植物や動物の色は、化学的または物理的な性質のものである可能性があります。最初のケースでは、色は顔料のおかげで得られます-可視範囲の光の一部を吸収する物質：その結果、それはカブトムシの羽や鳥の羽から完全に反射されず、特定のものを獲得します色。 2番目のケースでは、光はナノメートルスケールの周期的な溝で覆われた表面に当たるため、特定の方法で反射されます。光の波が干渉し、スペクトル全体から特定の長さの波のみが選択されます。
私たちはあなたのためにテストを用意しました：そのナノ構造を調べることによって蝶の羽の色を決定することを試みてください。非常に大まかな見積もりでは、溝の内側と溝の間の屈折率はほぼ同じで1、6に等しく、光は同じ角度で溝に当たると仮定できます。次に、最初の干渉の最大値の波長（原則として、色を与えるのはこの波です）は、式λ≈2×1.6×Lを使用して計算できます。ここで、Lはテクスチャ周期です。定規、上記の式を身に付けて、それを実行してください。
可視波長：
赤色-770〜622ナノメートル、
オレンジ-622から597ナノメートル、
黄色-597〜577ナノメートル、
緑-577から510ナノメートル、
青-510から480ナノメートル、
青-480から455ナノメートル、
バイオレット-455から380ナノメートル（可視スペクトルの境界）。
1.蝶の羽にはいくつかの種類のナノテクスチャがあります。たとえば、モルフォ属の蝶の羽の表面で、科学者は「棚」が配置されている垂直プレートを備えた鱗を発見しました。これらの棚の間の距離は翼の表面全体で同じであり、これが原因で色が現れます。どれの？
- 青紫色
- ブルーブルー
- 緑
- 黄橙色
右！
青青の羽を持つモルフォメネラウス蝶です。これを理解するには、水平スパイクの厚さとそれらの間の距離をかなり大まかに見積もるだけで十分です。これは合計で約150ナノメートルの周期になります。したがって、波長はλ≈2×1、6×L = 2×1、6×150 = 480ナノメートルである必要があります。これはまさに青と青の境界であり、緑やオレンジではありません。
適切ではありません！
青青の羽を持つモルフォメネラウス蝶です。これを理解するには、水平スパイクの厚さとそれらの間の距離をかなり大まかに見積もるだけで十分です。これは合計で約150ナノメートルの周期になります。したがって、波長はλ≈2×1、6×L = 2×1、6×150 = 480ナノメートルである必要があります。これはまさに青と青の境界であり、緑やオレンジではありません。
2.何を見て何を数えるかがわかったので、次の問題は簡単になります。これは同じモルフォ属の別の蝶です。鱗がこのように見える場合、彼女の翼は何色ですか？
- 青
- 緑
- オレンジ
- 赤
右！
これらは、モルフォレテノール蝶の羽の鱗の顕微鏡写真です。彼らは明るい青です。
定規に基づいて、スパイクの厚さは約50ナノメートルであり、それらの間の溝の幅は約90ナノメートルであると見積もることができます。この場合、このテクスチャの周期は140ナノメートルであり、反射波の波長はλ≈2×1、6×L = 2×1、6×140 = 448ナノメートルになります。これはすでに紫色ですが、私たちの見積もりはかなり大まかなものであるため、数十ナノメートルと間違えられがちであり、提案されたオプションの中で最も近いのは青です。
適切ではありません！
これらは、モルフォレテノール蝶の羽の鱗の顕微鏡写真です。彼らは明るい青です。
定規に基づいて、スパイクの厚さは約50ナノメートルであり、それらの間の溝の幅は約90ナノメートルであると見積もることができます。この場合、このテクスチャの周期は140ナノメートルであり、反射波の波長はλ≈2×1、6×L = 2×1、6×140 = 448ナノメートルになります。これはすでに紫色ですが、私たちの見積もりはかなり大まかなものであるため、数十ナノメートルと間違えられがちであり、提案されたオプションの中で最も近いのは青です。
3.3。ここで、翼のスケールには、小さな水平の「ブレース」によって保持されている尾根があります（そして、それ自体は、より大きな水平の橋によって接続されています）。これらの構造のいくつかは色を与えます。どれの？
- バイオレット
- 青
- 黄
- 白い
右！
これはモルフォチョウです。ここでは、尾根を構成するロッドを「一緒に保持」する小さな横方向の橋を見る必要があります。
このような写真から周期を特定することはかなり難しいですが、それは150ナノメートルの領域のどこかにあります。これにより、480ナノメートルの波長と青青色が得られます。モルフォ蝶だけでなく、一般的にすべての構造色で最も一般的な色です。
そして、頂上の間のジャンパーに注意を払うと、それらによって反射される波の波長が光スペクトルの外にあることがわかります-したがって、それらは私たちに色を与えません。
適切ではありません！
これはモルフォチョウです。ここでは、尾根を構成するロッドを「一緒に保持」する小さな横方向の橋を見る必要があります。
