科学家揭示冬奥会人造雪如何制造以及如何影响运动员的表现

来自犹他大学的Peter Veals是一名大气科学家，专门研究山区天气和雪。他也是一家造雪公司的创始人，也是一名狂热的滑雪者。天然雪和人工雪之间有明显的区别，他认为看看这些区别是否对比赛有任何影响将是很有趣的。

如何制作人造雪

尽管人造雪和天然雪都是冰冻的水，但大多数滑雪者和滑雪板爱好者都能立即认识到这两者有很大不同。

传统的造雪技术使用高压水、压缩空气和专门的喷嘴，将微小的液滴吹到空中，然后在落到地面时凝固。但是人造雪并不像确保空气足够冷那么简单。

超纯水在冷却到接近零下40摄氏度时才会结冰。只有水中存在微小的悬浮颗粒，才能使其在熟悉的0摄氏度时结冰。这些颗粒被称为冰核，作为一种支架，帮助冰晶形成。没有这些颗粒，水就很难变成冰。不同的颗粒可以提高或降低冰点温度，这取决于它们的具体分子结构。

两种最好的冰核是碘化银和一种由细菌Pseudomonas syringae产生的蛋白质。大多数造雪系统在水中加入一种商业形式的细菌蛋白，以确保大多数小水滴在落地前就已冻结。

在人造雪上滑行

天然雪开始时是云中冰核上的一个小冰晶。随着晶体在空中落下，它慢慢地成长为经典的六边形雪花。相比之下，人类制造的雪从一滴水迅速冻结。由此产生的雪由数十亿个小的球形冰球组成。在滑雪道上用肉眼看，它可能类似于天然雪，但天然雪和人造雪的“感觉”非常不同。

由于小冰球密集地堆积在一起，而且其中一些冰球在接触到地面之前可能还没有冻结，因此人造雪通常给人以坚硬和冰冷的感觉。另一方面，天然“粉状”雪为滑雪者和滑雪板爱好者提供了一种几乎失重的感觉，他们在山坡上翱翔。这主要是因为天然雪的晶体堆积得非常松散 - 新的粉末层有高达95%以上的空气。

虽然天然雪是大多数休闲滑雪者的梦想，但奥运滑雪者却有不同的喜好。选手们希望能够尽可能快地滑行，并利用其锋利的边缘来进行有力的、紧密的转弯。在这些方面，人造雪的致密、冰雪条件实际上更好。事实上，比赛组织者经常向天然雪的比赛场地添加液态水，这将冻结并确保为赛手提供耐用、稳定的表面。

另一个考虑因素是，天然暴雪会产生沉闷、平坦的照明和低能见度--在这种条件下比赛或跳跃都很困难。大规模的自然降雪往往会导致滑雪比赛取消，1998年长野运动会期间的大雪就是如此。对于选手来说，晴朗的天空和人造雪在这方面也有优势。

但是坚硬的人造雪确实有其缺点。自由式滑雪者和单板滑雪者在跳台上飞驰或在离地面很高的轨道上滑行，出于安全考虑，他们似乎更喜欢天然雪的柔软表面。北欧滑雪者也是如此，他们最近标明了人工雪在发生碰撞时的危险性，因为冰硬的表面会导致更多伤害。

模仿自然

虽然奥运会运动员对雪的需求不一，但对于绝大多数休闲滑雪者来说，天然雪要好得多。由于充满空气的晶体，它更柔软，在上面滑雪或滑雪板更令人愉快。

几十年来，科学家们一直在尝试按需创造更多的天然雪。人们尝试制造“真正的 ”雪的第一种方式是通过在自然云层中播撒碘化银。其目的是促进云层中的水分变成下降的雪晶。如果能使这个过程--称为 Wegener-Bergeron-Findeisen 过程--更容易发生，理论上会增加降雪率。

在实践中，历史上很难证明这样做的功效。然而，最近使用大型的、精心部署的大气仪器的工作表明--对于具有适当条件的一小部分风暴--使用碘化银确实可以适度增加降雪总量。

另一个选择是制造可以产生蓬松天然雪晶的造雪机。几十年来，科学家们一直在实验室里培育雪花，但是这个过程很微妙，而且通常研究人员一次只能生产几片雪花。由于冰晶通常生长缓慢，对于研究人员来说，将这一过程的规模扩大到滑雪所需的许多数量级一直很棘手。但是在为滑雪者和滑雪板爱好者生产蓬松的雪晶的过程中，Veals和他的同事Trey Alvey开发了一种工艺，可以使用一种模仿自然晶体形成过程的技术大量生产雪花。他们正在通过他们的公司Quantum Snow将其商业化。

2022年冬奥会场馆所在的干燥、贫瘠的山区并不完全是一个滑雪胜地。但多亏了造雪科学，运动员们将有可靠的，甚至是冰冷的滑雪道来进行比赛。而体育迷们都可以感谢这项技术，使他们能够欣赏到参加滑雪和单板滑雪比赛的勇敢者们所带来的高速奇观。

关键词： 科学家揭示冬奥会人造雪如何制造以及如何影响