可以看到左边的是天然雪加上一些人造雪，右边的是人造雪，明显是球形的。
人造雪的发现也是一个惊喜。 Wasilewsk 说，在 1990 年代，美国农业部正在研究天然雪和人造雪之间的差异，当时它使用显微镜偶然发现了形态差异。
那么为什么人造雪是球形的呢？ 这与人造雪的形成过程和晶核的组成有关。
Wasilewski 研究雪花已有 20 多年。 他解释说雪造舞台机，天然雪花的核子是尘埃，它们不会加速解凝，而是随着每一片雪花落下时的轨迹，在自然落下的过程中慢慢凝结。 它们会因温度和湿度的差异而长出不同形状的“花瓣”； 但是，人造雪的核是由水滴形成的冰晶，结晶过程非常快。 这两点使得人造雪和天然雪的形态有明显的区别。
1951年国际冰冻圈科学协会对雪花形态的分类。图片来源：Vincent J. Schaefer
人造雪与天然雪的形态差异具有重要的物理意义，即天然雪更柔软，但也更容易塌陷，而人造雪更致密。 造雪机的人造雪密度为每立方米450公斤，天然雪为每立方米250公斤。 事实上，高密度人造雪更适合回转滑雪。
激流回旋需要密实的雪，因此人造雪更可取。
说到这里，你一定很好奇人造雪是如何制作出来的。
不管是哪种造雪机，人造雪的制造过程都可以压缩成一句话：首先，水滴产生微小的冰晶，也就是晶核，然后将晶核向外喷射，让水雾接触与晶核形成雪花。
造雪机（图1）利用压缩空气和水吹出冰晶核（图3），再遇到一波水雾形成雪花（图4）。 图片来源：TechnoAlpin
造雪的原理说起来简单，但世界上能制造造雪机的公司屈指可数。 根据《经济学人》2017年的一份报告，目前全球造雪机市场主要由几家欧美公司主导雪造舞台机，即天冰、德马连科和SUFAG。
您可能熟悉其中一个名称。 北京冬奥会的人造雪全部由天冰机器制造。 “我们是北京 2022 年冬季奥运会造雪系统的唯一供应商，”天冰亚洲区经理 Michael Mayr 说。
这些企业之所以能够垄断造雪机市场，是因为他们掌握了造雪机的核心技术——核武器。
成核器喷出晶核和压缩空气的混合物，这也是造雪机的关键。 图片来源：BETE
在造雪机中，与水形成晶核的部件称为成核剂，成核剂是造雪机的关键技术瓶颈之一。
这是因为，要成为晶核，水滴必须小到30-70微米，几乎和头发丝一样细。 这种精度是核装置的技术难点。
这个过程是依靠核反应堆内部的高压气体来实现的。 高压气体可以使水滴变小。 同时，依靠理想气体状态方程，高压气体还可以冷却膨胀时的水滴，使其变成冰晶。 能完成这些操作的高压气体的压力约为大气压的7倍，水压是大气压的100多倍。
根据理想气体状态方程，当气体体积增大时，温度降低，反之，温度升高。 当高压气体喷出时，体积迅速增大，从而冷却水滴。 图片来源：chemistrygod.com
这也是为什么在本届冬奥会上，我国自主研发的卡宾雪麒麟M2造雪机作为一项重大技术突破被摆在科技冬奥馆的中央。
所以从某种意义上说，人造雪比天然雪更珍贵。
一台造雪机生产1立方米的雪需要0.6-2千瓦时的能量，几乎相当于一台家用空调工作一小时的能耗。 造雪能源占美国滑雪场总成本的一半。
Stubai 阿尔卑斯山人造雪蓄水。 图片来源：维基百科
人造雪的原料水也是一个大问题。 据环球时报2月8日报道，冬奥会计划用水39万吨。 幸运的是，部分人造雪来自地表径流和雨水，以及融雪的再利用。
总之，冬奥会不仅展示了人体的天花板，更是尖端科技的舞台。 值得敬佩的不仅仅是运动员，还有他们脚下的雪花。
假冰是一块冰，真冰就像死去的灰烬。
参考：
