揭秘雪花结构的人

叶青青

低垂的天空，乌云密布，不一会儿，一片片轻盈的雪花飘然而下，美丽的雪花落在了树枝上、地上，让大地一片银装素裹。而在100多年前，有一个业余摄影师正仰望着天空，痴迷于这些空中精灵。他对它们有种异乎寻常的热爱，以至于花了一辈子时间去记录雪花的美丽，成了世界上第一个给雪花拍照的人。他就是有“雪花男人”之称的威尔逊·宾利。

宾利的冰雪世界

1865年2月，宾利出生于美国佛蒙特州的一个小农村里。佛蒙特州春季短促多雨，冬季又漫长而寒冷，对宾利来说，生活却并不无聊，因为大自然的一切都吸引了他的兴趣。他喜欢观察蝴蝶、树叶和蜘蛛网。他每天记录天气情况，静静聆听大自然里各种响声。他利用自己的音乐天赋，在夏天的夜晚，用小提琴模仿鸟、蛙等动物叫声，为村民们演奏。

在宾利15岁生日时，他的母亲送给了他一个显微镜，这为宾利开启了一个新的世界。在这个能放大物体的仪器下，从一滴水珠到鹅卵石，从一根羽毛到一朵花瓣，都美得惊人。而最让宾利着迷的是雪花。

雪花是由雪晶构成，从书中，宾利了解到几乎所有的雪晶都有六个类似的分支，少数非常罕见的雪晶会有三个分支。所以，他以为所有的雪花都是一样的，但透过显微镜，他惊讶地发现，没有两片雪花是相同的，雪花最基本的形状是六棱柱状，还有扇盘状，邻近的棱柱表面之间长有与众不同的指向边角的脊。这些小精灵们如此美丽，又如此复杂，宾利惊叹不已，他又感觉到无比遗憾，每一片雪花都没有重复的设计，当一片雪花融化后，这个设计就永远消失了。

宾利渴望记录雪花最深处的美丽，与人分享他见到的大自然奇迹。于是，在接下来的两年时间里，他躲在农舍后面的一个寒冷的房间里仔细研究，下雪了，会跑出屋子耐心地等待，直到他用羽毛捕获雪晶，放在显微镜下放大，匆匆记录下它们的结构。雪晶在下落时会相互碰撞并粘在一起，形成雪花，但宾利几乎总能在降雪中找到单独的雪晶。然而，即使怕雪晶融化，宾利只能在-40℃的屋外画画，但雪晶还是会很快融化。在画了数百幅素描图后，宾利绝望地发现他根本没法用笔绘制出雪晶的所有细节。

有一天，宾利偶然地从一本书中找到了解决方法：用显微镜拍照。他和母亲说服了他的父亲，买来了波纹管摄像机等设备。虽然宾利对摄影一无所知，失败了一次又一次，但是他有异于常人的毅力与学习劲头，慢慢地，他学会了如何在雪晶变形前快速捕捉它们，如何将摄像机指向天空来利用透射光，以及如何用大光圈来清晰地拍摄晶体，宾利发明的雪花拍摄方法，直到今天，仍然是现代人拍摄雪花的标准方法。

终于，1885年1月15日，在一次暴风雪中，宾利拍摄了世界上第一张冰晶的显微照片，他欣喜若狂，几乎跪在雪地里，近乎虔诚地捧着这张珍稀的照片，这是他人生中最美好的时刻。

更多的研究工作

在接下来的十几年里，宾利拍摄了超过400张的冰晶显微照片。他不仅被雪晶的美吸引，还去科学地研究它们。宾利终于弄明白了为什么没有两片雪花是完全相同的，这是因为当雪晶从云层中降落并融合成雪花时，它们会经过不同温度和湿度的区域，这些因素会使得雪花形状各不相同。

也不是所有的水分子都是完全相同的，1000个水分子中大约有1个是不同的，因为它含有一种稀有的氢形式——重氢。而即使是一个小小的雪晶也有大约十亿的水分子。在地球上每年有一万万亿个雪晶下落，两个雪晶拥有完全相同的水分子的几率基本上是零。

