摄影与科学

教师之友网

德国科学摄影佳作：螳螂变身舞者(组图)

时间:2009-12-01

　　　来源：新浪科技

北京时间12月1日消息，据德国《明镜》周刊报道，美丽并不总是存在于观察者的眼睛中，有时候，我们无法用肉眼看到的事物也同样拥有美丽的一面。在德国《焦点》杂志举行的一场摄影大赛中，一幅幅来自世界各地实验室研究的照片向人们呈现了科学研究最美丽的时刻。　　斯瓦诺维茨的螳螂照是众多参加《焦点》“Pictures from Research”(直译为研究过程中拍摄的照片)摄影大赛的作品之一，最后获得2万欧元(2.98万英镑)奖金。在“Captivating Research”单元，斯瓦诺维茨凭借螳螂照问鼎亚军宝座。他的竞争对手来自于几乎所有科学研究领域，其中包括生物学、化学、医学、物理学以及解剖学。实际上，类似斯瓦诺维茨这样的专业人员并不一定要将照片拍成这样，这种做法只是为了拉近科学研究与非科学世界之间的距离。
　　与斯瓦诺维茨的螳螂照一样，很多参赛作品所呈现的景象和事物也均让人兴趣十足，例如一个类似珊瑚的血管系统，一只为痴呆患者带来安慰的机器海豹以及一个神经细胞内部表现出的巨大活跃性。所有这些照片让人们看到了世界各地的实验室所进行科学研究令人着迷的一面。“Pictures from Research”摄影比赛于2005年发起，现在已成为世界上最重要的科研摄影奖项之一。
　　1.螳螂变身“舞者”

螳螂变身“舞者”

　　在感到受到威胁时，螳螂(学名Rhombodera basalis)会将自己变成一个“舞者”。这种动物原产自马来西亚，身长最高可达到10厘米。在呈现出著名的祈祷姿势时，螳螂并不是想向一个更高级的权威献上礼物，而是准备向猎物发起攻击。
　　2.纤维蛋白与血小板

纤维蛋白与血小板

　　身体产生的纤维蛋白与血液中的血小板合作，帮助伤口处血液凝固。抵达伤口之后，它们便依附在纤维上形成一个网状结构。在与血小板配合下，它们能够让一块疤覆盖伤口直至愈合。如果只是借助于肉眼，我们永远猜测不到整个过程会以这种方式上演。





　　3.斑马鱼

斑马鱼

　　斑马鱼是一种热带淡水鱼，它们不仅是全世界的水族馆颇受游人欢迎的对象，同时也是科学研究的一个宠儿。在帮助我们更深入了解生物进化方面，斑马鱼扮演着非常重要的角色。照片中的斑马鱼幼仔只有两天大，3个月之后将发育成熟。科学家发现，处在仔鱼期的斑马鱼拥有鳍、皮肤、心脏以及大脑再生能力。
　　4.向日葵

向日葵

　　并不是每一株向日葵都能茁壮成长。寄生虫和疾病能够让向日葵从黄金色变成褐色。达玛里斯·奥德尼博士正在进行研究，以寻找何种因素能够提高向日葵对害虫的抵抗力。这位肯尼亚生物学家表示：“在我的国家，饥饿仍旧是一个有待解决的问题。”
　　5.人类血管系统模型

人类血管系统模型

　　这并不是珊瑚，而是一个人类血管系统模型。血管通过冈瑟尔·范·哈根斯博士研发的一种方式塑化。这位科学家打造的仿真人体模型展常常引发争议。制作模型时，一种液态塑料被注入血液。液态塑料硬化之后，科学家便可以对血管系统进行研究，就好像对人体内的血管进行研究一样。
　　6.机器海豹“帕罗”

机器海豹“帕罗”

　　日本研究人员研制的机器海豹“帕罗”(Paro)，能够帮助痴呆患者感觉到自己也被友谊包围同时产生一种安全感。有了这个可爱的家伙，痴呆患者就不用真实的宠物陪伴左右。在设计上，研究人员尽可能让帕罗模仿真实的宠物，它能够拥抱、点头以及眨它那双黑黑的大眼睛。帕罗现正陪伴巴登-巴登的痴呆患者接受测试。迄今为止，已经有1000只机器海豹走进需要长期看护的日本家庭。
　　7.神经细胞