そのような写真から周期を決定することはかなり難しいですが、それは150ナノメートルの領域のどこかにあります。これにより、480ナノメートルの波長と青青色が得られます。モルフォ蝶だけでなく、一般的にすべての構造色で最も一般的な色です。
そして、頂上の間のジャンパーに注意を払うと、それらによって反射される波の波長が光スペクトルの外にあることがわかります-したがって、それらは私たちに色を与えません。
4.この蝶は完全に異なる翼のマイクロレリーフを持っています。しかし、それは翼の色にも影響します。ここにはまだ傾斜した壁があるため、概算では、光の入射角αを追加する必要があります：λ≈2×1.6×L×sinα。そのような羽の表面で蝶は何色になりますか？
- 周期が短すぎます。入射角に関係なく、スペクトルの可視部分の光はそのような表面から反射されません。蝶は黒くなります
- この角度から周期を推定することは困難ですが、壁の傾斜を考慮すると、約150ナノメートルと青緑色が必要です。
- 傾斜した粗い壁は、翼を金属光沢のある広帯域反射板に変えます
- 無秩序な質感は真珠光沢のある白色を与えますが、入射角を考慮に入れると、短い期間で紫色の光沢が追加されます
右！
これはArgyrophorusargenteusです-一見金属の翼を持つ南アメリカの蝶です。互いに同じ距離で、しかし異なる角度で表面に沿って走る溝のために、翼は可視光の全周波数範囲で広帯域反射器になります。この現象はまれであり、通常は翼の小さな領域でのみ発生します。通常、この現象が原因で、翼は金色になります。そしてこの蝶では、翼全体がそのようなテクスチャーで覆われており、350ナノメートルから1.3マイクロメートルの範囲の広帯域拡散反射とテクスチャーの内部要素との電磁界の共鳴のおかげで、翼は金属を獲得します光沢。
適切ではありません！
これはArgyrophorusargenteusです-一見金属の翼を持つ南アメリカの蝶です。互いに同じ距離で、しかし異なる角度で表面に沿って走る溝のために、翼は可視光の全周波数範囲で広帯域反射器になります。この現象はまれであり、通常は翼の小さな領域でのみ発生します。通常、この現象が原因で、翼は金色になります。そしてこの蝶では、翼全体がそのようなテクスチャーで覆われており、350ナノメートルから1.3マイクロメートルの範囲の広帯域拡散反射とテクスチャーの内部要素との電磁界の共鳴のおかげで、翼は金属を獲得します光沢。
5.構造着色の別の方法は、ナノメートルの周期的な突起ではなく、半透明の水平層を使用して光を反射することです。一定の周期で配置されている場合、干渉により、ここにも色が表示されます。次の蝶では、翼はまさにこの構造になっています。一見すると、翼はややランダムに配置されているように見えますが、実際には、ここでも波長の定性的な推定値を使用できます。この構造の翼は何色ですか？
- すべてが反映されるので白
- 青紫色
- 黄緑色
- 赤
右！
これは、鮮やかなマシュマロ（Chrysozephyrus brillantinus）の羽の構造であり、それほど単純ではありません。この構造には少なくとも2つの周期があります。上層の周期性は約100ナノメートルで、下層の周期性は約170です。私たちの方程式によれば、上層は320ナノメートルの領域で最大の反射を与えるはずです-これはすでにスペクトルの可視部分の境界を超えています。しかし、下のものは550ナノメートルの領域のどこかにあります。つまり、黄色との境界のどこかで緑色です。私たちが目にするのは黄緑色であり、色合いのわずかな変化（黄色から青まで）は、翼を見る角度に関連しています。
適切ではありません！
これは、鮮やかなマシュマロ（Chrysozephyrus brillantinus）の羽の構造であり、それほど単純ではありません。この構造には少なくとも2つの周期があります。上層の周期性は約100ナノメートルで、下層の周期性は約170です。私たちの方程式によれば、上層は320ナノメートルの領域で最大の反射を与えるはずです-これはすでにスペクトルの可視部分の境界を超えています。しかし、下のものは550ナノメートルの領域のどこかにあります。つまり、黄色との境界のどこかで緑色です。私たちが目にするのは黄緑色であり、色合いのわずかな変化（黄色から青まで）は、翼を見る角度に関連しています。
6.層状の羽の構造を持つ蝶には、色付けに関連するもう1つの重要なパラメーター、つまり反射光の量があります。この値は、翼表面の構造の周期性ではなく、それらが取り付けられている基板のパラメータに依存します。たとえば、これら2つの翼の顕微鏡写真から、これら2つの蝶のどちらが明るくなるかを理解できます。
- 両方とも着色されており、最初の方が明るいです
- 両方とも着色されており、最初はより暗いです
- どちらもレインボーオーバーフローで、最初の方が明るい
- どちらも黒茶色で、最初は暗くなります
右！
これらは、蝶JalmenusevagorasとArhopalaamantesの羽の写真です。これらの写真からそれらの色を決定することはかなり困難です-ここでは、層が配置されている期間について知ることが重要です。しかし、明るさは光がどれだけ強く吸収されるかに依存します-毛穴が多いほど、翼は暗くなります。 Jalmenus evagorasでは、表面は平らで翼は淡い青色ですが、Arhopalaでは翼の表面が多孔質であるため、青以外の色はほとんど反射されません。
