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附教程:如何用最普通的单筒光学显微镜拍出最美的雪花

2016-11-21 一群有情怀的污师 水世界订阅号

材料提供:Double Z  等;  整理:冯茹 雅伟 漠潇 等


经过三天的天气预报,北京终于下了入冬以来的第一场雪,这场雪并不大,却着实迷人。用鲁迅的文字来描述一下这场雪再恰当不过。


朔方的雪花在纷飞之后,却永远如粉,如沙,他们决不粘连,撒在屋上,地上,枯草上,就是这样。屋上的雪是早已就有消化了的,因为屋里居人的火的温热。别的,在晴天之下,旋风忽来,便蓬勃地奋飞,在日光中灿灿地生光,如包藏火焰的大雾,旋转而且升腾,弥漫太空;使太空旋转而且升腾地闪烁。

——节选自鲁迅先生《雪》


鲁迅先生描述了雪的景象,却也无法描述雪在为微观状态下的美,这种美,只有我们这些理工男女们,熟练的运用手中的设备才能观察到,而非文科生们所可能想象的。让我们一起拿起显微镜,去寻找大自然的美。


当大伙儿在拍雪花纷飞美景的时候,我们打算做一些不一样的事情,让那些说理工男不文艺,没有人文情怀的人看到我们柔软的一面。当你制作这么一片雪花时候,女神的表情一定是这样的。



我们先来看一个视频,雪花的形成形态是怎么样的。(23秒)

附视频:

https://v.qq.com/txp/iframe/player.html?width=500&height=375&auto=0&vid=w0348u0d1cy


说起雪花的微观形态,1611年开普勒 那篇名为《论六角形雪花》的论文便没有理由不提及;他之后的20多年 法国 哲学家&数学家 笛卡尔 第一次详细的描述了雪花精灵那俊美的“外貌”;虽然两位科学巨人都仅仅是通过肉眼观察雪花,但也算是雪花研究界的鼻祖了。紧接着于1665年,英国 博物学家 罗伯特•虎克 手拿显微镜克服万难将各种小东西塞到了镜头之下,并以手绘的方式将这一完美对称的六片棱角“异类”在其著作《显微图谱》的边页记录了下来。值得庆幸的是,这是人类第一次将雪花的具体形态进行了记录。


此后200多年关于雪花的研究便一直处停滞期,直到1885年美国 一位 农民 Wilson Bentley 带着他对雪花的喜爱之情,在数十年中共拍摄了5000多幅雪花照片。再到上世纪30年代日本 物理学家 中谷宇吉郎 全面记录了各种雪花的形状,进行了系统分类,并于1936年成功制造出人造雪现今的雪花研究人当数 美国 加州理工大学 物理学教授 Kenneth G. Libbrecht 国内 较为知名的有国家天文台显微摄影师 张超


下面先为大家展示几个帝都的雪花美图(均系张超所拍摄)

冬日精灵美的奇迹

世界上几乎找不出完全相同的两片雪花,它们千姿百态,却又近乎完美。不禁令人感叹,自然造物主是怎样创造了这一“独六出”的精灵。


空气中的水不经液态直接形成冰晶,随着更多的水蒸气凝华到新生的冰晶上,就慢慢地形成了雪花。它是一种晶体,是水汽凝华而来的固态降水,其结构随温度变化而变化。通常单片雪花的大小在0.05-4.6mm之间。


附视频(37秒):

https://v.qq.com/txp/iframe/player.html?width=500&height=375&auto=0&vid=w0348ny00s3



研究显示,在接近零下2℃条件下,冰晶长成小而扁的盘状。在零下5℃,它们形成细长的柱形和针形。在接近零下15℃时,它们形成最薄同时最大的雪花。在低于零下30℃情况下,它们再次形成柱形。


在中谷宇吉郎的研究中,他将气温和湿度画成图描述各种雪花的生成条件,此图亦被命名为《中谷图》




通过研究和观察,常见的雪花形状有如下35种。

 

这些形态各异的雪花是如何被观察和捕捉到的呢,当然天公作美是首要条件了,其次需要配上特殊装备——载玻片&显微镜,此外还要耐得住严寒,尽情沉醉在绚烂多姿的雪花世界中。


 
雪花拍摄装备


下面让我们一睹显微镜下这些美丽的雪花精灵吧。

先来一组:


再来一组 :


各异的雪花形状,微水会小编在看到眼花缭乱的同时,还是忍不住要赞美一番这自然的奇迹,虽说其最基本的形态是六角形和六棱柱状,但在不同条件下却可演变的如此与众不同。鉴于它有这么多的形状,微水会小编这里也只能选一隅呈现~~~


聪明的人类总是有太多奇思妙想,不管是出于喜爱还是生产生活的需要,人造雪出现了,这样无论在哪,看雪似乎也不是一种奢求了。而人造雪与自然界的雪花相比差异还是较大些,它是雾化后的小液滴冻成的小冰粒,而不是像雪花一样的规则晶体形状。



与雪相约遇见“浪漫” 

冬日雪精灵眷顾,近水楼台,辛劳的水处理人员不妨忙里偷个闲,换个心情,从奋战的污水厂一线、二线and N线下来,或从实验室走出,拿起显微镜徜徉于冬日世界里与雪精灵来一场浪漫邂逅,享受冬日里自然这美的馈赠之礼。


这一群来自冬日的精灵源于自然也终将归于自然,它们携礼物匆促而来,带着眷恋悄然离去,并期待着下一季的相遇。


显微镜真是个伟大的发明,将多少人为之心动的雪花以另一种形式呈现在世人面前,将人们带入一个全新的、微小的、丰富的世界。生活中从来都不缺少美,而是缺少发现美的眼睛。同样看似单调的污水处理过程蕴藏着太多美丽、激烈的化学变化,我们肉眼难以分辨,显微镜可以。用它我们不仅仅可以看污泥生物相,还能看污泥颗粒、药剂颗粒……




附教程:用最普通的单筒光学显微镜拍出最美的雪花


用最普通的单筒光学显微镜再配上带摄像头的手机(注意不能用高级的数码相机,尤其是单反,相机的镜头最好和显微镜目镜镜头大小相同)。拍出最美的雪花!




