前几天,北京迎来了今年的第一场雪,飞雪漫舞、银装素裹,雪景带给人无尽美的享受。其实,每一片雪花的美也很令人震撼。今天就让我们一起去领略一下雪花的美吧。我们的雪花欣赏之旅从最小的雪晶——钻石尘开始。冬天特别冷的日子里,在阳光或明亮的路灯照射下,周围空气中一闪一闪亮晶晶,好像碎钻撒空中,因此被称为“钻石尘”。钻石尘不是天上下钻石,而是水蒸气凝结成的冰晶。
钻石尘是六棱柱状的,非常小,几十分之一毫米大,不能被肉眼直接看见,在亮光照射下,六个平面的反射光使我们注意到它们。平常的雪花还在云里面最初的样子就是钻石尘。钻石尘可遇不可求,但星树状雪晶轻易可见。下雪的时候,你仔细看看飘落在你衣袖(最好是黑色衣服)上的雪,一般是星树状。术语雪晶在日常口语中叫做雪花,就因为此种雪晶。这种最常见的雪花,大的可以达5毫米以上,但非常薄,厚度只有几十微米。
没有侧枝的雪花,我们称为星盘状雪花。星盘状雪花一般比星树状雪花小。星盘状雪花最明显的特点在于处处体现着六重对称性。除了雪花专业人士,普通人一般意识不到柱状和针状雪花的存在,其实它们并不罕见。一个原因是,它们太小了。下次下雪的时候,你可以带个放大镜,仔细看看飘落在你衣袖上的雪花,看看能否发现它们的踪影。不过,要看到它们的细节,还得有显微镜才行。柱状雪花的两端一般会有圆锥形的孔洞。
冠柱形雪花也是我们不熟悉的雪花,但并非稀有,你要是刻意去找,还是比较容易找到。冠柱形雪花有各种大小和形状,观察起来,乐趣无穷。冠柱形雪花两“车轮”中间的柱如果很短,这样的雪花叫做双盘形雪花。乍看上去看像星盘形雪花,如果仔细看,会看到还有一个盘,与正对我们的盘错开约三分之一。三角形雪花其实与六角盘形雪花是一类,只不过雪花在长大过程中,三个面比另外三个面长得快,最后呈现为三个角被截掉的三角形雪花。
十二角星形雪花是两个平常的六角星形雪花碰撞之后结合在一起形成。你知道美丽的雾凇吧,那是液滴结的冰。不仅仅是树上能结雾凇,雪上也可以。云中长出的雪晶与水滴相撞,水滴在雪上结成冰,即凇,这样的雪花就是结凇雪花。雪花长成之后再结凇,依然保持美丽。雪花结上厚厚的凇,被称为“霰”(Graupel),外观不让人觉得美丽。雪花就是被冻住的雨吗?非也。
雨夹雪天气中的雪是被冻住的雨,与下雪天下的雪是不一样的,差别在于前者没有规整的外形,而后者有规整的外形。规整的外形的物质称为晶体,雪花就是水的晶体。雪花外形规整是因为内部水分子排列得整齐。液态的水和雨夹雪中的雪没有规整外形,因为内部水分子就是乱七八糟的。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。
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。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。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。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。
拍雪花和拍其他自然美景的要求差不多,要求有一双发现美的眼睛,一套合适的装备,对优美照片的强烈渴望。拍雪花有特别的挑战,因为雪花又小又脆弱。拍雪花,装备不是最重要的,智能手机配上夹式微距镜头即可动手,最重要的是眼光和运气。下雪天气,在室外支好集雪板,在集雪板上找美妙的雪花,用小刷子转移至载玻片上,将载玻片放至镜头下,来回移动载玻片,在相机取景器里找到心仪的景象,按下快门,拍出照片。
这个过程要快,动作慢了,雪花就化了。给雪花拍照的一大挑战是,雪花透明无色。最直接的方法是在正面或侧面给雪花打光。如果雪花放大的倍数比较大,这样拍出的照片可能会不太美观,雪花边缘散射的光多,显得明亮,而雪花中心平面区域散射的光少,显得黑暗。改进的打光方式是,在雪花后面打光。这种方式也有明显的缺点,背景光太亮,当然,你可以在图片处理软件里把背景光去掉。
更好的打光方式是,在雪花后面斜着打光,照相机捕捉的是透射光,透射光偏离了入射光的方向,照片是黑暗的背景上清晰的雪花照片,并且使雪花的线条更明显,内部结构更显清晰。打光的颜色和角度不同,可得到的不同视觉感受的图片。