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发布时间：2024年07月22日 点击：[5]人次
来源：人造雪100%占领奥运会的奥秘--中国数字科技馆
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冬季奥运会召唤出银装素裹的山峰、溜冰场和装备精良的运动员。冬季奥运会经常在年平均降雪量至少762厘米的地点举行。
但是天气也有反常，北京冬奥运会举行雪上运动项目的山峰随处可见黄土和绿植，几乎没有雪。北京冬奥会举办地冬季通常只有几英寸的降雪量。这意味着比赛基本都在人造雪上举行。
我是一名大气科学家，我的研究领域是山区天气和雪。我还是新晋造雪公司的创始人，同时也是一名滑雪爱好者。人造雪和天然雪有鲜明的差别，探究两者对比赛的影响称得上是一件趣事。
造雪有道
尽管说人造雪和天然雪都是冻结的水，但是绝大多数的滑雪者和单板滑雪者都能立即分辨出它们之间的差异。
传统的造雪机使用高压水、压缩空气和特制喷嘴将微小的液滴吹到空中，再等待液滴在下落过程中冻结。空气够冷简单，但造雪难。
纯净水的凝固点接近零下40摄氏度。只有水中存在微小的悬浮颗粒时，水的凝固点才会接近0度。这些颗粒名为凝结核，像支架一样帮助形成冰晶。
如果没有这些颗粒，水要变冰是十分困难的。基于颗粒的特定分子构型，不同的颗粒可以升高或者降低凝固点。
两种最佳的凝结核选择是碘化银和丁香假单胞菌（Pseudomonas syringae）产生的一种蛋白。绝大多数的造雪系统都会向水中添加这种商业化的细菌蛋白，确保细小的水滴接触地面前完成凝固。
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人造雪上滑行
云雾中凝结核上的小冰晶是天然雪的起点。当小冰晶落入空中，它逐渐长成经典的六边形雪花。
相比较下，人造雪的水滴冻结速度飞快。这样产生的雪包含了数十亿的微小冰球。滑雪时肉眼看到的人造雪和天然雪十分相似，但是天然雪和人造的“感觉”很不一样。
由于微小冰球包裹得非常紧，有些碰到地面才会冻结，人造雪给人感觉坚硬且更像冰。另一方面来说，新鲜的天然“雪粉”给予飞速滑下山峰的滑雪者和单板滑雪者几乎失重的感觉。这大概因为天然雪晶的堆叠非常松散，新鲜的雪粉层至少包含95%的空气。
新鲜的雪粉是滑雪者渴望的，但是奥运会滑雪运动员的想法不一样。比赛的运动员想要滑行得越快越好，同时做出强大、稳定的转向。因此，人造雪的冰晶密度情况更适合比赛。事实上，比赛的举办方经常会向天然雪中添加液态水以适应比赛状况，为运动员提供坚固连续的雪面。
另外一个考虑是，事实上天然的暴风雪会导致昏暗的平光和低可见度，这很难进行比赛或运动。滑雪比赛经常会因为大量的降雪而取消，比如1998年长野奥运会。对于运动员来说，清晰的环境和人造雪也更具有优势。
但是坚硬的人造雪的确也有缺点。出于安全因素，需要跳跃飞翔或离地高空滑行的自由滑雪和单板滑雪似乎会更青睐柔软的天然雪。北欧两项的运动员也是如此，他们最近的碰撞事故告诫人造雪的危险性，因为坚硬的冰面会导致更多的损伤。
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模拟自然，师从天地
尽管奥运会运动员对雪有多种需求，但是对于大多数的业余滑雪者来说天然雪才是更好的选择。因为天然雪晶含有空气，它会更加柔软，滑雪或滑板的时候更加舒服。
数十年来科学家一直尝试制造出更多符合需求的天然雪。人们首先尝试通过向云层播散碘化银制造“真雪”。目的是增加云层的湿度，使其下落成为雪晶。如果你能简化降雪的Wegener-Bergeron-Findeisen过程，理论上会增加降雪率。
事实上，历史证明提升播散效力非常困难。但大范围精心部署的大气检测仪器最近给出的结果表明，向一部分状况良好的暴风雪的云层播散碘化银的确能稍微提高总降雪量。
另一个无需暴风雪的方法是能制造鹅毛般天然雪晶的造雪机。科学家在实验室制造雪花的历史长达数十年，但是制造的过程十分精密，并且通常来说研究人员一次性只能制造少量雪花。因为冰晶通常生长缓慢，研究人员为满足滑雪要求而成数量级扩大造雪规模显得十分棘手。为了满足滑雪者和单板滑雪者对蓬松雪粉的需求，我和我的同事Trey Alvey开发了一种模拟自然冰晶形成大量雪花的技术。我们的公司Quantum Snow对该技术进行商业化。
2022年冬奥会举办地干燥且裸露的山峰事实上并不适合滑雪。但是感谢造雪技术，运动员比赛时能够获得稳定的雪，或按需获得冰面。并且所有的运动爱好者应该感谢现代技术，正是这些技术帮助勇敢的运动员带来高速滑雪和单板滑雪的精彩表演。
撰文：Peter Veal
翻译：陈振翀
审校：王昱
引进来源：科学美国人
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