科普：日照金树

二月份的第一个星期五 (2/5/2016)，波士顿喜降今冬的第一场大雪，地上被半尺深的白雪覆盖，树上挂满了雪花，世界一片银装素裹，美伦美奂。傍晚时雪停了，太阳出来照亮了后院的树林。我放眼看过去，惊艳不已：树林染成了一片金色。哇塞，这是“日照金树”！ 这个奇景是不是很象人们拍摄的秘鲁安第斯雪山 和 中国滇藏交界的梅里雪山的 “日照金山” 的奇观？
 

金树 和 银树 (银树是雪后第二天早上8:38的照片）

后来，在当地的朋友圈里又见到了类似的“金树”和“金林”照片。我知道这样的美片是晚霞的贡献，但更深的一些光学知识只能请教大家了。幸运的是身边有很多学识渊博兴趣广泛的高者，我就请教了一位这样博学的摄影爱好者给我讲解了后院的“银”树 变 “金”树 的"致富”原理。下面是我根据他的解释和我的理解整理的光影科普。

 

              

金林 和 银林 (银林是雪后第二天早上8:38的照片）

对雪后黄昏的金色树林的相片，解释为何在如此时刻有此难得的光影效果。

光影效果是由特定时刻和大气情况而决定的。时刻又可理解为太阳相对地平线的高度，如黎明是早上的太阳在地平线上6度范围，白天是指太阳在地平线6度以上，黄昏是傍晚的太阳在地平线上6度范围。大气环境可以理解为大气主要是由氮氧粒子组成，污染的大气则还含有混合物的大漂浮粒子。可见的太阳光是白光，白光按波长的长短分离成 红橙黄绿青蓝紫 七色，红橙黄又称暖色光，蓝紫又称冷色光。在摄影界这是2组特别的光段对应着特定的摄影规律，分别称为 Golden Hour (黄金时) 和 Blue Hour (蓝光时) 规律。

     “黄金时” 和 “蓝光时” 直观图 （取自PetaPixel网站）
 

在大气污染或有雾的天气时，太阳光线被吸收也不散射；在天气晴朗时，太阳的白光被大气的氮氧粒子吸收也被散射。在白天, 波长短的蓝光经过大气散射最多，天空呈现为蓝色。黄昏的光线经过大气角度偏低而光程较长，波长长的暖色光达到景物胜过蓝光散射，所看到的景色则在黄昏时刻由浅蓝、黄澄过渡到天边 (近地平线) 的红色。如果此时，地面铺盖着白雪，反射出的色彩则更趋艳烈，因白色的雪面避免了暖色光被地面吸收而偏黑，造成前后景不明确，景深变浅的先天限制。黎明光线其原理一样。

上面这些概念可概述为这样。
黎明前和黄昏后的光线使远方高山 (不是天顶) 偏蓝 (因为暖色光失入太空)，而黎明或黄昏时的光线让远处高山反射为金色，这就是Blue Hour 和Golden Hour的蓝山和金山。“日照金山” 的奇景就是这个光学效应的典型代表。
  
有了这个黄昏光影的概念，我查了一下“金树” 照片的物理数据。 这些影片的拍摄时间在下午 4:40 - 4:46。我又在网上查了一下Sunset 时间表，当天波士顿日落 (数学) 时间是 5:03。以地球自转每小时15度, 即太阳在空中毎移动1度约花4分钟，那么黄昏时段 (太阳在天空的跨度6度) 约24分钟。考虑到当地的地貎，有效黄昏时长大概只有5度宽或20分钟时长，那么对应的黄昏时间是 4:39 - 4:59pm 。这套金树的影片正是拍在这个时段！

以前我仅有一些 "早晨,傍晚光线丰富”的模糊印象, 但具体到, 什么时间红什么时候黄, 是讲不出来的，以为这些红黄是当日气候和云层决定的呢，现在有了更具体的时间关系了。下面罗列一下我的观察，下次就直接参照这个“手册” 来拍摄或欣赏别人的美片了。
 

1. 日落前 和 日出后 20-30分钟是摄影的黄金时间。
2. 日落后 和 日出前 颜色多偏红色；在升起或下落这段过程中颜色多偏黄。
3. 纯金色或深红色 出现只有4-5分钟时长，也即短促的转瞬即逝。
4. 纯金色出现表示黃昏的开始 或黎明的结束。
5. 深红色出现表示黃昏的结束或黎明的开始。
 

回忆看过的一些旅游博文，譬如人们拍摄的 安第斯的“日照金山”都是在早上太阳升起的 5分钟以内，“金山”光芒逝去后，瞬即是白天的正常光影 - 白色的雪山和蓝色的天空。现在可以信心十足地说，我们那时的镜头碰巧撞进了“黄金时”段的光影，而且是在黃昏刚开始，所以有“银树” 成了 “金树”。

想象一下，如果当时有一个孩子面朝阳光，被我摄下，那么这个孩子就成了一个小金人！无论是想象的 "小金人" 还是这些大大小小的 "金树" 和 "金林" 淋漓尽至地展现了波士顿雪后罕见的美。

谢谢 Yi先生的博学勤耕 和 JR女士的金色照片。

更多金树：http://blog.wenxuecity.com/myblog/69375/201602/605781.html

参考网页：http://petapixel.com/2014/06/11/understanding-golden-hour-blue-hour-twilights/

 

1.  黄昏 4:42pm 的后院金树林 

2. 黄昏 4:43pm 的后院金树林  
 

3. 黄昏 4:46pm 的朋友家后院金树     
 

4. 黄昏 4:46pm 的朋友家后院金树  

 

5. Yi先生家门前看过去的黄昏时光里金树梢  

 

 6. 邻镇的黄昏光里的路旁金灿的树 (来自脸书朋友圈 Lauren H.)