此时，美国科学界对这个佛蒙特乡下农民的非凡成就一无所知。直到1898年，一位佛蒙特大学的大学教授听说了宾利的故事，他说服宾利将自己的发现发表于《科普月刊》。正是这本刊物，打开了宾利创造力的大门，他开始迫不及待地想跟大家分享自己的发现。

1902年，是宾利创造力最膨胀的一年。他拍摄了超过200张显微镜雪晶照片，他在论文中向人介绍不同区域的暴风雪会产生不同类型的雪晶，从晶体结构中可以推测出风暴内循环模式。他还详细地介绍了如何从晶体的形态变化中推测当地温度的变化，这一思想比当时所有的气象学家都要先进，直到30年后，日本气象学家才发现了这一规律。

佛蒙特州的夏季多雨，宾利开始好奇雨水的问题。在他的时代，科学家们已经对每天的降雨量进行了数百次的常规测量，但除了宾利，没有人好奇一个关键问题：雨滴的大小。

雨滴落在地上就碎了，怎样测量雨滴是个令人挠头的问题。宾利利用他自己的农舍里的现有材料。他从厨房里拿了些面粉，把它撒到一个平底锅里，直到得到约一英寸深的一层。他把一锅面粉暴露在雨中几秒钟。每个雨滴都吸收了一些面粉，形成了一个小面团球。当面团球干了的时候，他测量了面团的的直径，而这大约就是雨滴的直径。这一简单有效的测量雨滴方法直到今天仍在使用。

从1898年到1904年，在7年的时间里，宾利测量了344次雨滴的大小。1904年，他在《科普月刊》上发表了关于雨滴和雨滴现象的科学论文，宾利在论文中提出的新思想和新的测量方法如此之多，以至于到今天仍旧没有任何一篇类似的科学论文可以匹敌。

默默无闻的科学家

虽然宾利对雪花和雨水有着独特的发现，但在科学界并没有引起多少关注。也许这是因为当时都是气象学家都是博士，他们不认为一个没上过大学的农民也能发现大自然的真理。

但宾利从未停止思考。他和以往一样对周围的世界感到好奇。只不过他不再闭门研究，而是开始为公众写越来越多的文章，发表在诸如《乡村生活》《国家地理》《大众机械》和《纽约时报》等报刊上，向人们介绍他在冰晶、霜和露水世界中所看到的美丽与优雅。他还开始去美国各地讲座，向学校、博物馆介绍他的雪晶作品和科学研究。

1920年，宾利开始以“雪花男人”的绰号闻名遐迩。珠宝商、雕刻家和服装设计师们注意到了宾利的雪花作品，他们将它变成了一个个精美的艺术品。宾利一直忙于为外界提供最新的照片，同时继续探索大自然的世界。他研究了极光，并記录了它在北部天空中出现的详细记录。他每天做三次天气观测，记录云的高度和类型。

宾利还是一个业余地质学家，收集乡村里的岩石标本。他希望别人能看到大自然的美丽，他还为新鲜空气基金捐款，希望让城市的孩子们多来乡村。宾利对冰晶晶莹剔透的美丽的欣赏，延伸到对少女们那娇美的面容，尤其是她们的微笑的喜爱。就像他给雪晶分类一样，他还为微笑做了一个科学分类。

1924年，美国气象学会授予了宾利第一笔研究资金，感谢他40年来耐心的气象研究。这笔资金数额很小，但宾利并不介意，对于他来说，钱从来并不重要，这笔资金的最重要意义是他的研究终于被科学界认可了。

1931年，宾利66岁了，虽然身体健康，但是行动很迟缓，他用这个陪了他46年的相机拍摄了他的第5381张雪晶显微照片，这些雪晶照片，没有一张是重复的，宾利拍摄得如此清晰，以至于在接下来近100年的时间里，没有人再想着去拍摄雪花照片。

这一年的12月7日，宾利跟平时一样，记录了佛蒙特州的天气，然而，在大雪中走了10千米，完成了“北风、飞雪”的记录后，宾利因感染肺炎病倒了，并于12月23日病逝。

今天，宾利拍摄的照片已被世界各地的学术机构引用，而他终生居住的住所，被列入美国国家历史古迹名录。人们现在不仅知道他是第一个给雪花拍照的人，还知道他是美国第一个记录雨滴大小的人。