显微镜下的雪花长什么样？可能和你想象的大不相同 | 张超——科学讲坛

虽然说我们现在的科学已经非常发达了，

我们知道了很多很多东西，

但是我们身边的东西

是不是真正地被我们完全洞悉了？

张超·国家天文台《中国国家天文》杂志 科普作家

格致校园第24期 | 2020年4月15日 北京

要说人啊，真得有点梦想，说不定什么时候就实现了呢。

其实我小时候就有这么一个梦想。当时我看了很多的动画片，记得有的动画片片头会出现很多奇妙的图案，比如说池谷-关彗星，比如小行星带，还有一些用显微镜去拍摄的画面，太神奇了。当时我就想了一件事：我什么时候能有一个望远镜或者显微镜，那就太棒了。

后来我到了国家天文台工作，望远镜自然就不愁了，但是显微镜这件事还真有点难。

其实到了中学都会用到显微镜，我们用显微镜第一个看洋葱细胞、口腔细胞；到了高中，还要看有丝分裂、减数分裂。我当时就着急啊，老师什么时候能借我一台显微镜，我好看看这神奇的微观世界，那是多爽的一件事，可惜没有这个机会。

不过后来我发现，如果自己买一台显微镜放在家里，这些事不都解决了吗？

上了大学之后，我真就干了这么一件事，买了一台显微镜。于是我那个时候第一次看到了这样漂亮的画面。

这是藻类，各种各样的藻类，它在水里头游，各种变化身姿，非常的神奇。这个微观世界有意思。接下来我就开始继续我的探索之旅。

我们身边的微观世界

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我们探索什么呢？首先从身边开始，我们身边会有一些比较奇怪的东西，虽然平常很熟悉它，但是放在微观世界就不认识了。

比如说这个东西，这不是金字塔，这是盐，盐的微观结晶。

这个也不是油画，它是酱油的结晶。

再比如这个，它也不是孔雀的羽毛。它是什么？它是味精的结晶。

这不是苍蝇，这个东西比苍蝇小得多，叫做果蝇。果蝇可是生物里面非常重要的、对遗传学有非常大贡献的一种生物。

小小的果蝇大概也就一两个毫米，它的眼睛是红色的，微观看来是两个大大的复眼。注意啊，是复眼，每个眼睛是由很多小的单元组成的，非常的好玩。

蚊子长这样，没想到吧，蚊子眼睛特别漂亮，五色斑斓的。

看完这张图我就明白了一件事。什么事呢，大家有没有发现，这几年的蚊子越来越精、越来越不好打了。我记得我小时候徒手抓蚊子、拍蚊子一点事没有。现在蚊子一见着我，好家伙，施展两项技能：第一个隐身，不知道飞到什么地方，没了；第二个技能，折着跟头飞，这是我们长期用电蚊拍，把它们驯精了。

你看这个蚊子的复眼，包裹得满头都是，所以它看人是无死角的。你试着逮一个蚊子腿试试，你逮不着。所以微观上看它的生物特性非常明显，很清楚。

再比如说这是什么？蚂蚁。两边两个复眼，上面像二郎神，三个单眼。

再比如说，这是一种蜘蛛，它的名字应该叫蟹蛛，像螃蟹的蜘蛛。

这个蜘蛛比较好玩，我们看每个蜘蛛的表情都不太一样，比如上图这个很呆萌，还有下面这样的，你说同样是蜘蛛，怎么表情差异这么大呢？

其实你分析分析它们的长相，以及它们的一些习性的话，你就会发现，这个事情确实有些好玩。

比如刚才呆萌的这种蜘蛛是什么习性呢？它是喜欢伏击狩猎的。比如在一朵花上一待，身体颜色一变化，跟那花差不多了。然后就等着，等着猎物来了一逮。

下面这个就不是了，这种蜘蛛叫跳蛛，它不结网，会跳着去捕猎。也就是说，它是一种主动狩猎的蜘蛛。它的眼睛就有点不一样了，前面两个像大灯泡似的。为什么会长成这个样子呢？

大家可以跟我一起互动一下，做一个小实验。首先大家把一只手指伸出来，放在眼前；然后咱们闭上一只眼，然后用另一只手的手指去戳伸出的这根手指。多戳几次，你会发现有的时候，你好像判断不出手指的位置，会戳歪。这是怎么回事呢？

你看，我们长两只眼睛是有用的，我们有两只眼睛，才能判断一个物体的距离，进行准确的定位。

所以在非洲大草原上我们会看到什么场景？一只羚羊在前面狂奔，后边一只豹子狂追，你从来没有看到羚羊回头看着豹子追吧？因为羚羊的眼睛长在两边，它的眼睛视场非常大。但是豹子不是，为了精确定位猎物，它需要看前边，这样才能去捕猎。微观图景下，就把它们两个的不同明显给区分开了。

世界上有很多人喜欢收集各种地方的沙子。这是来自印度尼西亚海滩的沙子，里边有好多好多小动物的残体。比如说三个岔的那是海绵，长得像胡萝卜的那是珊瑚，长得像粽子的是有孔虫。

