在显微镜下看雪花——Rs' Science开云体育全站app下载安装

如果你住在一个冬天经常下雪的地方，你可以做的不仅仅是堆雪人。雪花是大自然母亲向我们展示的最神奇的杰作。让我们通过在显微镜下捕捉、收集和观察雪花来了解雪花。

[在这幅图中]加拿大雪花摄影师Don Komarechka拍摄的雪花。
图片来源:天空晶体，·麦克莱恩的

本文将介绍

第一个给雪花拍照的人

那是1885年，佛蒙特州的冬季地形;20岁的威尔逊·a·本特利被飘落在他面前的白色雪花迷住了。因此，他在父母的显微镜上安装了一个相机，以便捕捉到这张照片。经过无数次的尝试，他终于得到了一张清晰的照片——第一张雪花的照片!

Snowflakes-microphotography-Wilson-A.-Bentley

[在这幅图中]左图:1890年Wilson A. Bentley拍摄的雪花微缩照片，发表在《雪花》一书中。雪晶1931年。右图:本特利在佛蒙特州的农场拍摄雪花。
图片来源:雪花宾利

在拍摄了数百张照片之后，本特利的收藏充满了完美对称的、独特的六面晶体——这就是我们看到的标志性雪花。本特利甚至创造了一个著名的短语，“没有两片雪花是相同的”。

[在这幅图中]本特利捕捉到的非凡雪晶的例子。他说他从未观察到两个完全相同的晶体。
图片来源:雪花宾利

如何在显微镜下捕捉和观察雪花

威尔逊·本特利用他早期的照相机和他母亲当老师时用的旧显微镜拍摄雪花。公平地说，捕捉美丽雪花的关键不是华丽的设备，而是你的热情和耐心。所以我们想，如果威尔逊·本特利在一百年前就能做到，我们也可以!

捕捉和查看雪花所需的工具

注意:你需要收集这些物品并保持低温，直到你准备开始。

显微镜-立体显微镜(或解剖显微镜)是最好的选择，因为它给你足够的空间来研究标本，并提供雪花的整体视图。立体显微镜还可以让你在一张黑色的纸上看到雪花，作为背景，使你的雪花脱颖而出。

[在这幅图中]一名科学家在雪崩安全车间用立体显微镜检查雪的特性。
图片来源:罗恩继续萎缩

显微镜和照相机是完美的!如果你有一个复合显微镜，它也可以工作。尝试不同的颜色滤镜和反射光的角度来照亮雪花。

数字USB显微镜可以像立体显微镜一样工作。然而，如果温度太低，一些电子设备(包括手机和相机)可能无法工作。我系好了我的数码显微镜，请看下面我的照片。

放大镜-在显微镜下观察雪花的细节之前，可以使用放大镜进行选择和记录。

[在这幅图中]大的雪花大到可以用放大镜看到。
图片来源:Ranger Rick

深色硬纸板-用于收集雪花，作为立体显微镜的背景。

玻璃幻灯片-如果使用复合显微镜，用于保存雪花。

画笔-你可以用画笔仔细挑选你喜欢看的雪花。

有遮蔽的地方和桌子-你需要在外面呆一段时间来捕捉你喜欢的雪花。所以，找一个隐蔽的地方，有一个稳定的桌子放你的显微镜和工具。如果需要，盖上你的显微镜，因为它可能被水分损坏。

雪刚刚落下的雪是最好的。如果不是刚刚下的雪，你通常可以在干燥或松软的雪中找到雪晶，尤其是在阳光照耀的时候。不同的天气会产生不同种类的雪晶。如果你想像本特利在他的作品中那样捕捉到完美的雪花，请在平静/小雪的日子拍摄，而不是在暴风雪的日子。

收集雪花的程序

1.在开始之前,寒冷收藏纸，玻片，画笔，或任何你喜欢用的工具。你可以在下雪的时候把它们放在外面。这是保持这些材料低温，防止它们变暖融化雪花的重要一步。

2.来抓住雪花在美国，当下雪时，你只需在外面放一张黑色的纸或硬纸板。用画笔来选择你喜欢的保存方式。如果你使用的是复合显微镜，用画笔或冷镊子轻轻地收集雪花，把它放在载玻片上。

[在这幅图中]收集飘落在一张深色纸上的雪花。
图片来源:柠檬酸橙冒险

[在这幅图中]每当下雪的时候，它实际上是相当干燥的，所以很容易产生静电。你可以在袖子上摩擦刷子，把刷子的尖端靠近雪花，它就会跳到雪花上。
图片来源:她写的博客

3.收集雪花可能很棘手。它需要耐心．在这些步骤中，确保不要对着雪花呼吸，以防止它们融化。你可以用口罩或围巾遮住口鼻。

4.轻轻地移动你在显微镜下的雪花标本(在舞台上，用夹子固定它)。透过目镜，轻轻移动对焦旋钮，直到图像对焦(直到你得到一个清晰的图像)。移动显微镜载片(通过调整舞台)观察雪花结构的所有部分。调整光源(强度和角度)，找到一个好的照明。

