早期研究中，它们被分为 21 个不同的基于形状的类别；在 20 世纪 50 年代，这个类别扩大到 42 个类别，在 20 世纪 60 年代扩大到 80 个类别，2013 年扩大到惊人的 121 个类别。