大自然为何如此bling bling?

作者: 三村崇支

来源: 科学世界

发布日期: 2021-04-26 18:30:00

本文探讨了自然界中的结构色现象,解释了结构色的形成原理,并通过具体例子如孔雀羽毛、闪蝶翅膀和吉丁虫的翅膀,展示了结构色的多样性和复杂性。

闪蝶鲜艳的蓝色翅膀、闪耀着七色光辉的吉丁虫、孔雀绚烂夺目的羽毛、带有梦幻色彩的鲍鱼贝壳、如宇宙般深邃的珍珠的光辉,这些特殊的色彩并非是用色素染成,而是通过鳞片或羽毛的精细结构产生的。这就是“结构色”,是自然形成的独特的光泽。让我们一起去探寻它的秘密吧。

孔雀(照片为蓝孔雀)绚丽的羽毛的颜色会随着观察角度的不同而发生变化。当光线照射在羽毛上的显微结构时,光波会干涉增强或减弱,同时向周围扩散,色彩就是这样产生的。这种独特的色彩就是结构色。颜色鲜艳的是雄孔雀,求爱时,越是颜色鲜艳的雄孔雀就越有魅力。

我们常见的太阳光和荧光灯的光基本都是白色。但是,当白色的光透过三棱镜时,原本白色的光会被分为红黄蓝绿等各种颜色。这说明白色的光其实是由无数颜色的光组成的。物体看起来有颜色主要是受“色素”的影响。色素可以吸收太阳光所包含的各色光中特定颜色的光。例如,红色的番茄所含的色素吸收红色以外的光,只反射红色的光。因此我们看到的番茄是红色的。

但是,结构色与物体吸收特定颜色的光。结构色的关键是物体所具有的显微结构。当光照射过来时,这种显微结构仅仅强烈反射某种特定颜色的光,从而使人看到那种颜色。光波性质是结构色产生鲜艳颜色的原因。光波是电磁波的一种。颜色是由光的波长(一个波峰到邻近波峰的长度)决定的。不同颜色的光具有不同的波长。在可见光中,越接近红光的波长越长,越接近紫光的波长越短。

我们在生活中经常可以看到结构色,例如彩色肥皂泡。肥皂泡膜厚度只有几微米(1微米是千分之一毫米)。照射到膜上的光被分为膜的外表面反射的光和内表面反射的光。被分开的光在肥皂泡膜的外表面相遇后产生干涉增强,就会出现其特有的色彩。膜的内表面反射的光返回到外表面时,和原本入射的平行光汇合。

在具有结构色的生物中,闪蝶的显微结构属于比较复杂的类型。而吉丁虫的结构色就比较简单。吉丁虫的翅膀有一种多层膜结构,是由两种角质层(主要成分为蛋白质)构成的膜交互重叠形成的。当光线照射时,会在两种膜的边缘产生反射和干涉。干涉增强的光的颜色会随着角质层的厚度以及光线照射角度的变化而变化。

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