这个叫星沙，也是有孔虫堆积而成的沙滩。

这是内陆的沙子，它们来自戈壁滩，里边是一些小的玛瑙球。

再比如说，这是火山口湖旁边的沙子，里面有非常晶莹且漂亮的橄榄石晶体的颗粒。

还有的火山来源的沙粒更漂亮，跟宝石一样，太棒了。

与雪花结下的不解之缘

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所以说，有一台显微镜搁在身边，绝对不会嫌生活枯燥无味，绝对不会这样的。你会探索到很多未知的东西。

我最喜欢探求的是什么呢？是从天而降的雪花。

但是拍雪花，比起拍前面几个是难多了，真是难多了。为什么？咱们想想就知道，雪花一落地会怎么样？化了。这我怎么去拍呀？

当年我在国家天文台兴隆观测站做过一段时间的观测。有一天晚上看着天不错，在月亮边上出现了一个巨大的圆圈。我一看坏了，这叫什么？“月晕三更雨，日晕午时风”。这个大圈是一种大气光象，它告诉我们要变天了。

所以那天晚上我就特别的留神，果不其然，到了半夜下雪了。赶紧关望远镜、关圆顶，保护好设备。

得，这一晚上干什么？没什么可干的了。当时我就想要不然尝试下一个实验，看能不能把雪花给拍下来。

所以当时就拿了一台显微镜，这台显微镜看着平淡无奇，但是经过简单的改装之后，就可以拍到很棒的图像。因为当时非常非常的冷，所以也不用担心显微镜上的雪花马上就化掉。结果真的就看到了一些非常棒的景象。

不要被我骗了，你怎么可能在显微镜下看到雪花的生长呢？其实这是我看到的雪花慢慢升华的过程，这个视频是倒放的。所以说当时非常地惊艳，看到各种各样形状的雪花在我视野中慢慢消融，或者说升华，非常的漂亮。

最开始我拍雪花就是这个样子，但是后来就发现，如果我把这个显微镜背出去，到各个地方去找雪，感觉就更爽，每个地方雪都不太一样。

比如说有一次在北京，大概十多年前吧，有一场大雪，这场大雪大概下了两天一夜。从头到尾我就开始监测这个雪花的形状变化。

最开始雪花是这样。你看这些一个个的，跟非常精巧的六角形小盘子一样，上面篆刻着一些花纹，里边还有一些小气泡，组成了一种神奇的结构。

然后过一段时间雪花变样子了，又变成这个样子了。各种各样这种纷繁复杂的小结构出现了。有的像蕾丝花边，有的像一个船舵，有的像一个蕨类植物的叶子，还有的在顶端长出一个小扇子来。

再监测又变了，每一个分支变得很宽。

再监测又变样子了。

这场雪带给我很大很大的收获。不过我还不止于此，我还去新疆追过几次雪。

这个地方现在已经很少有人去了，这是在新疆的天山果子沟。

可以看到路上积雪非常非常的厚，车堵了五个小时的路。

当时就发现那儿的雪跟北京不太一样，有一句诗：“燕山雪花大如席，片片吹落轩辕台”，那里的大雪真是像一个大鹅毛片下来。

这里边的雪是什么样的？它的结构比在北京看的更加复杂一些，更加向分支化去发展。

这些雪花慢慢地勾连在一起，飘落下来，形成了一个巨大的雪片，里边可能有成百上千个小的雪花构成。

但是还有一次比较有意思，在新疆，我曾经见到过一次彩色的雪花。

有人说不对，雪花不就是透明的吗？咱们肉眼看是白的，显微镜看是透明的。

其实真不是，这个雪花里面是有颜色的，它的颜色是因为里面的空气产生的一些干涉色。

还有一些雪花长成这个样子，这几个是我们在东北拍摄的。那一次也非常有意思，那次的气温一下降到了零下二十多度，太冷了。我在兴隆的时候平常也就零下十几度。

当时我的策略就是使劲穿，穿完之后我胳膊都放不下去了。身上贴各种暖贴，贴了二十多个暖贴。即便是这样，也只能在外面大概待个十分钟时间。

在东北的雪花更加的漂亮，它的结构从上到下，产生不同的变化。

（滑动查看图片）

这几个都是在东北长春和吉林拍摄的雪花。

当然有的雪花长得就比较奇怪。你看这幅图的右上方有几个小雪花，注意了没有？

看这个，像不像一个人特囧的脸？这是另一类雪花，但是平时我们并没有太注意它。

今天我就给大家简单演示一下，我到底是怎么拍摄雪花的。

请看，这里是一台显微镜。这时候我把显微镜和相机相连接，再把显微镜和电脑也连接在一起，然后咱们看一看里边会找到什么样的漂亮雪花。现在相机里面应该是黑黑的一片，我拿出一个我用于拍摄雪花的玻片放在下边。