拍摄雪花最重要的是不能让雪花融化,所以有几个准备工作一定要做好:

  • 第一,如果在室内拍摄,要把窗户完全打开,把显微镜放在窗台上预冷一段时间。

  • 第二,不能用普通的玻璃载玻片承载雪花,即使是预冷的玻璃导热也是很快的。我是在载玻片上面铺了一层透明塑料纸两头用胶条固定,注意,塑料纸不能完全贴在玻璃载玻片上,最好中间鼓起来一些,也就是让玻璃片和塑料片之间留有一些空气,这样才不会在用手挪动载玻片时把热量传给塑料片。这样的载玻片也要放在窗外预冷一段时间才可以用。

  • 第三,不能用盖玻片盖住雪花。

  • 第四,不要用反光镜的凹面,用平面就可以,因为雪花本身是透明的不需要太亮的光线,再有凹面镜有聚光的作用,也会聚集一些热量,雪花容易化掉。

  • 第五,用小光圈,光线不用太亮,我用的好像是第三大的光圈第六,防止手被冻伤,一定要擦点护手霜,最好带上一幅露手指头的手套,我一直没带手套,手冻得够呛。




做好了以上准备工作,就可以观察雪花了。如果雪下得比较大,可以直接把载玻片伸出窗外,让自然下落的雪花直接落到上面,这样观察的效果是最好的,可以看到单片的雪花。




如果雪已经停了,可以直接用载玻片的正面(观察面)在窗外任何有积雪的地方轻轻擦一下,会有少量雪花粘在载玻片上。用低倍镜观察就足以把雪花放得很大了,所以调好低倍镜就可以观察了,找到完整的单片雪花至于视野中间,调好焦距。将手机的摄像头对准目镜镜头就可以拍摄了。




如果想拍摄雪花融化的过程,我也有一个很好的办法,拍摄前的操作同上,手机对好镜头后,一只手拿稳手机摁下摄像开始键,然后另一只手将窗户关上,很快你就能通过手机画面看到雪花融化的全过程,非常完美。






保存梦想的教程------如何制作雪花标本

材料准备:

  • 氰基丙烯酸乙酯粘合剂1瓶(市售502或者101均可)、

  • 盖玻片若干(任何化学商店都能买到,几块钱100片)、

  • 长镊子、

  • 带盖保鲜盒1个、

  • 线手套、

  • 冰箱一枚。




制作顺序:
1、首先祈祷下大雪; 
2、将上述材料除粘合剂之外均放入冰箱冷冻室备用; 
3、当1的愿望达成之时,戴上线手套,迅速将全部材料取出(别忘记粘合剂)携带奔向室外; 
4、在有遮蔽处(例如房檐下)用镊子将保鲜盒里铺满盖玻片(因为下落雪花形态的随机性很大,想要最后能够得到完整、大粒、清晰的雪花标本,务必要增加标本基数,供优选); 
5、打开粘合剂盖子,左手持保鲜盒右手握粘合剂(左撇子请自便......)走出遮蔽处; 
6、眼明手快,关注保鲜盒内的盖玻片,一旦某片接到雪花,立刻挤一滴粘合剂在雪花处(量的控制只能靠实践体会,只要液滴盖上雪花即可)等盒里的盖玻片基本都有雪花在上面之后,马上盖上保鲜盒盖子,这里要强调一下,不要贪多,每个载玻片接到1次就够了,一旦多层雪花覆盖在盖玻片上,最后你只能得到一个模模糊糊的半透明污渍....... 
7、平稳的把你的保鲜盒带回冰箱(越快越好)冷冻保存6小时以上; 
8、取出标本,开始优选整理,选出形状较完整清晰的标本(不要对它们要求太苛刻,大自然的产物不是机加工,不要妄想它们会像显微镜下的晶体一样完美、完整),我个人觉得,这种裸露的雪花很有立体感,所以我以往做的,都没有再加盖玻片在上面,如果你想要经常性的抚摸它,可以再使用粘合剂把一片新的盖玻片固定在上面。 
9、到处显摆;(不,没有尖叫,起码最初没有~你只会得到很多疑惑的目光,在你反复解释、它们被近距离观察后,会有一半左右的人能辨认出雪花,认不出的那一半人里的一半,根本不相信你....就是这样~) 




要说明一下,之所以雪花能被保存下来,不是被“冻”住的,之后标本也不需要低温保存~ 氰基丙烯酸乙酯 是一种跟水产生作用的粘合剂,实际在你把粘合剂滴上的那一瞬间雪花的形状就已经基本在盖玻片上固定住了,之后的冰箱冷冻,只是因为粘合剂液滴有一定的厚度,不能保证最初就完全干透,一旦在高温环境下,雪花继续融化,就有可能继续和它发生反应,标本的形状就会变得模糊不清,所以为了安全起见,给它更多时间固化。



在显微镜下你们发现过什么惊喜?欢迎与大家分享!

最美雪花征集,欢迎拍出最美雪花,发送至邮箱:325178909@qq.com或发送至水世界订阅号。

污水厂的生活,并不枯燥,也有人文关怀!




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