神经细胞

　　一个成年人大脑拥有近1000亿个神经细胞。每一个神经细胞最多能够与遍布身体各个部位的其它1000个神经细胞保持联系。神经细胞是人体内最为复杂的系统，为了对此进行研究，科学家利用一种能够让神经细胞在扫描时发出荧光的物质。在此之后，研究人员便可拍摄处在活跃状态的神经细胞照片。

教师之友网

8.液压假腿

液压假腿

　　由于在工作中发生事故，罗伯特·乔丹失去了一条腿，但借助于一条液压假腿，他能够像正常人那样生活，就像发生事故前一样。假腿采用的传感器每秒最多可进行50次运算，以确定假腿何处受力以及受力大小。计算结果随后传送给一个微处理器，后者利用一系列算法帮助佩戴者做出合适的移动。在这条假腿的帮助下，乔丹就是赶上一天长角牛也不会有什么问题。
　　9.阿尔梅利亚PsA太阳能热发电站

阿尔梅利亚PsA太阳能热发电站

　　位于西班牙的塔伯纳斯沙漠一年中的日照时间多达320天，这一优势使其成为建造阿尔梅利亚PsA太阳能热发电站(Plataforma Solar de Almeria)的最理想所在。自1981年投入运营以来，德国航空航天中心便成为这个太阳能研究实验的组成部分。PsA太阳能热发电站占地面积100公顷，相当于225个足球场，所安装的反光镜面积超过2万平方米。
　　10.蚊子模型

蚊子模型

　　朱莉娅·斯托斯的工作是将“小东西”变成能够用肉眼进行研究的事物。她制作的昆虫模型除了个头外与真实昆虫毫无差异。照片中的蚊子体型是真蚊子的60倍。
　　11.已经制造完毕的车架

已经制造完毕的车架

　　为了制造奥迪R8的铝制车架，车身需要被放入一个温度达到185摄氏度的烤箱。安装在车身上的传感器确保其受热均匀。照片中，内卡斯乌尔姆奥迪工厂的一名工人正在查看已经制造完毕的车架。铝制车架主要用于豪华车和运动型轿车。
　　12.机器企鹅AquaPenguin

机器企鹅AquaPenguin

　　与拥有血肉之躯的真实企鹅一样，机器企鹅AquaPenguin也能潜入水下并在水中穿行。它拥有自我导航能力，利用与海豚一样的声纳原理了解周围环境。

教师之友网

　13.肌肉组织的横断面

肌肉组织的横断面

　　肌肉组织的一个横断面，四周被充当结缔组织的细胞外组织包围。每一个肌肉纤维通过结缔组织连接在一起并形成完整的肌肉。如果二者之间的关联存在缺陷，就会导致神经肌肉疾病Myasenthia。
　　14.机器人I2D2

机器人I2D2

　　机器人I2D2是电脑芯片制造领域的“新队员”之一。它的职责是保持制造过程中的温度稳定。无论白天还是黑夜，它都要在面积超过1万平方米的制造设施内巡视，确保芯片处于合理温度之下。安装在I2D2上的里程表显示，这个机器人的行驶距离已经超过75公里。
　　15.雏菊家族成员

雏菊家族成员

　　拍摄这幅照片是为了纪念查尔斯·达尔文诞辰200周年及其经典著作《物种起源》问世150周年。照片中的两位雏菊家族成员展示了它们如何通过进化适应周围环境。经过长时间的进化，每一种雏菊均发生了变化，更便于昆虫找到它们的花粉。
　　16.免疫系统

免疫系统

　　电子显微镜下看到的景象，免疫系统正在发挥作用。照片中，一个白细胞(红色)将一个结核分支杆菌包裹起来，这种细菌是绝大多数肺结核病例的致病原因。白细胞是一种噬菌细胞(Phagocyte)，“Phagocyte”这个名字来源于希腊语中的phagein(意为吃掉)。
　　17.电辐射数量测量

电辐射数量测量

　　为了准确测量一台新电视机产生的电辐射数量，一名研究人员不得不置身于一个完全隔音的房间，让测量工作进入一种与世隔绝的状态。(孝文)

