Six millions de flocons de neige sont tombés du ciel cet hiver. Cela représente des milliards de milliards d’entre eux, la plupart fondent maintenant à l’approche du printemps.
Peu de gens les ont regardés de près, un par un.
Kenneth J. Liebrecht, professeur de physique au California Institute of Technology, a passé un quart de siècle à essayer de comprendre comment une substance aussi simple – l’eau – pouvait geler sous tant de formes.
Comment se forment les flocons de neige? Le Dr Liebrecht a déclaré pendant Conversation en ligne le 23 février Hébergé par le Bruce Museum à Greenwich, Connecticut. « Et comment ces structures apparaissent – et, comme j’aime à le dire, littéralement à partir de rien? »
Nathan B. Myrvold est l’une des personnes qui a suscité l’intérêt pour la recherche sur les flocons de neige et l’imagerie du Dr Liebrecht, ancien directeur de la technologie de Microsoft qui a depuis poursuivi des projets dans d’innombrables disciplines scientifiques, y compris PaléontologieEt le cuisine Et le Astronomie.
Le Dr Myrvold, un photographe passionné, a rencontré le Dr Lieberecht pour la première fois en plus d’une décennie et, au printemps 2018, il a décidé qu’il voulait prendre lui-même des photos des cristaux complexes gelés. Il se souvient avoir pensé: « Oh, nous allons obtenir quelque chose ensemble, et nous serons prêts pour l’hiver. »
Mais, comme pour beaucoup de ses projets, les choses n’étaient pas aussi simples que ce que le Dr Myfold avait prévu.
« Cela s’est avéré être beaucoup plus compliqué que je ne le pensais », a déclaré le Dr Myrvold. « Donc, il a fallu 18 mois pour construire ce fichu truc. »
La « putain de chose » était le système de caméra flocon de neige. Il voulait utiliser les meilleurs capteurs numériques, ceux qui capturent un million de pixels. «Un vrai flocon de neige est très fragile», a-t-il déclaré. « C’est trop compliqué. Donc vous voulez de la haute définition. »
Mais ce type de capteur est beaucoup plus vaste que les images généralement produites par les lentilles de microscope, à la suite de décisions prises par les fabricants de microscopes il y a près d’un siècle.
Cela signifie qu’il doit trouver un moyen d’étirer l’image du microscope pour remplir le capteur.
«J’ai proposé un chemin optique personnalisé qui lui permettrait vraiment de fonctionner», a-t-il déclaré dans son travail de réparation.
Ensuite, il y a le boîtier pour l’optique. Il est généralement fait de métal, mais le métal se dilate lorsqu’il est chaud et se contracte lorsqu’il fait froid. Le Dr Myrvold a déclaré que déplacer l’appareil de l’intérieur chaud vers le balcon glacial où il ramasserait les flocons de neige « ruinerait tout le microscope », ce qui rendrait impossible de tout garder au point.
Au lieu du métal, utilisez de la fibre de carbone, qui ne se dilate ou ne se contracte pas de manière notable.
Le Dr Myhrvold a également trouvé une LED spéciale, fabriquée par une entreprise japonaise à des fins industrielles, qui émettrait des éclats de lumière 1/1000 d’un flash d’appareil photo classique. Cela réduit la chaleur émise par le flash, ce qui pourrait faire fondre un peu le flocon de neige.
Pour regarder quelque chose au microscope, un échantillon est généralement placé sur une lame de verre. Mais le verre retient la chaleur. Cela fait également fondre la neige. Il est donc passé du verre au saphir, un matériau qui se refroidit plus facilement.
En février 2020, il était prêt. Mais où trouvez-vous les plus beaux flocons de neige à photographier? Au début, il pensait pouvoir se rendre dans une station de ski – peut-être Aspen ou Vail au Colorado ou Whistler en Colombie-Britannique.
Mais ces endroits n’étaient pas assez froids.
«La poudreuse avec laquelle un skieur pourrait souhaiter un skieur est en fait plutôt poudreuse», a déclaré le Dr Mehrvold. « Il n’y a pas beaucoup de beauté dans ce truc. »
En fait, les flocons de neige qui tombent sur la plupart des gens la plupart du temps sont rarement ce que les gens considèrent comme un flocon de neige.
