「我想分享一下我的座右銘，也是莊子說過的一句話：判天地之美，析萬物之理。如果你有科學的思維，能把科學和藝術結合起來，你既能夠認識到宇宙萬物運行的道理，同時又能記錄和表現它的美好。」
陳海瀅
《Science》封面攝影師、《美國國家地理》特約攝影師
我不是植物學家也不是科學家，我是個很普通的科學愛好者，也是一個攝影愛好者。今天我分享的主題是科學攝影，這兩個平時很少會放在一起的話題，能擦出什麼樣的火花呢？
當科學思維碰上藝術光影
這張照片拍攝於北京，大家能認出來這是哪裡嗎？對，是北京的長安街。我為這張照片取名「長安街懸日」。這是國內第一張城市懸日攝影作品，很多人都非常喜歡它。
一位在新華社做資深記者的朋友問我這張照片是在哪兒拍的，我跟他說，拍攝地我可以告訴你，但你不一定拍得著。他聽了很不服氣，心想「憑什麼你能拍著我拍不著」。
我並不是打擊這位朋友，而是因為一年當中我們只有兩天的機會有可能拍到這樣的場景。
大家都知道太陽東升西落，那麼太陽是不是每天都從正東升起，從正西落下呢？不是的。太陽每年只有三月底的春分和九月底的秋分這兩天才是從正東升起，從正西落下的。
對於北京來說，夏季和冬季的太陽分別是從哪個方向升起，從哪個方向落下的呢？
這算我留給大家的一個課後作業吧：今天放學後，請大家觀察一下，太陽是從西南還是西北落下去的；明天再觀察一下，太陽是從東南還是東北升起來的。
為了更好地講解，我先給出答案：對於北京來說，冬季的太陽是從東南升起，從西南落下的。相反，夏季的太陽是從東北升起，從西北落下的。
把握日出日落的規律並不簡單，更何況還要將太陽和地面的景物拍在一起，就更不容易了。這需要我們具有相應的科學知識，運用科學攝影的思維來進行攝影創作。我也鼓勵大家在課餘去拍攝各種太陽和地面相結合的自然景觀。
剛才那張拍的是日出，大家能看出來這張拍的是日出還是日落嗎？是日落。為什麼是日落？因為北京西北有山，太陽會先落到山這兒。
拍長安街的日出，拍西山的日落，各有各的景觀，各有各的美，只要掌握相應的拍攝方法，我們就可以創作出很多有趣的攝影作品。
這裡就是拍攝「長安街懸日」的地方。2013年拍這張照片的時候，我們提前用衛星把長安街上所有的天橋都看了一遍，在研究了每座天橋所對應的構圖和太陽升起的角度後，最後從衛星地圖上選擇了圖中左邊的這座天橋。
下圖就是我的拍攝點，照片右上邊的曲線就是這座漂亮的天橋。
第一次拍這張照片的時候，整座天橋上只有我一個人。我看到太陽從正東方升起，特別感動。
現在幾年過去了，很多人都非常喜歡這種拍攝方法，每次春分、秋分的時候，這座天橋上都擠滿了拍攝者，也有初中的同學在拍攝，年齡跟大家差不多。
雖然你們還沒有開始上物理課，但以大家的科學思維和能力，我相信去了解太陽、月亮的升落規律是完全沒問題的，甚至你們可能還會發現一些新的更有意思的拍攝點。
北京西六環有一座定都閣，這是太陽從定都閣落下時的景觀，每年我們有若干次機會拍到太陽和定都閣重合的景觀。
這是中央電視臺，旁邊有一座天橋，通過科學攝影的方法，我們計算出什麼時候可以拍到太陽從遠方直接落到樓縫隙裡的照片。那麼這是日出還是日落呢？
沒錯，是日落。
每年春分和秋分前後的日落期間，我們都可以嘗試拍到這種景觀。太陽是特別普遍的天體，我們每天都會跟它打交道，但即使是每天都見到的太陽，我們也必須要了解它不同的升落規律後，才能拍攝到你想要的作品，這就是科學和藝術的結合。
第一眼看到這張照片，大家的第一反應是——哇，好大的太陽！為什麼這張照片中的太陽顯得特別大？是因為我拍得很滿嗎？不完全是。是因為下面站著一個人。我們經常說眼見為實，但有時，眼睛看到的未必都是真實的。
光線進入人眼後，大腦會進行成像，而這個過程有很大的主觀成分，大腦在一定程度上會調整你看到的圖像的感覺。而人常常依靠對比形成認識，比如說某個人是高是矮，是白是黑，往往是我們經過和周邊環境進行對比後才得出的認識。
