他拍下世界最美68张照片，罕见三角形雪花曝光，8万人痴狂：宇宙终极奥秘是雪花！

你好呀，我是朵朵～

今天是大寒节气，北京迎来2022年第一场雪。

纷纷扬扬的雪花漫天飞扬，

轻盈如仙子，微小而精致，

但遗憾的是，雪花转瞬即逝，

丝毫不给人欣赏和流连的时间。

今天我们就通过摄影师的镜头，

更近距离的欣赏它吧。

本文授权转载于：寻匠之美

ID：xjzm681

它就像烟火一般，

在美到极致的时候消失。

尝试捕捉住雪花，

却发现就像捕风一般，

不过是一场徒劳的美梦。

雪落在北方，

堆积成厚厚的雪被，

落在南方，

成为薄如蝉翼的金缕衣。

但无论南北方，

都少有人可以捕捉雪花在空中的美丽。

来自于战斗民族的俄罗斯人Alexey Kljatov，

除了有强悍的四肢，

也有一颗铁汉柔情的心。

他厌倦了地上厚厚的雪被，

想要窥探雪花在空中的美丽。

“雪花落在地上后就凝聚成，

一块巨大的乳白色物体，

完全看不到单个雪花的踪影。”

为了解开自己心中，

雪花究竟长什么样子的疑问，

他在网络上查到了，

专业摄影师拍的雪花大图。

雪花之美，

立刻就震撼了他。

“在漫天大雪的俄罗斯生活了快20年，

却从来没有近距离观察过雪，

了解地越多，

越感到了自己对于自然的无知。”

因为太过于喜欢，

他决心成为一名雪花微距摄影师。

然而一打听，

才知道微距相机很贵，

尚未毕业的他根本负担不起。

但他从来就不是个轻易放弃的人。

“我对很多东西都有强烈的好奇心，

并愿意忍受孤寂去钻研。”

倔强的Alexey，

通过研究微距相机的拍摄原理，

手绘了原理图。

然后用一台普通的佳能相机，

外加木板、螺丝、胶带、玻璃，

动手做了一台微距相机。

做出来之后，

朋友们都嘲笑他说这是傻瓜相机。

他也自嘲道：

“看起来相机似乎不怎么高档，

但却真的很实用。”

拍摄方式很简单，

4块木头，一块玻璃，

接下来的就是时间。

雪花落在白色背景上会融为一体，

后来他给换成了黑色背景。

落在上面的雪花，

如同钻石般闪耀。

黑色的背景能清晰地看到雪花的结构，

每一点微小的不同，

都能显示出来。

拍摄了上千张照片，

Alexey发现：

没有一张是相同的。

雪花形状各不相同

或许结构上真的很相像，

但只要仔细观察，

会发现它们各不相同。

以上同属于蕨类状星型雪花  但各不相同

2009年开始，

Alexey每年冬天都会拍摄雪花庆祝节日，

至今已经12年了。

他拍摄的雪花数不胜数，

但发布的只有几百张。

“因为雪花周围大气里的水汽含量，

不可能左右上下四面八方都是一样的，

只要稍有差异，

水汽含量多的一面总是要增长得快一些，

自然而然雪花就会没那么完美。”

想要拍摄到如3D打印般完美结构的雪花，

就需要漫长的等待和筛选。

坚持了12年，

Alexey拍到了一些结构堪称完美的雪花，

甚至还有一些罕见的雪花。

他把这些雪花分为七大类。

三角雪花

世界上最罕见的雪花结构，

12年来，他也只拍下了3朵。

“大部分三角雪花都极其微小，

它们的最长边不会超过两毫米，

而且形状简单，基本没有枝杈。”

柱状雪花

柱状雪花的体积非常小，

落在袖子上时，

看上去很像一根断掉的白头发，

很容易被忽略....

加盖柱雪花

这种雪花和柱状雪花差不多，

就是两头加上两个盖子....

花蕊雪花

这种雪花具有双层结构，

中间有一层凸起，

就如同鲜花的花蕊。

彩虹雪花

因为雪花的中心部分含有空气，

冰和空气层非常薄时，

就会出现薄膜干涉，

因而雪花会呈现五彩斑斓的彩色。

蕨类状星型雪花

这是一种极其常见的雪花，

它有一个很小的中心，

然后四周像树一样发散枝丫

一般的圣诞节装饰雪花，

都是蕨类状星型雪花。

“这种雪花的体积非常大，

即使只用肉眼都可以看到其中的细节。

它们能大于10毫米，

甚至有时还能更大些...”

双层星状雪花

非常罕见的雪花，

是两个蕨类状星型雪花的结合物。

六角形雪花

也叫做六角板雪花（Hexagonal plates），

或者，

钻石星辰（Diamond Dust Crystals），

是自然界最常见的雪花。

“因为组成雪花的氢原子和氧原子，

它们的结构就是一个六边形，

所以六角形雪花是最常见。

它们非常小，小于1.5毫米，

最大的直径大约在两毫米。”

水分子以其特定的键角，

即由一个氧原子、两个氢原子和电磁力的物理特性形成，

因此雪花大多为六角。

“虽然形状简单，体积微小，

但六角形雪花仍然在有趣的内部结构中，

隐藏着它们的美....”

复杂的六角形雪花，

放大看就如同一个复杂到极致的电路图，

具有机器和手工，

都无法绘制的完美结构。

十二分枝雪花

当两朵雪花在空中相遇，撞到一起时，

雪花就会慢慢融合，

最终变成刚好拥有12个分支的雪花。

“这种事件听上去像是巧合，

但其实十二分支雪花并不少见，

睁大眼睛看看，

说不定下雪时自己的袖子上就有呢...”