L’eau est une simple molécule composée de deux atomes d’hydrogène et d’oxygène. Lorsque les températures descendent en dessous de 32 degrés Fahrenheit, les particules commencent à se coller ensemble, c’est-à-dire qu’elles gèlent.
Un flocon de neige naît dans un nuage lorsqu’une goutte d’eau gèle dans un petit cristal de glace. La forme des molécules d’eau les amène à être empilées ensemble selon un motif hexagonal. C’est pourquoi un flocon de neige typique a six bras.
Ensuite, le cristal se développe, absorbe la vapeur d’eau de l’air et évapore d’autres gouttelettes à proximité pour reconstituer la vapeur. «Il faudrait 100 000 gouttes d’eau pour s’évaporer pour fabriquer un cristal de glace», a déclaré le Dr Liebrecht.
Mais la croissance du cristal dépend de la température et de l’humidité. Dans les années 1930, le physicien japonais Okishiro Nakaya a été le premier à implanter des flocons de neige artificiels dans son laboratoire et, par des conditions variables, a pu classer les espèces qui composent dans la plupart des conditions.
Lorsque les températures sont juste en dessous de zéro, les flocons de neige sont généralement de simples panneaux hexagonaux. À environ 20 degrés Fahrenheit, la forme prédominante est celle des colonnes hexagonales. En règle générale, de beaux flocons de neige se forment entre 15 degrés et -5 degrés Fahrenheit.
À ces températures, les points de l’hexagone se transforment en branches. Les branches engendrent alors d’autres branches et des plaques hexagonales plus petites. De légères différences de température et d’humidité affectent le modèle de croissance et les conditions changent constamment lorsque le flocon de neige tombe vers le sol.
«Parce qu’il a ce chemin complexe à travers les nuages, il donne une forme complexe», a déclaré le Dr Liebrecht. « Ils suivent tous des chemins différents, donc chacun semble un peu différent, selon le chemin. »
Et ainsi, pour trouver de beaux flocons de neige, le Dr Myrvold s’est tourné vers le nord, et beaucoup plus au nord. Lui et deux de ses collaborateurs ont remorqué environ mille livres d’équipement à Fairbanks, en Alaska; Yellowknife, la plus grande communauté des Territoires du Nord-Ouest canadiens; Et Timmins, en Ontario, est à environ 150 milles au nord du lac Huron.
Un mois plus tard, la pandémie de coronavirus a cessé d’essayer. Mais le Dr Myhrvold a pu capturer ce qu’il appelle des images haute résolution de flocons de neige.
Cette affirmation a mis en colère d’autres dans le royaume des flocons de neige, y compris Don KomarishkaUn photographe canadien avec décidément moins technophile. Il utilise un appareil photo numérique acheté en magasin combiné à un objectif macro haute puissance. Il n’utilise même pas de trépied – il tient l’appareil photo tandis que des flocons de neige sont assis sur un gant noir que sa grand-mère lui a donné.
« Trop simpliste », a déclaré M. Komarishka. « Il est très sympathique avec quiconque possède un appareil photo. »
«Je pense que c’est un peu sur-conçu», a-t-il déclaré à propos du système conçu sur mesure du Dr Myfold.
M. Komarechka adopte également une approche différente de l’éclairage, en utilisant la lumière réfléchie par un flocon de neige, tandis que les photos du Dr Myhrvold capturent la lumière qui le traverse. « Vous pouvez voir la texture du toit, et parfois les belles couleurs de l’arc-en-ciel au milieu du flocon de neige », a déclaré M. Komarechka.
L’effet arc-en-ciel est le même que ce que vous voyez dans le film de savon, a-t-il dit, mais les couleurs «sont souvent affichées beaucoup plus fortes que ce que vous voyez dans le film de savon ou autre chose». « C’est presque psychédélique, presque comme une chemise teinte par nœuds. »
Pour contrer les affirmations du Dr Myrvold, M. Komarishka a pris une image qui, selon lui, était la plus haute résolution. Le Dr Myrvold a répondu avec Longue réfutation Il explique pourquoi ses photos étaient cependant plus détaillées.
Dans la pratique, les images du Dr Mehrvold sont beaucoup plus claires lorsqu’elles sont imprimées sur du papier de grand format. Ils sont disponibles à l’achat Les tailles atteignent 2 mètres sur 1,5 mètres.
«Dans ce sens très étroit, oui, c’est ce que prétend Nathan, et il n’a pas tort», a déclaré M. Komarishka.
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