人的形象我們很熟悉，所以大腦也覺得人的形象大小差不多。當你看到這張照片的時候，大腦告訴你的不是正常大小的太陽配上一個人，而是一個正常大小的人配上了巨大的太陽，這就是利用視覺科學形成的感官。
要想拍到這樣的作品也是很不容易的，我們要精準地計算太陽落下的位置，要讓這個人正好在這個位置。
大家能猜到拍攝的時候這個人離我有多遠嗎？大概有800米。從800米外看一個人，其實他會顯得非常小，這就襯得太陽特別大了。這張照片也被選用為《中國國家地理》當年的一期封面照片。
照片中的這位同學也非常辛苦，被我們指揮跑到800米之外，不斷地做著各種動作。
平時，大家不太容易覺察到太陽、月亮短時間內的運動狀況，實際上它們運動得非常快，太陽的直徑約為139萬千米，那麼它走完自身直徑這麼長的距離需要多長時間呢？
只需要兩分鐘。為什麼是兩分鐘？大家也可以當成一項課後作業，回去算一算。
只要兩分鐘，太陽就落下去了，留給我們拍攝的窗口期其實非常短，只有三四分鐘的時間。我用對講機指揮這個人向左走、向右走，跳……讓他做各種各樣的動作，最後拍到想要的效果。
看，你必須具備科學的思維、科學的素養，才能將人和物完美地結合在一起，創作出有意思的影像。
如何在攝影中巧妙地運用科學思維
剛才說過，人的視覺依靠對比呈現，所以如果你想把太陽或月亮表現得很大，那就讓前景儘可能小。這兩張照片中的建築物是同一個建築物，但左邊是距離6千米拍的，右邊是距離35千米拍的。
經過對比我們就會覺得，右邊的樓顯得特別小，太陽顯得特別大。人的視覺就是依靠對比去形成感受的，你的大腦依靠對比，然後告訴你什麼是大，什麼是小。
具體怎麼拍攝呢？我給大家介紹一個非常簡單的法則——120倍法則。
比如有位同學雖然才上初一，但個子很高，已經2米了。如果想把這位2米高的同學拍的跟太陽一樣大，需要離他多遠去拍攝呢？需要240米，也就是用2乘以120。
我們可以用這個方法去拍一棟樓、一座山、一輛汽車……只要你離這個物體的距離是它高度的大約120倍，拍出來的效果就跟太陽或月亮的大小差不多了。至於為什麼是120，大家可以用初級三角函數的概念去計算一下。
運用這種方法我們進行了很多拍攝。照片中的亭子是景山公園的萬春亭。2019年年初有一次日偏食，經過計算後，我們在北海公園用長焦鏡頭拍到了這張照片。
我們還拍到了飛機和太陽在一起的照片，拍到了月亮和北京CBD在一起的照片。
這組照片中的CBD看起來和平常不太一樣。因為當時我的拍攝距離非常遠，當時我在距離CBD25千米以外的地方拍攝。
那是去年5月份，北京已經連續颳了幾天大風，大風讓北京的天空顯得極為通透，又趕上滿月，我就想能不能找到一個位置把滿月和CBD拍在一起。經過計算，我知道月亮大概從東偏南20度的地方升起來。
那麼，什麼位置既能看到CBD，又能讓滿月看上去好像從CBD背後升起來呢？經過尋找，我發現香山是最佳選擇。
我開車前往香山，在一個非常偏僻的路段找到了符合拍攝角度的地方。站在那個地方，我感覺整個北京城都在我眼前展開了。能拍到這組照片，我自己也很感動。這張照片被選為2018年9月《中國國家地理》雜誌的封面照片。
日常生活處處是景
我們日常生活的城市裡有很多美麗的景色，有很多科學知識是我們觸手可及的。我比大家年長很多，幾乎走遍了全世界七大州、四大洋，也去過南極和北極，雖然我去過這麼多地方，但我仍然認為自己的根在中國，在北京。
我覺得，你不用走得很遠，因為你的周圍就有很多美值得你去挖掘，值得你去表現。如果你有更好的科學知識和科學素養，你就可以更好地表現這些美。
大家一定聽說過超級月亮，但你們看看這張月亮的照片，覺得看著舒服嗎？是不是覺得不舒服，很彆扭？
這是因為它將一個用廣角拍的非常廣的地景，疊加到了一個用長焦拍的月亮上，所以看起來非常不舒服。這種拍攝方法我們並不推崇，因為它改變了自然原來的樣子，自然本來不是這樣的。
再來看這張照片。這張照片第一眼看上去還有點兒意思，但大家都很熟悉鳥巢，它位於北京的北邊，月亮是無論如何都不會出現在正北方向的，這違背了天體和地面物體之間的關係。
