冬奧人工造雪，竟然有這么玄學的“癖好”

在本次北京冬奧會中有一個可能讓不少人感到奇怪的現象： 很多雪上項目反而“怕下雪”。這是因為天然雪的松軟質地會 增大賽道的摩擦力，下雪天的升溫則會 影響賽道的雪溫和雪質，同時，降雪天氣造成的能見度降低也會 影響運動員和裁判的視線。今天，我國選手谷愛凌參加的自由式滑雪坡面障礙技巧比賽就因大雪而延遲。

為了克服天然雪的阻礙，人工雪成為冬奧賽事的選擇。本次北京冬奧會的冰雪正是采取了人工造雪技術制造出來的。 根據含水量不同，造雪機可以制作出九種雪，“越野場地使用較干燥的5號雪，而跳臺著陸坡造雪則使用6、7號雪。”張家口古楊樹場館群造雪負責人魏慶華說。

“ 通過改變粒徑、含水量和硬度，人造雪能夠滿足不同賽事的需求，形成更加穩定、狀態一致的雪道，有力地保障了比賽的公平。”北京冬奧組委新聞發言人嚴家蓉說。

在制冰界，有一個流傳已久的傳說——音樂可以幫助冰結晶。

2014年索契冬奧會上，制冰大師迪米特里?格里戈里耶夫（Dimitri Grigoriev）在鋪設冰道的時候就播放了維爾瓦第的《四季》：“這樣冰會用更合適、更硬實的方式結晶化。”他告訴美國公共廣播電視臺（NPR）。

等一下！如果這事兒是真的， 那在聽到《四季》里《夏》樂章的時候，冰不會融化嗎？

NPR的記者可能也有同樣的疑惑，所以他們回去后仔細查閱了資料。結果他們 沒找到任何科學依據，只能把這事歸結為制冰界的民間傳說。

維瓦爾第：我就靜靜地看著你們瞎折騰 | Wikipedia

奧運用冰，沒那么簡單

同為制冰大師的特雷西·塞茨（Tracy Seitz）就對這種迷信嗤之以鼻。“如果我們要做些什么，那我們很可能會播點重金屬音樂。”這樣，他的員工就可以在艱苦的工作時間里“保持清醒并且努力工作”。

塞茨之所以用艱苦來形容這項工作，是因為 制造冰塊需要做的事情比人們想的要復雜得多。

在分子水平上，奧運會項目上的冰雪和用來堆雪人的、堵在你門前的和讓沒準備的人在車道上打滑的東西完全一樣。但是，所有制冰的水，都是在 比賽前經過幾個月精心調整的，以使這些結冰形態的水達到最優狀態。

中國選手金博洋在比賽中 | 新華社

“這不僅僅是一塊巨大的冰，跟你通常想到的，比如家里冰箱中冰塊的那種不一樣。”在猶他大學研究冰結構的數學家肯尼思?戈爾登（Kenneth Golden）說，“這是一種比人們通常以為的要 有趣、復雜得多的物質。”

制冰，水的純度超重要

制作任何滑冰場或冰道需要的冰的第一步是 提純水， 去除溶解在其中的固體，比如鹽和礦物質。在滑冰場或者冰道中，雜質會聚集在晶體之間或者被擠到表面，造成冰中的多處微小脆弱點。 水越純凈，冰面就越平滑穩固。

制冰大師們把冰塑造成了地球上最了不起的結構之一。在距奧運會 至少一年前，他們就在混凝土賽道或者滑冰場上 噴了上百層極薄的超純水，再用一個內置的快速冰凍系統進行冷凍。供有舵雪橇比賽使用的冰道，需要花費 大約5天的連續作業才能鋪好，塞茨說。

濕潤的空氣凍結在冰面時，會形成霜層，而這個過程可以防止霜層的形成。霜層會捕捉冰里的空氣泡，而這些氣泡向外移動時會形成小凹痕。

一位制冰大師在檢查冰面 | Patrick Semansky/AP

冰是固體，但也在“流動”

“我們不把冰當成液體，但是 它們的流動性非常好，無時無刻不在流動。”塞茨說，“這些冰里的 空氣層會造成薄弱點，可以逃出去讓冰面變得不再穩定。”對于有舵雪橇比賽來說，一個小小的凹痕就可能導致顛簸，加深事故風險。“一次撞擊變成兩次撞擊，兩次撞擊再變成三次撞擊，然后一直持續下去。”

其他冰上項目比如像冰球、滑冰以及冰壺使用了相似的精細構層法。但是 對于每一項運動來說，理想的冰的溫度和厚度是不一樣的。比如滑冰需要最厚和最暖的冰：大約5厘米的冰面及溫和的-4℃的溫度。這讓滑冰者們可以將冰鞋鉤在冰上，完成對抗重力的跳躍、旋轉。

