尋找大自然中神秘的綠光

2014-08-25 羅威      】

  大自然的鬼斧神工創(chuàng)造了光這個神奇的東西,因?yàn)楣?,我們能去感受這個斑斕的世界。光有著絢麗的色彩,而其中最為神奇,就要屬綠光了。盡管五彩繽紛的世界里到處都能看到綠色,但是植物的綠色又屬于反射光,植物本身并不是綠光源。仔細(xì)想想才猛然發(fā)現(xiàn),生活中真的幾乎看不到自然界的綠色光源。

  那么,為什么在生活中看不到綠色光源呢?自然界中的光源有幾大類,最常見的一類,在我們的日常經(jīng)驗(yàn)里確實(shí)是偏紅偏黃的,比如篝火、蠟燭、太陽、白熾燈等等。這類光源有個共同特點(diǎn),都通過高溫使得物體發(fā)光。這種發(fā)光基本都近似于黑體輻射。我們知道,黑體輻射的能量分布是與溫度有關(guān)的,溫度低的就偏紅,溫度高的偏藍(lán)。下圖中標(biāo)有溫度的曲線即為色度圖中的黑體輻射軌跡線,圖中右上角為軌跡線區(qū)域的放大。

  

  在我們?nèi)粘D芙佑|到的物體中,各種火焰(比如篝火、蠟燭)溫度只有幾百度,白熾燈溫度超過2000度,太陽溫度也不過五六千度。所以火焰的顏色都是通紅的,白熾燈就是昏黃的,而太陽就是帶一點(diǎn)點(diǎn)黃色的白了。對照上圖不難發(fā)現(xiàn),即使是加熱到超過1萬度,那么看到的顏色將是偏藍(lán)色的,而非綠色。也就是說,如果依靠加熱物體來發(fā)光,那么無論如何都不會看到綠色的光線的。這也是為什么我們生活中接觸到的光源絕大多數(shù)都是偏紅偏黃的原因了。

  不過肯定有人提出異議,火焰也有五顏六色的呀,我們節(jié)日里看到的焰火是各種顏色都有的。是的沒錯,不過這里的光就不是黑體輻射的光了,而是焰色反應(yīng),各種金屬在高溫灼燒下,其離子被激發(fā),從而發(fā)出特定顏色的光來。不同的金屬有不同的焰色反應(yīng),比如鈉的明亮黃色,銅的明亮綠色等,都是很有特征的。

  

  焰色反應(yīng)是物質(zhì)原子受激發(fā)之后發(fā)出的光,與極光有些許相通之處。極光的發(fā)光是由于來自太陽的高能粒子與大氣層中的空氣分子相撞,將空氣分子激發(fā)后發(fā)出光線。不同的空氣分子發(fā)出的光線也不一樣,比如氧分子受激發(fā)后發(fā)出綠色和紅色的光,氮分子會發(fā)出藍(lán)色紫色暗紅色等光線。人們還利用這一點(diǎn)制造出了色彩斑斕的霓虹燈。下圖便是夢幻般美麗的極光。

  

  還有一類光源,就是生物發(fā)光。比如螢火蟲,比如發(fā)光水母,比如鮟鱇魚。這些由于生物體內(nèi)的酶催化了一些生物反應(yīng),從而發(fā)出的光線。這些光源都是冷光源,是生物蛋白質(zhì)受到激發(fā)后發(fā)光,沒有劇烈的溫度變化,通常光的顏色是綠色或者藍(lán)色的,偶爾也有紅色出現(xiàn)。中國古代就有囊螢夜讀的佳話,將螢火蟲作為光源在夜間讀書,這里的光源就是綠白色的了。下圖是日本海岸的發(fā)光水母。

  

  還有一類發(fā)光的現(xiàn)象是是熒光物質(zhì)的熒光,在白天接受太陽照射后受到激發(fā),在晚上或者暗處就能發(fā)出微弱的熒光。比如有一種礦物叫螢石,就有這樣的特性,其名稱也正是反映了這種特征。這一類熒光多是綠色的。

  當(dāng)然還有其他一些更加特殊的光源,比如核反應(yīng)堆冷卻池里藍(lán)幽幽的切連科夫輻射,它是高速荷電粒子在介質(zhì)中穿行,粒子速度大于介質(zhì)中的光速時,所產(chǎn)生一種特殊輻射。

  

  最后,來一個不正經(jīng)的,別拿鋼鐵俠不當(dāng)核反應(yīng)堆(下圖中胸口的淡藍(lán)光圈便是)。

  

  其實(shí),大自然中并非沒有綠光,只是自然界大部分光源是依靠高溫使物體發(fā)光,發(fā)光原理是黑體輻射,這一類光源是不可能有綠色的光的。并且就我們?nèi)粘=佑|到的光源來說,基本都是偏紅偏黃的光。

  總結(jié)一下,自然中的綠光大致分為金屬離子受激發(fā)發(fā)光(銅離子焰色反應(yīng))、氣體分子受激發(fā)發(fā)光(極光)、生物蛋白在酶的作用下發(fā)光、熒光礦質(zhì)發(fā)光以及其他更加神奇的光源。

  當(dāng)這些美妙光源盡收眼底時,我們不得不為大自然的神奇而贊嘆?!?/p>

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