這不是科學攝影，我們也不推崇這種攝影方法。真實的照片和虛假的照片一對比，你就能感受到更自然更真摯的美。
如何形成科學攝影的獨特思維
很多人問我，如何形成科學攝影的思維。其實我並不是專業的攝影師。大學時我修的理工科專業——清華大學電子工程專業，我接受了很多年的理工科訓練，後來我又喜歡上了攝影。
我就想，怎麼能把攝影藝術和之前接受過的工程、數理教育結合起來。2009年的一個機會讓我的這個想法更加明確下來。
《Science》是全世界著名的頂級學術期刊之一，2019年他們想刊發一篇關於中國風電的封面文章，需要一張封面照片，這張照片既要包含中國元素，又要有風電元素。
因為他們的圖庫裡沒有這樣的照片，所以經過各種各樣的途徑後，他們找到了我。
我接到拍攝需求的時候只剩下兩周時間了。我想，照片中的中國元素用什麼呢？用中國字？對方說不行。那就用中國的古建築吧。
北京周邊有什麼地方既有古建築又有風電廠呢？官廳水庫。於是我在那裡拍到了第一張照片。路上還給一位老大爺順手拍了一張。第一周結束之後，我把照片發給了《Science》編輯部，沒想到，他們很喜歡我拍的老大爺的那一張，說用這張就可以了。
但我又申請了一周的時間。因為我覺得，2009年中國人的精神面貌不是趕著驢車的老大爺所能呈現出來的，我要求再給我一周的時間，我一定能拍到更滿意的照片。他們給了我這個機會。
我想最能代表中國的元素可能還是長城，於是就想著什麼地方能拍到長城和風電。真的太難了，當時沒有任何信息可供我參考。我只能不斷查資料，看什麼地方有風電廠，附近還有長城，我該如何將它們結合在一起。
後來，我終於在山西和內蒙古交界的右玉縣找到了這樣一個地方。為防白跑一趟，我提前用衛星地圖看了看這個地方。
大家從衛星地圖上能看到，從右上到左下斜著彎曲的就是長城，這是一段明朝的長城。上面有影子的幾個點就是風車。看到衛星圖後，我就基本確信，我能在這裡拍到以前從沒有人拍到過的照片。
後來我驅車1000多千米，終於到了那裡，並且順利完成了拍攝。
這件事情給了我特別強烈的衝擊，以前拍照片，玩攝影，很多人都說要等、要碰，實際上不是這樣的。
如果你有科學知識、科學方法，就可以把以前需要等、需要碰的那些所謂機緣巧合下才能拍到的影像，變成你自己能掌握，自己能主動去創作的一種影像。
所謂科學攝影，就是用科學的方法去指導攝影。同時，用科學攝影拍到的照片，比如那張「長安街懸日」，還可以成為非常好的科學傳播工具，這就是我們說的科學攝影，這也是我非常喜歡科學攝影的原因。
科學攝影能給你帶來很多不一樣的認識，這張照片拍攝於一個夏雨後的定都峰，照片是從西往東北方向拍的，我們能看到北大未名湖旁的博雅塔，能看到奧林匹克塔，能看到盤古大觀，還能看到東北方向的山。
很多人會疑惑，為什麼北京的東北方向還會有山呢？其實，這些山是北京平谷區的山。也就是說，我們已經隔著整個北京城看到了位於平谷的山。
山上還有一些線條，看上去好像是長城。這是哪兒的長城呢？是位於天津薊縣的長城。整張照片的清晰度非常高，視野最遠處離我的拍攝點有160千米。
為什麼我能把握住這個難得的拍攝機會？就是因為我選在了雨後空氣最為通透的那個時間段，那時北京的PM2.5隻有2～3。
這也告訴大家，如果你想拍攝欲窮千裡目的照片，不但要更上一層樓，還要選擇雨後或者大風後空氣最為澄淨的時期。
下面這張照片拍攝於河北張家口，亮著光的是200多千米以外的北京城。
科學攝影能讓我們將彗星和長城拍在同一個畫面中，能告訴我們彩虹其實是一個圓圈而不是一個弧。
科學攝影能幫你拍到水面倒映著的星軌。
能幫你拍攝到最美的日月星辰。比如下面這張拍攝於北極的日全食，那時我們在冰原上徒步3個小時才找到一個合適的拍攝點。
科學攝影可以幫你拍攝到特別美的流星雨。比如我冒著零下20多度的低溫，拍攝於北京古北口長城下的流星雨照片。
最後我想分享一下我的座右銘，也是莊子說過的一句話：判天地之美，析萬物之理。
如果你有科學的思維，能把科學和藝術結合起來，你既能夠認識到宇宙萬物運行的道理，同時又能記錄和表現它的美好。