中國花滑運動員金博洋在本次冬奧上的短節目《臥虎藏龍》

這些魔力并不僅僅來自于人的改造，還來自于冰本身的性能。在冰的邊緣，冰中的水分子不是像中心部分的水分子一樣牢牢固定成蜂巢狀，而是形成了類似于液體的層。 這種“預融層”可以潤滑冰面，同時賦予冰獨特的溜滑質地。冰鞋或冰刀施加在一道冰面上的尖銳壓力，可以略微降低冰的融點，有助于光滑水層的形成。冰面上因為冰刀摩擦力造成的輕微融化，也為這種冰水混合物添加了液體。

雪花，會減緩運動員速度

在冰雪運動中讓速度 最慢的環境，也是休閑滑雪愛好者們最喜歡的東西： 剛落下來的雪末。

與因水凍結而形成的冰不同， 雪是在“過冷”或是剛好在冰點以下時候，由大氣中的水分或者水蒸氣結晶形成的。水蒸氣必須與其他物體相接觸，才能開始結晶，比如說一些灰塵的微粒。否則，造雪就需要極度的寒冷——在-30℃以下，冰晶體才能單獨形成雪花。

一旦成雪開始，晶體就會吸引其他過冷的水蒸氣組成錯綜復雜的雪花。但 雪花美麗的棱角對滑雪板來說太過粗糙，會減緩奧運選手的速度。“它的表面 不均勻，即使在顯微層面上講也是如此。”薩拉?康納德（Sarah Konrad）說。她是冰川學博士，也是美國歷史上首個獲得兩項不同冬季賽事參賽資格的女性。

圖 | Merriam-Webster

變形的雪花，更加圓潤

一旦雪花觸碰到地面，這些雪花的結構就開始變化。除了風和其他物理作用力的影響之外， 雪花本身也會隨著時間而慢慢變形，變得越來越緊湊圓潤。“它從這種羽毛狀的精巧晶體變成了一種像滾珠軸承的東西，”康納德說，“這樣速度就可以變快很多，因為雪花的邊緣已經不那么粗糙了。”

有些賽道建造專家甚至更喜歡人工雪花。他們說人工雪花有一種“舊雪”感，不需要像自然雪花一樣等待時間的流逝來獲得這種特質。

這種雪花是通過 在場館內噴射細水霧和壓縮空氣制造的。空氣的膨脹能使霧氣冷卻并讓它們保持在高處，確保有足夠的冷凍時間。這樣晶體就缺乏形成復雜六翼狀雪花的條件和時間，康納德說，所以 最終的形狀是可預測的，這讓場館建設變得更容易。

微觀雪花 | Vadym Cherenko / Alamy

賽道維護：細致的長期工作

然而對于高山賽道的建設，需要做很多工作來保證賽道能達高速且耐用。工程師常常 弄濕表層讓賽道重新冷凍。但是如果雪太濕或者空氣過于溫暖，那么賽道會很快變得滿是劃痕、七零八碎。在奧運會到來之前，負責維護雪道的人 花費數月的時間照看賽道的運行效果——不間斷地塑形、重塑賽道的每個坡道、角落，以達到穩固、高速的賽道和冰層的完美平衡。

當然，有時候 突如其來的壞天氣是無法避免的。2014年索契冬奧會就遭遇過這件事，那時過于溫暖的環境導致賽道變得崎嶇坑洼，雪呈粒狀或者說像“糖”一樣了。在單板滑雪U形池的比賽中，有超過一半的選手在資格賽時摔落。兩屆奧運會獎牌得主漢納?泰特（Hannah Teter）說這個賽道 “危險”又“糟糕”。

成功的和撲街的單板滑雪

對于越野滑雪比賽，康納德說，“在溫暖的環境下， 你上的蠟和蠟的結構，會變得非常重要。”各種各樣的組合蠟會用在滑雪板的底部，有助于它們在雪上順暢滑動。如果你用了錯誤的蠟，“你真的能搞砸一切。”

滑雪隊會在滑雪蠟技師身上，花費非常多的金錢和時間。這些技師會在距離奧運會開幕兩年前就被派去賽道，掌握環境變動的范圍，和針對每種條件的最佳滑雪蠟選擇。

熨燙滑板蠟 | ellis-brigham.com

雪上項目的窘境：氣候變暖降雪少

隨著氣候變暖和部分地區的降雪越來越少，冬季戶外運動面臨威脅。在索契，組織者制造的雪足夠去覆蓋1000個足球場，人們用瑜伽墊般的隔熱毯子蓋住這些大量成堆的雪花。隨著人工造雪技術和存雪技術一年年的進步，這樣的修復方案也許會在未來的冬奧會中變得越來越重要。

索契冬奧會，用隔熱毯覆蓋保存的雪 | ABC News

有時冬奧會的溫度甚至降到某些運動的最佳溫度之下。塞茨說，對于有舵雪橇運動當溫度低于-5℃時，冰會特別容易碎。康納德說，越野滑雪的“快樂溫度”大約是-4℃， 更冷的溫度會讓雪變得干燥、速度也會被減緩。

作者：Maya Wei-Haas

翻譯：錦衣Reload

校對：vicko238、Fangorn

編輯：luna

編譯來源：Smithsonian. The Slick Science of Making Olympic Snow and Ice