教师之友网

http://slide.tech.sina.com.cn/d/slide_5_453_15698.html#p=2

http://slide.tech.sina.com.cn/d/slide_5_453_15698.html#p=2

http://slide.tech.sina.com.cn/d/slide_5_453_15698.html#p=2

教师之友网

科学摄影：让你看到放大的人体血流(组图)
http://www.enorth.com.cn　 2008-09-28


　据美国国家地理杂志报道，每年美国国家科学基金会和科学杂志将颁发“国际科学和工程视觉挑战奖”，鼓励那些使用现代摄影技术对想象化复杂科学主题进行拍摄的科学摄影爱好者们。该奖项在9月26日出版的《科学》杂志上进行公布。

放大的人体血流

　　放大的人体血流
　　对人体血液循环系统细致的观测会让你有意想不到的收获，美国旧金山艺术和人类感知主题博物馆的詹尼弗-弗雷泽指出，这张图像呈现的是微型氧原子和巨大的心脏器官之间的微妙关系，这是由普通的绘图技术完成的。
　　这幅图像的作者是艺术家琳达-奈耶，她由此获得了此次国际科学和工程视觉挑战奖的一等奖。

晶体森林

　　晶体森林
　　当微小的绿色硅藻附着在它的海洋无脊椎动物寄宿体上时，便能够建立形成蕨类植物森林的错觉。意大利那不勒斯第二大学的马里奥-德斯特凡诺使用扫描电子显微镜在地中海拍摄了这个“微型森林”。

振荡线

　　振荡线

　　如图所示，在一个微型电动机的作用下，一根棉线扭曲盘旋成一个不同寻常的模式。美国纽约罗彻斯特理工学院的安德鲁-戴维德哈兹获得了优秀奖，然而，据他所描述这张图片的拍摄竟源自于他的偶然性失误。
　　戴维德哈兹说，“我碰巧振动了这根棉线，在扫描电子显微镜下所呈现的图像非常令人兴奋！”据悉，一个微型电动机作用两秒钟时间，棉线扭曲旋转振动频率将达到10-20倍。

鱿鱼吸管：张着血口的小怪物

　　鱿鱼吸管：张着血口的小怪物 　　曾观看过电影《恐怖小店》的人们看到这张图片之后，一定会联想起1986年拍摄的这部电影中的嗜血植物。
　　美国德雷塞尔大学博士生杰西卡-斯彻夫曼实际上拍摄的只是一条长鳍鱿鱼的一排吸管，鱿鱼的每个吸管直径为400微米，比人体头发直径更小一些，它的周围是一种叫做几丁质的坚硬有机物质。几丁质是一种基本上为含氮多聚糖的保护性半透明坚硬物质，是节肢动物外骨骼和某些真菌类植物细胞壁的主要组成部分。
　　鱿鱼通常使用这些“强大”的吸管紧紧抓住猎物，进而满足它们贪婪的食欲。这张图片获得了优秀奖。

“多径迷宫”

　　“多径迷宫” 　　几个分子堆叠在一起的聚合体“三明治”形成一个波动的显微丘陵和山谷地形。美国威斯康星州大学Ye Jin Eun和同事们堆叠的两个聚合体，作为实验的一部分浸入水中。
　　虽然这个聚合体被证实不能应用于科学范畴。但这张图片还是获得了优秀奖。

“肉眼观看《圣经》”

　　“肉眼观看《圣经》” 　　如图所示，这是色彩绚丽的彩虹照亮《圣经》时所出现的自然交互反应。这是将《圣经》中第1189篇作为水平轴线。这张作品获得了优秀奖。

3D哺乳动物细胞

　　离子磨损扫描电子显微镜下的3D哺乳动物细胞 　　这张电脑图片显示的是人类健康的最大敌人——黑素瘤细胞。这种癌细胞的粉红线粒体和金色内质网状组织，形成一个像小泡和液囊构成的网络，它们旋涡状地围绕在黑素瘤细胞的黑色核子周围。
　　美国国家健康协会的国家医学图书馆的唐纳德-比利斯和斯瑞拉姆-苏伯拉曼姆通过带有镓离子的细胞“喷沙过程”形成了这张图片。

