Они были рядом, но скоро - уйдут
Снежинки, какими, редко кто их видит.
Крошечные шедевры природы, образующиеся при падении снега.
Этой зимой с неба упали секстиллионы снежинок. Это миллиарды триллионов из них, которые теперь по большей части растаяли с приближением весны.
Мало кто смотрел на них внимательно, одну за другой.
Кеннет Г. Либбрехт, профессор физики в Калифорнийском технологическом институте, потратил четверть века, пытаясь понять, как такое простое вещество - вода - могло замерзнуть в таком многообразии форм и образоваться буквально из воздуха.
Одним из тех, кого заинтриговали исследования и фотографии д-ра Либбрехта, был Натан П. Мирволд, бывший технический директор Microsoft, который с тех пор занимается проектами во множестве научных дисциплин высоких технологий, а также палеонтологию и астрономию, на профессиональном уровне.
Доктор Мирвольд, заядлый фотограф, впервые встретился с доктором Либбрехтом более десяти лет назад, а весной 2018 года он решил, что хочет сам сфотографировать замысловатые замороженные кристаллы.
Натан Мирвольд/Modernist Cuisine Gallery, LLC
«Йеллоунайф Шквал», фотография снежинок, сделанная доктором Мирвольдом. Ему приходилось путешествовать по очень холодным странам в поисках правильных форм. Натан Мирвольд/Modernist Cuisine Gallery, LLC
Натан Мирвольд/Modernist Cuisine Gallery, LLC
Натан Мирвольд/Modernist Cuisine Gallery, LLC
У него была «проклятая штука», система камеры для фотографирования снежинок. Он хотел использовать лучшие цифровые датчики, которые фиксируют миллион пикселей. «Настоящая снежинка очень и очень хрупкая», - сказал он. «Это очень сложно. Значит, вам нужно высокое разрешение».
Но такой датчик намного больше по площади, чем изображения, обычно получаемые с помощью линз микроскопов, что является результатом решений, принятых производителями микроскопов около столетия назад.
Это означало, что ему нужно было найти способ растянуть изображение микроскопа, чтобы заполнить сенсор.
«Я придумал специальный оптический преобразователь, который действительно позволяет ему работать», - сказал он.
А дальше - есть корпус для оптики. Обычно это металл, но металл расширяется в тепле и сжимается в холодном состоянии. Перемещение аппарата из теплого помещения на холодный балкон, где он будет собирать снежинки, «испортит весь микропроцесс», - сказал доктор Мирвольд, что сделает невозможным держать всё в фокусе.
Вместо металла он использовал углеродное волокно, которое практически не расширяется и не сжимается.
Доктор Мирвольд также обнаружил специальный светодиод, производимый японской компанией для промышленного использования, который излучает световые вспышки в 1/1000 длиннее обычной вспышки камеры. Это минимизирует тепло, выделяемое вспышкой, которое может растопить снежинку.
Чтобы посмотреть на что-либо под микроскопом, образец обычно помещают на предметное стекло. Но стекло сохраняет тепло. Это также вызовет таяние снежинки. Поэтому он перешел со стекла на сапфир - материал, который легче охлаждается.
Установка камеры доктора Мирвольда. 3ric Johanson/Modernist Cuisine Gallery, LLC
К февралю 2020 года всё было готово. Но где найти самые красивые снежинки для фотосъемки? Сначала он думал, что может просто отправиться в горнолыжный курортный город - возможно, Аспен или Вейл в Колорадо или Уистлер в Британской Колумбии.
Но в этих местах было недостаточно холодно.
“Порошкообразный снег, по которому лыжник мог бы покататься на лыжах, на самом деле в значительной степени является порошкообразным”, - сказал доктор Мирвольд. - В нём не так уж много красоты.”
Действительно, снежинки, которые чаще всего падают на людей, редко имеют правильную форму.
Вода - это простая молекула, состоящая из двух атомов водорода и одного кислорода. Когда температура опускается ниже 32 градусов по Фаренгейту, молекулы начинают прилипать друг к другу, то есть замерзают.