哎呀，光不太够。没关系，我这里有一个塑料袋，还有一个手电筒，“啪”一点就亮了。然后我放在下边，下面就是见证奇迹的时刻。

看到雪花了没有？中间这个，挺漂亮的。往左，往右，它周围还有很多种类的雪花在这。

但是这些雪花都不是我们日常见到的那种标准的六角形，对不对？

雪花都是六角形的吗？

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有人说，对于雪花，我们知道的就两件事情： 第一件事情是世界上没有两个雪花是完全一样的； 另外一件事情就是雪花都是六角形的。 难道不是这样吗？对不起，还真不是这个样子。

比如说这一张图是比较难见的一种天象，它叫做幻日。注意看，在太阳一左一右各有两个光斑，看到没有？那个就是幻日。

幻日是由谁形成的呢？是由它们来形成的，这类我们称之为棱柱或者线轴类的雪花。它们就不是六角形的。

有人还会说，对，不是六角形的，它们是六棱柱，还是六字头。

别着急，其实雪花的种类非常非常多，只有很少部分是这种标准六边形，或者说六个岔的这种形状。

这张表是现在比较著名的雪花的分类图，它里边一共把雪花分成了100多个门类。其中只有一小部分是真正的六角形。

你再看这里，咱们熟悉的六角形雪花只有一少部分，中间那个是，左边那个是，下边有几个，其他都不是。

除此之外还有一些更个性的，比如说它。这是我今年（2022年）年初刚抓到的一枚雪花。

我当时一看，这雪花好啊，三角的。

有的是三个岔，有的干脆就是一个三角。

有四角的，还有这样四角的。

这太神了吧？！所以说那句话其实并不对，“雪花都是六角的”，并不是这个样子。

甚至有十二个角的。大家注意看这十二角的雪花，第一个十二角没问题，第二个十二角，第三个十二角，第四个……好像是两个雪花叠在了一起。是不是有一种可能，十二角的雪花，实际上是由两个六角形雪花叠在一起而形成的呢？

这个问题也困扰我很久，不过随着慢慢的观测发现，这个问题慢慢有了一个答案。

比如说看这个。这是一次让我记忆深刻的降雪，就是在北京发生的。当时我在台里上班，中午雪下来了，我拿着显微镜去拍摄，结果当时有两位同事就说，“张超，你说你平常也拍雪花，让我看看你到底怎么拍的。”我说，“那行啊，看就看吧。”我就带着他们俩下去了。

我找一个地方就开始用显微镜，连接相机，然后让它制冷。这个刚才没说，这个必须得冷却一段时间，如果不冷却的话就麻烦了，雪花上去就化了。

就在这个时候，有两朵这样的十二瓣的雪花，一块儿落在一个玻璃片上的，这不是我摆的，也不是我PS的，它就落在了一起。我说这个事太罕见了，居然有两朵十二瓣的雪花一块儿落了下来。

结果这个时候，我旁边一位朋友就说了，“张老师你看，你这个胳膊上是什么东西？”我一看，我胳膊上这个位置，有一个毛茸茸的雪花，我也看不清楚。

我说这样，我用一个法术——不是法术，技术，咱把雪花粘过来。

这个技术得特别的小心，一般来说，我们在显微镜下分离雪花用的是兔毛笔或者小的针头，那次我冒了险，就拿一个玻片粘这个雪花。粘下来之后放在显微镜下一看，你们猜，这个雪花有多少个瓣啊？有二十四个瓣。

来自云端的礼物

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我大概有十多年的观测和收集的经历，到现在得有上千枚雪花，但是到目前为止，到下雪的时候，我依然背着设备到外面进行拍摄。

因为每一场雪，都会给我不同的体验。

有的时候出去，这个雪下来之后完全不定型，不结晶，看起来一点都不好看，等了一场雪都没有什么好东西；有的时候下雪了以后，有非常漂亮的雪花，枝桠非常繁盛，种类也是我没见过的；还有的时候就像这种，看到一些我没见过的品种，就似乎得到了一件非常神奇的东西。

虽然说我们现在的科学已经非常发达了，我们知道了很多很多东西，但是我们身边东西是不是真正地被我们完全洞悉了？

就像我学的天文一样。每天我还有看天的习惯，用手机或者小相机看天上的云。只要看见奇怪的我就拍下来，做天的记录。

有的时候我会用小玻璃片放在窗台边，去接从天上掉下来的微小的流星尘。流星划过大气的时候，会因为燃烧出现一些小颗粒，这个小颗粒是微小的陨石，非常非常小。它落下来之后，是可以被我们接到并且去研究的。

这是天上掉下来的礼物，同样雪花也是这个样子，它同样也是来自一个云端的礼物。它告诉我们高层大气所发生的很多很多的故事。

所以即便我们现在还是生活在地上，我们还只是仰望天空，但是我们同样有手段去获取这些神秘的、未知的，来自天上的信息。

我想无论是天文也好，还是我做的显微摄影也好，这种对于未知的探索和神秘的向往，估计跟你们是一样的。

所以我也希望各位，我们一起吧，去探索一些我们身边已经被我们忽视，但是又非常神秘的世界。

谢谢！

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