教师之友网

《爱丽丝漫游奇境》

　　显微镜下的《爱丽丝漫游奇境》 　　老人们时常说“真实比虚幻更奇特！”这张图片不由得让人们联系到《爱丽丝漫游奇境》的童话世界之中，好像正在上演“疯狂帽先生”茶话会这一幕。
　　插图画家科利恩-钱姆普使用自然物体显微镜下的观测图片，结合丹尼斯-昆克尔建立的图片——三只甲虫在蝴蝶翅膀当作的桌子上进行“茶话会”，除三只甲虫周围的环境都是由维生素C晶体构成的。这张图片获得了此次奖赛的一等奖。

染色体数字实验室：植物细胞

　　染色体数字实验室：植物细胞 　　点击鼠标就可以使学生们探索部分植物细胞，比如线粒体，它是细胞的发电站。这张名为“染色体数字实验室”的图片是由加拿大多伦多海绵实验室交互中心建立的，它赢得了此次奖赛的一等奖。
　　研究人员通过改变光线、水和土壤变量进行实验，从而影响个别细胞器官的功能，进而洞察这些变化如何从整体性影响植物。

人体免疫系统对抗传染病菌

　　人体免疫系统对抗传染病菌 　　即使是由细菌导致的呼吸管链锁状球菌看上去也非常美丽，如图所示，这是人体免疫系统对抗细菌病毒的生理性反应，显示了人体免疫系统细胞如果摧毁有害细菌。
　　沃尔特伊丽莎医学研究所的艾特苏库-乌诺说，“我们希望人们能够对自身的免疫系统运行产生兴趣，并展开深入分析。”