Снежинка рождается в облаке, когда капля воды превращается в крошечный кристалл льда. Форма молекул воды заставляет их складываться в гексагональный узор. Вот почему у архетипической снежинки шесть лучей.
Затем кристалл растет, поглощая водяной пар из воздуха и другие капли вблизи испаряются, чтобы восполнить пар. «Может потребоваться 100 000 испаряющихся микрокапелек воды, чтобы образовался один снежный кристалл», - сказал доктор Либбрехт.
Снежинки «выросли» в лаборатории доктора Либбрехта. Видео Кеннета Г. Либбрехта
Но то, как кристалл растет, зависит от температуры и влажности. В 1930-х годах японский физик Укичиро Накая первым вырастил искусственные снежинки в своей лаборатории и, варьируя условия, он смог каталогизировать, какие типы снежинок образуются в большинстве условий.
Когда температура чуть ниже нуля, снежинки обычно представляют собой простые шестиугольные пластины. При температуре около 20 градусов по Фаренгейту преобладающая форма - шестиугольные колонны. Обычно архетипически красивые снежинки образуются при температуре от 15 до -5 градусов по Фаренгейту.
При таких температурах кончики шестиугольника превращаются в ветви. Затем ветви порождают другие ветви и меньшие шестиугольные пластины. Небольшие колебания температуры и влажности влияют на характер выращивания, и условия постоянно меняются по мере того, как снежинка падает на землю.
«Поскольку у них сложный путь сквозь облака и он дает сложную форму», - сказал д-р Либбрехт. «Все они следуют разными путями, и поэтому каждый выглядит немного по-разному, в зависимости от маршрута каждой снежинки».
Таким образом, чтобы найти красивые снежинки, доктор Мирвольд отправился на север, намного дальше на север. Он и пара помощников перевезли около тысячи фунтов оборудования в Фэрбенкс, Аляска; Йеллоунайф, крупнейшее поселение на Северо-Западных территориях Канады; и Тимминс, Онтарио, примерно в 150 милях к северу от озера Гурон.
И доктор Мирвольд смог через некоторое время сделать то, что он называет снимками снежинок с самым высоким разрешением.
Снежинка, сфотографированная доктором Либбрехтом из Калифорнийского технологического института. Кеннет Г. Либбрехт
«Как появляются эти структуры - и просто, как я люблю говорить, буквально из воздуха» Кеннет Г. Либбрехт
Снежинка, сфотографированная Доном Комаречкой.
«Я думаю, что это немного перегружено», - сказал г-н Комаречка о процессе доктора Мирвольда. Дон Комаречка
Дона Комаречка, канадского фотографа, который придерживается явно менее технологичного подхода. Он использует купленную в магазине цифровую камеру с мощным макрообъективом. Он даже не пользуется штативом - он просто держит камеру, а снежинки сидят на черной варежке, подаренной ему бабушкой.
«Невероятно упрощенно», - сказал г-н Комаречка. «Это так доступно для всех, у кого есть камера».
Он сказал о системе доктора Мирволда, специально созданной по индивидуальному заказу: «Я думаю, что она немного технически перегружена.»
Г-н Комаречка также использует другой подход к освещению, используя свет, отраженный от снежинки, в то время как изображения доктора Мирвольда фиксируют проходящий свет. «Вы можете увидеть текстуру поверхности, а иногда и красивые цвета радуги в центре снежинки», - сказал г-н Комаречка.
Эффект радуги такой же, как и в мыльной пленке, но цвета «часто отображаются гораздо более четко, чем в мыльной пленке или чем-то еще», - сказал он. «Это почти психоделические цвета...».
Чтобы опровергнуть утверждения доктора Мирволда, г-н Комаречка сделал снимок, который, по его словам, имел еще более высокое разрешение. Доктор Мирвольд ответил пространным опровержением, объясняя, почему его изображения, тем не менее, были более подробными.
На практике изображения доктора Мирвольда становятся более четкими при печати на бумаге больших размеров, до 2 на 1,5 метра.
Натан Мирвольд/Modernist Cuisine Gallery, LLC
Источник:
https://www.nytimes.com/2021/03/10/science/snowflakes-photos-nathan-myhrvold.html