开普勒的著作《六角雪花》,2010年版。(图源:Amazon)
开普勒猜想,雪花是由很小的球形东西堆出来的,并且按六边形堆积。这是开普勒原著中的插图。(图源:维基百科)
开普勒有一次走在布拉格著名的查理大桥上,一片雪花落在了他的外套上,吸引到了他的注意,完美的六角星形令他惊奇。开普勒开始猜想,雪花为什么不是五角的,不是七角的,偏偏是六角的?开普勒提出的想法是,雪花是由很小的球形东西堆出来的,按六边形堆积堆得最密,节约空间。开普勒的这一猜想终于在2014年被数学家严格证明。
查理大桥和布拉格老城。(图源:维基百科)
开普勒的想法是基本正确的,他只是不清楚堆出雪花的小球到底是什么,他提出是液态水的最小组成单元,其实就是现代科学中的水分子。
现在我们知道,雪花是冰晶,是水分子规整排列的结果。一个水分子由一个氧原子和两个氢原子组成,三个原子不是一字排列的,而是弯的,像一条狗腿。水逐渐结冰的过程就是水分子彼此结合在一起的过程,结合的方式是,一个水分子的氧结合另一个水分子的氢,结合方式叫做氢键,连成很多很多六边形。越来越多的水分子加入这个六边形,最后呈现出宏观的六边形结构。
冰中的水分子排列成六边形,六边形顶点是氧原子,边是氢键。(图源:i.kinja-img.com)
常见的雪花为什么没有长成六角盘形而大多是六角星形?
空气中的水分子与冰晶碰撞,之后结合到冰上,粗糙的地方更容易结合,光滑的地方不易结合,因此,六边形的顶点处长得更快,于是,逐渐长出六个角。
雪晶生长示意图。雪晶的顶点处比边处生长得更快,因此,雪晶逐渐长出六个角。(图源:The Snowflake: Winter’s Frozen Artistry 2015)
真实的雪晶生长过程动图。(图源:根据snowcrystal.com网站上的视频制作。)
不过,你要是觉得只有星星形状的雪花,那就低估了大自然的造化神奇。想必你刚才也看到,世界上还有一些令人觉得奇特的雪花,如冠柱形雪花(像一架车轮)、柱形雪花、针形雪花。我们觉得奇特,不是说这样的雪花罕见,而是我们平时没留心注意。
雪花有着规整的外形,但神奇的是,世界上没有两片完全一样的雪花。这是因为雪花的形貌还和具体的形成过程密切相关,每片雪花受到周围的空气的扰动都不一样,因此,每片雪花的形貌也是独一无二的。
不过,雪花的独特性维持时间很短,飘落短短几分钟后,就会失去自己独特的外形。要给雪花拍照,就要抓拍刚飘落下来的新鲜雪花。
雪花飘落之后在短短几分钟之内就会失去自己独特的外形。(图源:The Snowflake: Winter’s Frozen Artistry 2015)

如何拍雪花?

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。
最简易的装备,一个蓝底泡沫芯板作为集雪板,一个小刷子(比如画笔),一个载玻片,一台相机。
集雪板。(图源:Snowflakes2008)
集雪板上的雪。(图源:The Snowflake: Winter’s Frozen Artistry 2015)
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。
给雪花拍照。左图:在雪花后面斜着打光;右图:雪花后面正向打光。(图源:The Snowflake: Winter’s Frozen Artistry 2015)
心动了么?如果遇上下雪天,一定记得穿上雪地靴,带上放大镜,近距离观察飘落的雪花。你还可以分辨一下雪花的类型,感受一下雪花的生长过程,再给雪花拍个照,要是拍到精美的雪花照片,记得发送消息/私信分享给我们呀〜