教师之友网

高速水滴摄影：精灵旋舞雪杉非狐 发表于2011-09-19





摄影爱好者总是喜欢给飞溅的水花拍照，网上各种关于水滴的照片也是千奇百怪。不过，让水摆造型可不容易，德国艺术家马库斯•瑞格雷斯就有这本事，让水花飞溅出不同形态。

看了谣言粉碎机的 《水什么答案也不知道》 ，接下来再来看看像做实验一样不断改进设计、变换参数而拍摄水花飞溅的德国人马库斯•瑞格雷斯（Markus Reugels）先生吧。
文艺科学之前也介绍过 《水嘛，当然还不知道答案》 ，这组作品中艺术家使用高速摄影捕捉水流的动态与碰撞。瑞格雷斯先生方法类似，只不过主要拍摄水滴，水滴虽小，也可以做PNAS的封面照片哦。[1]瑞格雷斯先生的照片配合一篇研究水的玻璃化转变的文章 [2]而发布，让水玻璃化，条件相当不自然，这篇论文研究的条件是在气压1GPa温度150K左右，在自家阁楼搭架子的摄影爱好者是怎样让水花溅出了玻璃的质感呢？
PNAS封面照片“眼镜水蛇”
材料其实很家常。最早瑞格雷斯先生发现牛奶滴落拍出的形状比水滴要稳定，于是就开始往水里加糖啊食用胶啊什么的，既增大了水的粘度、带上了稳重的色彩，又保持了清亮透明，玻璃的视觉效果就出来了。瑞格雷斯先生照片中最多的就是这种玻璃效果。当然他也试用了其他各种材料，最稳重的要算奶油了。
左：“特大号”之“毒蝇蕈”，奶油造，颜色来自照明 右：双料“毒蝇蕈”
瑞格雷斯先生作品的基本形状就是上面的伞型，这是液滴在水面反弹后与后续滴落的其他液滴相撞之后的瞬间画面 [3]，又根据水花飞溅的形状和高度分为四类。其中“特大号”系列照片中的形状又细又长，比“正常形状”高出很多，水花怎么能溅起这么高呢？
“高分”
松鼠会曾经有专门讲水花的文章 《水面上舞动的精灵(1)》 ，水花的高度与形状有一个重要的决定因素：表面张力。液滴与水槽的表面张力比值越大，水花就反弹得越高 [4]。瑞格雷斯先生在自己的拍摄实验中也发现并利用了同样的现象，他在水槽的水里加了洗碗机光洁剂，减小表面张力，于是得到了“特大号”一系列高个子水花的照片。“抽象”和“泡泡”两个系列也不同程度的用了这个方法，照片中的水花都亭亭玉立。
下面的碗直径12cm，水花高度已经超过了“高分”。
左：“抽象”之“空中抽象” 右：“泡泡”之“色彩旋风”
以上几个系列其实拍摄方法都一样，而其他的照片就有改变了。“倒影”系列拍摄水滴即将滴落时映出的背景图片，“射击”和“喷泉”则分别用子弹和水流冲击水滴或者溅起的水花，在照片上显示速度的力量。
“倒影”之“世界悬于一线”
左：“射击”之“一弹双滴” 右：“喷泉”
“色彩爆炸”系列的拍摄方法很是别出心裁，首先在低音炮上面蒙上黑色气球，然后在气球上倒上丙烯颜料，最后只需要用电子琴弹一个音就可以了。这一系列背景全黑，凝固在照片上的颜料看不出是从下面飞上去，倒像是正在被黑暗吞噬。在德国一个数码单反论坛上瑞格雷斯先生的用户名叫做“黑暗军团（DarkLegion）”，大概这就是黑暗森林的感觉吧。
左：“色彩爆炸”之“色彩之树” 右：“色彩爆炸”之“色彩之趣4”
瑞格雷斯先生拍摄水滴的装置最早只是一手茶杯一手相机，经过不断实验与改进，快门从自己设定延时到科尼斯公司 (Cognisys Inc.)的专用数控模块StopShot，滴水阀门从一个到三个，技术含量越来越高。在他的网站上，不但有精美的照片，还有安装调试到疑难解答的各种技术细节说明。比如下面这张“二合一”，你能猜到是怎么拍出来的吗？
“二合一”
瑞格雷斯先生的首页有一段醒目的红字“我的照片没有PS！”后期处理他仅仅是微调对比度把小水珠的噪点去掉，用相机直接拍出惊艳的照片才是摄影爱好者的追求。“二合一”是利用了闪光灯的高频率，在快门开启一次的时间内闪光两回得到的。把长曝光的想法加到高速快门的拍摄中，如果再多闪光几次会不会拍出一棵圣诞树呢？
有关水的文艺和水的科学，问题和答案会有多少呢？在得到42以前，我们还是继续寻找吧。
更多美图：
左：“爆炸” 右：“气泡串”
“当蓝色遇上紫色”
左：“水质纺纱机” 右：“红绿蓝”
图片来源：
Visboo网站选图
艺术家flickr网站图片
了解更多：
艺术家个人主页
参考资料：

[1]

PNAS的封面

[2]Ove Andersson, Glass–liquid transition of water at high pressure, PNAS 108, 11013 (2011)

[3]	水滴相撞产生伞形的过程参见

[4]Blanchette, F., Messio, L. & Bush, J. W. M. The influence of surface tension gradients on drop coalescence. Phys. Fluids 21, 072107 (2009)

教师之友网

http://203.71.9.116/nstmedu/act_detdisplay.asp?act_no=0000004135&act_seq=2


http://203.71.9.116/nstmedu/act_detdisplay.asp?act_no=0000004135&act_seq=2


http://203.71.9.116/nstmedu/act_detdisplay.asp?act_no=0000004135&act_seq=2

教师之友网

http://www.mdpa.mo/2011/11/09/%E3%80%8C%E5%BF%AB%E9%96%80%E4%B8%8B%E7%9A%84%E7%A7%91%E5%AD%B8%E3%80%8D%E6%94%9D%E5%BD%B1%E6%AF%94%E8%B3%BD/


http://www.mdpa.mo/2011/11/09/%E3%80%8C%E5%BF%AB%E9%96%80%E4%B8%8B%E7%9A%84%E7%A7%91%E5%AD%B8%E3%80%8D%E6%94%9D%E5%BD%B1%E6%AF%94%E8%B3%BD/

教师之友网

http://news.xinhuanet.com/zgjx/2008-07/25/content_8767235.htm

http://news.xinhuanet.com/zgjx/2008-07/25/content_8767235.htm

http://news.xinhuanet.com/zgjx/2008-07/25/content_8767235.htm