5.记录你在纸上绘图或拍照(如果你的显微镜与相机或手机安装在一起)观察到的东西。看看你能否观察到雪花的复杂图案。通过比较不同的雪花，你会注意到这些图案之间的一些差异(你能找到两个完全相同的雪花吗?)尽管有这些不同，你会注意到所有的雪花都有六个面，形成一个六边形结构。这是由于水分子在形成雪花时的结合方式。

[在这幅图中]对孩子们来说，在雪天寻找雪花是一项很好的活动。
图片来源:小心大爱

我自己的经历

手机是拍摄雪花的好工具。它又快又容易。我把手机架在三脚架上，看着雪花落在阳台栏杆上。

[在这幅图中]用我的手机拍的雪花照片——像素3。
刚落在阳台栏杆上的雪比在纸上停留的时间要长。

我也让雪花落在深色的纸上，转移到我的数码显微镜。然而，雪花在我的深色纸上融化得太快了，所以我没有足够好的雪花在我的数码显微镜下成像。我觉得从阳台的栏杆上摔下来很好，因为那里足够冷，可以保存雪花。也许金属块是比纸更好的工具。

[在这幅图中]用数码显微镜拍摄的雪花照片。
刚下的雪落在阳台栏杆上(左)和一张黑纸上(右)。你可以看到黑纸上的雪花(右)正在融化。

保存雪晶

新掉落的雪晶可以保存为“雪晶化石”。这些保存下来的复制品可以在舒适的室内气候下随时用显微镜进行检查。

怎么做呢?

1.带上一些玻璃片，封面，收集纸，画笔和强力胶去外面。让这些材料变得和周围的空气一样冷。

2.让雪花落在收藏纸上。用放大镜扫视四周，寻找有吸引力的标本。小心地用一个小画家的画笔把水晶捡起来，把它放在其中一个载玻片上。

3.在水晶上滴一滴冰凉的强力胶，在上面放一张封面。注意不要在这个过程中融化或损坏雪晶。

4.把幻灯片放在外面或冰箱里一到两周，直到胶水变硬。

[在这幅图中]用强力胶复制的雪花在光学显微镜下。
图片来源:SnowCrystals

5.还有其他使用不同化学物质的保存技术。例如Formvar复制品(聚乙烯醇缩醛树脂)和丙烯酸复制品(透明丙烯酸喷漆)。看到在这里了解更多细节。

雪花是如何形成的?

[在这幅图中]雪花生长过程。
图片来源:雪晶

一片雪花错综复杂的形状是通过几个步骤/阶段形成的:

一、最初的冰晶生长——所有雪花的开始

第一步是形成六面晶体结构(方面)当一个极冷的水滴冻结在天空中的花粉或灰尘颗粒上时。

这些微小的粒子冰核．云中的冷水分子与冰核接触并结冰。由于水分子是H-O-H(氢-氧-氢)键，角度为104.5°，冷冻水分子倾向于将自己排列成六边形的晶格结构(这个过程称为结晶)。这些简单的六边形板/面是所有雪花的开始，也被称为钻石尘。

[在这幅图中]水分子粘附在一些小的外来微粒(如灰尘)上，在云中成为水滴(或者你可以称它们为“雨”)。如果温度足够低，结冰的水分子就会排列成晶格结构和氢键，这就形成了所有雪花开始时的基本六边形。

[在这幅图中]你在雪晶体中看到的六重对称是由冰晶晶格中水分子的排列而来的。氧是蓝色的大球，而氢是黄色的小球。
图片来源:雪晶

2多面生长-使雪花对称

当它们遇到更多的水分子时，六边形的小面就会不断增大。气态水蒸气跳过液相，直接沉积在冰晶上(凝结)。水分子更有可能粘附在角落和边缘上，而不是基面上，因此棱镜方面比平坦/光滑的基底面生长快得多(快100倍)。这就是为什么所有的雪花都是扁平的，呈对称的六边形结构。

3分枝生长-更复杂和混乱的结构

六边形板的角提供了更多的可用性氢键位点对于进入的水蒸气。因此，在这些角上就会出现分支，就像雪花的六个臂一样。这个成长过程是一个正反馈循环;随着角落伸向越来越远的地方，它们会遇到更多的水蒸气，并开始变得越来越快。随着雪花的生长，新的更小的分支生长在现有的主要分支上，以此形成一个非常复杂的结构，就像一个有六臂的冰晶。因为每只手臂经历相同的大气条件，这些手臂通常看起来是一样的。

[在这幅图中]当更多的水分子聚集在六边形板的角落时，冰晶开始分叉。

[在这幅图中]树枝状雪花的结构
图片来源:雪晶

没有两片雪花是一样的。这是真的吗?

