雪花是在云里面开始形成的。
地面的江河湖海的水被太阳光加热,一部分水变成水蒸气,进入地球大气。大气中能容纳的水蒸气是有限度的,气温越低,大气中能容纳的水蒸气就越少。当气温变低时,大气中水蒸气过量,一部分水蒸气就要变回液态水。水蒸气是跑单的水分子,要把它们聚拢在一起变成液态水,需要先找到集合地点。在地面上,集合地点是花花草草、砖头瓦块等等,水蒸气变成的水我们称为露水。在高空,水蒸气的集合地点是空气中漂浮的尘埃,水蒸气变成无数小液滴,每个小液滴都包着一粒尘埃,这就成了我们能看得见的云。
从水蒸气到云。(图源:NASA)
气温继续降低,小液滴会结冰,在云里飘来飘去,捕获周围的水蒸气,逐渐显出六棱柱的形状,这就是前文所说的钻石尘。冰继续长大,但棱上长得更快,逐渐长成六角星的雪花。整个过程约15分钟。雪花长得越来越重,就开始掉落,离开云之后,雪花不再长大,因为没有水蒸气供应了。雪花慢慢飘落,以不到2km/h的速度抵达地球。

雪花有多少种?

不好说,目前还没有一个绝对的分类方法,以后也不大可能会有。
世界上没有两片完全一样的雪花,随着时间的推移,人们对雪花辨认得越来越细致,分类表格也越来越庞大。1930年代,雪花分为21类,到1950年代,增长到42类,到1980年代,膨胀到80类,2013年,雪花分类增长到121类。
雪花就这121种类型吗?绝不,看你如何定义“类型”了。
雪花外形各异,有无数种可能,但又不是随意长出来的。雪花不是机器生产出来的,也没有生命,没有遗传密码。雪花都是没有固定形状的水蒸气变成的。雪花的形状是由晶体生长的科学规律决定的,反过来,从雪花形状也可以反推它在形成过程中经历了什么。雪花的背后是物理学、化学和数学共同创造的神奇。
不对称雪花,说明雪花在形成过程中各部分所处的环境不一样。(图源:The Snowflake: Winter’s Frozen Artistry 2015)
十二分枝的雪花是两个雪花粘合在一起形成的。(图源:snowcrystals.com)
根据雪花形貌与形成环境(温度、湿度)之间的关系,科学家总结出了如下的图。这个图依然在继续完善过程中。
雪花形貌与形成环境(温度、湿度)之间的关系。(图源:中国国家地理)
要鉴别121类雪花略显得复杂,对于赏雪活动而言,以下35种雪花类型的分类表非常便于使用。
35种雪花类型。(图源:snowcrystals.com)

雪花形状为什么有明显的六重对称性?

大多数种类的雪花关于垂直自身的中心轴对称,每转60°,形状与转之前重合,这叫做六重对称性。
最常见的雪花形状是六角星,这个图形是许多冬季用品和装饰上的经典图标,就连古人也注意到了这个特点,西汉人韩婴的《韩诗外传》中就有“凡草木花多五出,雪花独六出”的记载。
最常见的雪花形状是六角星。(图源:knowablemagazine.org)
雪花的六个主干上还可以长出更多侧枝,侧枝非常非常多的雪花看起来就像蕨类植物的叶子。
侧枝众多,雪花像蕨类植物的叶子。(图源:snowcrystals.com)
你可能发现,装饰图标还经常会出现四角、五角、七角、八角对称性的雪花,这样的雪花在自然界中其实是不可能出现的。为什么呢?第一个试图在科学上解释雪花六角对称性的是开普勒,就是那个提出行星运动三大定律的开普勒。开普勒是神圣罗马帝国皇帝鲁道夫二世的皇家天文学家,但经常被拖欠工资。1611年,快过年了,工资还没发下来,连给朋友送新年礼物的钱都没有。他便把自己对雪花的思考,写成一本书,Strena Seu deNive Sexangula (The Six-Cornered Snowflake《六角雪花》),作为新年礼物送给朋友,这部著作也成了雪花科学研究的开山之作。