这些雪花，具有天然的完美结构。

其中暗藏的动力学和结构学，

是科学家历经百年都无法侦破的秘密。

“对物理学家来说，看到雪花飘落，

我们感受到的不是喜悦，而是沮丧。

因为几个世纪以来，

我们一直无法破解，

雪花形成的几何与动力学原理。”

组成雪花的结构很简单，

结构就是水（H2O）。

由三个原子构成的普通分子，

然而雪花结了冰之后，

却可以以无数种方式互相结合，

形成至少十亿种不同的图案和组合。

在科学家看来，

雪花的对称性、结构性、

复杂性等都是人类技术，

至今为止都难以突破的难题。

“雪晶居然会长成这么复杂的，

同时又对称的形状。

它的六个分枝是如何生长成相同的绚丽形状的？

这些分枝是如何协调它们错综复杂的生长的？”

“人工制冰是很容易的，

但想要制作雪花是很难的。”

我们在电视剧里面看到的人工造雪，

造出来其实是冰晶体，

不能做到6面体雪花。

自然雪花密度约为328公斤/立方，

而人造雪密度约为856公斤/立方，

目前穷尽所有的技术，

都复刻不出来自然雪花，

才会有完美的六面体形状以及它的轻盈度。

单个雪花的大小通常在0.05~4.6毫米之间。

雪花很轻，单个重量只有0.2~0.5克

只有自然雪花，

才能做到完美的对称。

“雪花在空中飘浮时，

还会环绕中心对称点不停地旋转振动，

这就等于雪花的每一边，

都处在完全相同的空气环境中，

如此就保证了雪花，

在生长过程中始终是对称的。”

即便是结构复杂的12分支雪花，

也依旧拥有对称性。

“两个雪花在空气中碰撞到一起，

成为一个雪花，

这朵雪花依然能够在空中，

不断调整12个方向的重力，

最终落到地面的时候，

12个方向都能互相对称。”

不仅雪花的对称性无法复制，

人类也无法预言雪花的形状。

一个雪花的生成条件很简单，

无非就是受气温、湿度，

和坠落速度等方面的影响，

但如果想要预言雪花的形态，

至今没有一个模型能够办到。

科学家蒂姆·加雷曾经向自然认输道：

“即便花了毕生时间研究，

我们也无法预测雪花的大小，

不能解释雪花的力学特性，

也难以预测积雪的稳定性……

更别谈将降雪融入气候模型了。”

“总有很多人指责气象局，

但对于绝妙的自然界来说，

想要建立模型是不可能的，

解决问题的唯一办法，就是观察。”

雪花的奥秘不止这些。

一片雪花的周长有多长呢？

说出来你可能不信，比地球的的直径还长！

我们日常所见的雪花，

边缘都非常崎岖，

其实就是因为进行了分形。

下面这张图，

是1904年由瑞典数学家科赫，

提出的“雪花曲线”：

将一个正三角形的每条边平分为三份，

在每一条边上延伸画出一个三角形，

这样我们就得到了一个六芒星。

这只是三角形的第一次迭代，

但倘若迭代次数无止境呢？

那就形成了科赫雪花。

迭代次数无穷多，

那么科赫雪花的周长便无穷长，

地球的直径是12800km，

而雪花无穷长，

自然比地球的直径还要长。

“分形几何是真正描述大自然的几何学，

大家总是觉得数学是一种理性的思维，

但其实，

数学也有独属于它的浪漫。”

至于世界上没有两片相同的雪花，

则是因为自然环境的复杂性导致的。

“每一片自然形成的雪花，

降落到地球的时候都要经过不同的路线，

简单的路线产生简单的雪花，

复杂的路线产生复杂的雪花。

而且由于没有两片晶体，

会沿着完全相同的路线飘落到地面，

也就不会出现两片外形一模一样的雪花。”

科研证实，至少需要10的100兆次方个地球，

才有可能出现相同的雪花

真正决定雪花形态的是风。

“风是一位伟大的设计师，

如果冰晶形成到地面，

没有风没有摩擦力，

最终会变成一个普普通通的六棱柱。

但在其降落的过程中，

受风以及摩擦力的影响，

会不断失去平衡，调整平衡，

最后才会形成复杂好看又对称的绚丽图案。”

雪花侧面图

在降落和调整平衡的过程中，

雪花会形成树杈一般的分支。

“由于六边形的六个顶点略往外突，

因此顶点部位会更快接收到水分子，

生长速度就会更快，

该晶体的其他部位生长较慢，

于是慢慢形成树杈一般的分支。”

晶体最初形状类似如此  六边形结构没有分支

降落过程中六个角不断往外延伸，其他部分生长缓慢

因此结构发生改变

分支不断扩张，

会形成分枝化不稳定性效应，

在这种效应的影响下，

雪花就会形成不同的复杂但美丽的图案。

在刘慈欣的《微观尽头》里说，

千百年来，

人类总渴望探索浩瀚宇宙的奥秘，

但竭尽一切之后才发现，

宏观的尽头是微观。

宇宙星河是有极限的，

微观世界，才是没有尽头的。

就如同法国雨果所说，

“世界上最浩瀚的是海洋，

比海洋更浩瀚的是天空，

比天空还要浩瀚的是人的心灵。”

拍摄超过12年，

Alexey从未见过一片相同的雪花，

或许，大海、天空、星空、宇宙，

它们的奥秘，

都不及一片小小的雪花多。

相关研究数据来自于科学家Kenneth Libbrecht

当2022年第一场雪来临的时候，

希望大家不负雪花之美，

尽情欣赏这来自大自然的鬼斧神工。

雪花，

它是穷尽人类所有智慧，

都无法复刻和预测的美丽，

它是自然的奇迹，

希望它的美，能惊动一颗心。

文献资料来自知网

以及科学家Kenneth Libbrecht博士相关网站