適切ではありません！
これらは、蝶JalmenusevagorasとArhopalaamantesの羽の写真です。これらの写真からそれらの色を決定することはかなり困難です-ここでは、層が配置されている期間について知ることが重要です。しかし、明るさは光がどれだけ強く吸収されるかに依存します-毛穴が多いほど、翼は暗くなります。 Jalmenus evagorasでは、表面は平らで翼は淡い青色ですが、Arhopalaでは翼の表面が多孔質であるため、青以外の色はほとんど反射されません。
7.これは層状の色の別の蝶です。彼女は2色の翼を持っており、色の1つは青です。構造顔料法による着色であり、表面の質感の周期だけでは推測できません。しかし、2番目の色は、翼の表面の複雑な形状のために正確に形成されています-それはちょうど写真にあります。色とは何ですか？
- 赤-周期が非常に長いため、波長もスペクトルの低周波数側からのものである必要があります
- 白-そのような無秩序なテクスチャから、明らかにすべての波長が反射され、合計して白になります
- 金属-スペクトルの可視部分と隣接部分での光の広帯域反射は、金属光沢をもたらします
- 黒-すべての光はこの多孔質表面で吸収されます
右！
オオルリアゲハは青と黒の羽を持っています。あなたが見ていた層の毛穴は不規則です。この細孔構造は光の90％を吸収し、翼を黒くします。翼のいくつかの部分では、これらの細孔の下に、吸収顔料の追加の層があります（黒色がマットになります）が、顔料がなくても、ほとんどすべての入射光が吸収されます。
適切ではありません！
オオルリアゲハは青と黒の羽を持っています。あなたが見ていた層の毛穴は不規則です。この細孔構造は光の90％を吸収し、翼を黒くします。翼のいくつかの部分では、これらの細孔の下に、吸収顔料の追加の層があります（黒色がマットになります）が、顔料がなくても、ほとんどすべての入射光が吸収されます。
8.溝や層状構造に加えて、一部の昆虫は着色やはるかに複雑な3次元フォトニック結晶構造に使用します。たとえば、Callophrys、Parides、Cyanophrys属の蝶の羽の色は、特定の波長の光のみを反射する2成分の連続媒体であるジャイロイド構造によって作成されます。ここでは、近似式λ≈2×1、6×Lでガイドすることもできますが、そのためには、まず、フォトニック結晶の3次元格子上で、層は、構造の方向によって異なります。したがって、いくつかの色があります。これは、たとえば、Cyanophrys remusの翼のマイクロレリーフがどのように見えるかです（図Aは翼の上面図であり、図Bは断面図です）。この蝶の羽の典型的な色は何ですか？
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- 赤と黄色
- 緑、青、青
- 青と紫
- 赤、オレンジ、緑
右！
実際、概算では、式λ≈2×1、6×Lを使用できますが、ここでLが何であるかを理解する必要があります。写真は、フォトニック結晶が面心立方セルを持っていることを示しています。この格子の周期は約470ナノメートルに相当します。その中で、方向に応じて、3つの異なる面間距離があります：周期の2分の1（235ナノメートル）、4 /√3分の1（200ナノメートル）、2√2分の1（170ナノメートル）です。これらの距離は、750、640、540ナノメートルの波長、つまり赤、オレンジ、緑に対応します。
適切ではありません！
実際、概算では、式λ≈2×1、6×Lを使用できますが、ここでLが何であるかを理解する必要があります。写真は、フォトニック結晶が面心立方セルを持っていることを示しています。この格子の周期は約470ナノメートルに相当します。その中で、方向に応じて、3つの異なる面間距離があります：周期の2分の1（235ナノメートル）、4 /√3分の1（200ナノメートル）、2√2分の1（170ナノメートル）です。これらの距離は、750、640、540ナノメートルの波長、つまり赤、オレンジ、緑に対応します。
おめでとう、あなたの結果： から
昆虫学者あなたは蝶に非常に精通していますが、すでにすべてを理解しているのに、なぜこれらすべての期間に座って数えるのですか？
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材料科学者あなたは異常な光学特性を持つ材料に非常に興味があります-したがって、蝶はあなたにとって素晴らしい研究対象のようです
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コレクターあなたは蝶に興味がありますが、羽のナノ構造を研究するよりも、蝶を捕まえて固定することを好みます
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バタフライあなたの人生は短く、あなたの外見は美しく、そしてあなたは単にあなた自身の翼のナノ構造を見る道具を持っていません