雪花单臂的复杂形状是由整个冰晶下落时所经历的大气条件所决定的。雪晶对湿度很敏感，当它们从云层中落下并暴露在波动的温度下时，形状和设计会发生变化。当雪花生长时，有许多可能的分支点。加入越来越多的水分子就产生了无限可能的形状。要有两个具有确切发展历史的冰晶或雪花几乎是不可能的。这就是为什么科学家们普遍同意本特利先生所说的“没有两片雪花是一样的”。

不同类型的雪晶

每一片雪花都经过了不同的环境。它的形状可以告诉我们它在云中的旅程。以下是不同类型的雪花或晶体及其形成条件的快速指南。看看你是否能收集所有的!

[在这幅图中]雪晶在不同的温度下形成不同的形状。发生这种情况的原因仍然是一个科学谜。
图片来源:加州理工学院/利

简单的棱镜-最基本的雪晶体几何简单的平面，六边形板。通常发生在28岁左右^oF(或-2)^oC)和低湿度同时缺乏水汽建立分支。

[在这幅图中]简单的棱镜。
图片来源:肯利

恒星板-有六个短臂的六角形板。它形成于与简单的棱柱相似的气候，而湿度有限，允许缓慢而稳定的生长。

[在这幅图中]恒星板。
图片来源:肯利

恒星树突-常见的雪花形状，树突最奇特、最复杂。发生在10点左右^oF(或-12^oC)湿度非常高。在这种条件下，晶体会迅速生长出大而复杂的分支，用肉眼很容易就能看到。

[在这幅图中]恒星树突。
图片来源:肯利

蕨类恒星树突-像恒星树突，但在每个主臂上有更多的侧枝。它们是滑雪最好的粉雪。

[在这幅图中]蕨类恒星树突。
图片来源:肯利

空心柱-它发生在中低温(23^oF或-5度^oC)低-中等湿度。每根柱子的空心部分也是六边形对称的。

[在这幅图中]中空的列。
图片来源:肯利

限制列-这些薄片开始是柱状的，然后在每一端生长成板状。

[在这幅图中]限制列。
图片来源:肯利

12-Sided雪花-当有帽柱扭转30度并生长树突时发生。这种“晶体双胞胎”非常罕见。如果两个六个分支的小雪晶在半空中碰撞，也可能出现12面雪花。它们可能会粘在一起，长成一个有十二支树枝的雪花。

[在这幅图中]Twelve-branched雪花。
图片来源:肯利

子弹-当一个核生长出几个柱状晶体时，它就形成了。子弹一开始总是成簇的，但簇可以分裂成单个的子弹晶体。

[在这幅图中]子弹圆花饰。
图片来源:肯利

针-冰晶的形状较薄的柱状。它发生在与空心柱相同的温度范围内，但湿度略高。当气温低于零下4度时，一些针状(以及柱状和棱柱状)也会出现^oF (-20^oC)，但这是罕见的，因为在非常冷的空气中水汽通常较少。

[在这幅图中]针。
图片来源:肯利

三角晶体-空气动力学效应可能会产生这些不寻常的雪晶。它们通常很小，形状像截断的三角形。有时树枝从角落里冒出。

[在这幅图中]三角晶体。
图片来源:肯利

rim雪花-通常雪晶会与水滴相撞，水滴会结冰在冰上。这些飞沫被称为雾凇。一个雪晶体可能没有雾凇，只有一些雾凇滴，相当多，有时晶体完全被雾凇覆盖。

[在这幅图中]rim雪花。
图片来源:肯利

[在这幅图中]更多类型的雪晶。
如果你想了解更多关于雪花和可以发现的晶体的知识，”肯·利布雷希特的《雪花野外指南》对你来说可能很好。

你发现的雪花可能不是一个完美的六边形。为什么?

本特利先生的收藏品主要是我们标志性的雪花——每一个完美的六面对称晶体。然而，你应该意识到本特利的照片是精心挑选的，以展示最美丽的自然杰作。真正的雪落在你的后院可能看起来很不一样(或“不完美”)。

导致不规则晶体的原因有很多。在暴风雪天，一片雪花可能会与另一片雪花碰撞，形成完全不同的东西——聚集物或蓬松的小雪。强风也可能破坏晶体的完美对称，折断一只或两只臂。如果温度波动，雪花可能会与其他水滴碰撞并结冰——这个过程被称为“riming”，导致小冰球被称为“霰”或坚硬的积雪。如果温度升高，雪花就会变成雨夹雪，一种由冰、雨和雪混合而成的降水。