Флуоресценция

Все мы знаем, что солнце испускает невидимое для человеческих глаз ультрафиолетовое излучение. Сейчас нас активно учат от него защищаться, потому что избыток ультрафиолета негативно влияет на состояние кожи и на общее здоровье. Но вы никогда не задумывались, как бы влиял на вас ультрафиолет, будь вы птицей?

Согласны, вопрос не из очевидных, но всё же – как связано излучение солнца и жизнедеятельность птиц. Поговорим мы не обо всех представителях крылатых созданий разом, а о совершенно определённом семействе – о чистиковых.

Чистиковые – это семейство морских птиц. Внешне они напоминают пингвинов из-за своего густого чёрно-белого оперения, выпрямленного хождения на суше и распространению в полярных регионах. Однако, конечно, родства между группами птиц нет.

Было обнаружено, что клювы чистиковых светятся, но не в видимом диапазоне, а в ультрафиолетовом. Так получается, что вы, будучи какой-нибудь ипаткой или топорком (представителями чистиковых) имели бы светящийся клюв, но отчего?

Разбираться нужно по порядку. Очевидно, что свечение клюва друг у друга птицы хорошо различают, так как, в отличие от людей, способны видеть в ультрафиолетовом диапазоне. Но зачем пернатым это нужно? Версия о том, что обитая большую часть времени в темных водах, свечение помогает в поиске партнёра и еды, была отвергнута почти сразу – птицы прекрасно справляются с этим и без «подсветки». Тогда что это?

Ответ кроется в понятии «биллинг». Биллинг – это своеобразный птичий поцелуй, происходит слово от английского «bill», то есть «клюв». Птицы чистиковых, а конкретно ипатки, топорки и конюги, бьются клювом о клюв своего партнёра, сигнализируя тем самым, что они вместе. Было замечено, что именно у птиц, совершивших биллинг клюв светится.

Но и тут отмечалась своя закономерность – в солнечную погоду биллинг наблюдается у птиц чаще, чем в пасмурную. Кроме того, частота других видов поведенческой активности была такой же, как и в ясную погоду. Все это однозначно говорило в пользу предположения, что свечение клюва в солнечную погоду, при изобилии ультрафиолета, провоцирует биллинг, тем самым запуская программу брачного поведения и размножения у птиц. Говоря научным языком, это было впервые полученное доказательство того, что такое физическое явление, как флюоресценция, может влиять на поведение теплокровных животных.

На первой фотографии показан гриб в УФ-свете 365 нм, на второй фотографии — естественный свет.

Автор: cyanesense

Вомбат напомнил о себе, и вот я здесь; успеваю поздравить за минуту до полуночи. Здравствуй, Вомбат, расти большой!

Надеюсь, вам понравится этот материал.
Сейчас вначале немного нудной теории (проматывайте, если скучно), затем очень красивые видосеки. 

Для интересующихся разберемся кратко - в чем суть люминесценции вообще?
Как известно, в атомах находятся электроны. Изначально электроны находятся в основном состоянии, то есть, в состоянии с 'нулевой' энергией. Однако путем различных механизмов можно заставить электрон приобрести энергию и перейти в возбужденное состояние. Например, атомы можно осветить, и при выполнении определенных условий электрон поглотит энергию света и возбудится.

Электроны не любят находиться в возбужденном состоянии, поэтому они стремятся сбросить энергию, и делают это посредством излучения света. Именно это излучение, которое мы с вами можем наблюдать, и называется люминесценцией.

Итак, для наблюдения люминесценции необходимо возбудить электрон каким-либо образом и подождать, пока он не скинет энергию в виде света.

По большей части все виды люминесценции отличаются способом возбуждения электронов - свет, разряд, звук, химические процессы и другие.

Важным моментом данной физики является тот факт, что принимать и испускать электрон может не любую энергию, а строго ограниченный набор значений. Можно это сравнить с лестницей. Я могу шагнуть на 1-2-3 ступеньки, но шагнуть на 2.3 ступеньки у меня не получится. Электронные уровни устроены аналогичным образом с единственным отличием - все ступеньки имеют разную высоту.

А теперь красивое. 

Флуоресценция - электроны возбуждаются под действием УФ или синего излучения и мгновенно испускают фотоны в ответ.

Фосфоресценция - электроны возбуждаются под действием УФ или синего излучения, однако вещество устроено так, что электроны не могут быстро скинуть энергию, поэтому они излучают фотоны с большой задержкой.

Электроны может возбудить не всякое излучение, а только то, что больше по энергии испускаемых электронами фотонов. По энергии синий>зеленый>красный

Хемилюминесценция - электроны возбуждаются за счет энергии, выделяющейся при химических реакциях.

Такой вид свечения используют в специальных палочках. Если разломать колбу с перекисью водорода внутри, то палочка начнет светиться.

Биолюминесценция - та же хемилюминесценция, только в живых организмах. Светлячках, например.

Триболюминесценция - свечение, возникающее при деформации тел. Электроны возбуждаются за счет микроразрядов, которые эта деформация вызывает.

А вот при разматывании скотча (это тоже своего рода деформация) выделяется рентген! При разматывании в воздухе он не опасен. В видео используют специальный экран, чтобы рентген вызывал синее свечение. Опыт проводят в вакууме.

К триболюминесценции относят еще и эффект Коппа-Этчеллса. Если вертолет взлетает в запыленных условиях, то песок бьется о лопасти и светится, создавая красивые кольца. Что интересно - Копп и Этчеллс были солдатами, а не учеными.

Сонолюминесценция - свечение под действием звуковых волн. Очень сложная реализация. В специальной колбе создается стоячая звуковая волна, которая отбирает один пузырек воздуха и удерживает его на месте.

Если посмотреть крупно, то пузырек под действием звуковой волны резко сжимается, и выделяющаяся энергия вызывает вспышку.

Термолюминесценция - свечение, возникающее при нагревании различных твердых веществ. Не путайте с обычным тепловым свечением (как красный раскаленный металл, например) - здесь абсолютно другой механизм.

Термолюминесцировать способны кристаллы, которые были подвергнуты воздействию какого-либо излучения (рентгена, например), приведшего к возникновению внутри кристалла различных дефектов. В эти дефекты захватываются электроны и удерживаются там, а при сильном нагревании высвобождаются, воссоединяются со своими ионами и испускают при этом свет. По сути, кристалл играет роль своеобразной батарейки, энергия из которой добывается путем нагревания.

Радиолюминесценция - свечение под действием частиц, появляющихся при распаде радиоактивных веществ. Эти частицы вызывают возбуждение электронов.

В видео показано сравнение часов с люминесцентной подсветкой (слева) и тритиевой подсветкой (справа). Люминофор ярче, но для свечения его постоянно нужно 'подзаряжать' светом. Тритиевые трубочки светят тускло, но они способны светить десять лет даже в кромешной темноте.

Катодолюминесценция - возникновение свечения при облучении вещества быстрыми электронами. Электроны получают при нагревании катода. Используется в известной всем пожилым людям ЭЛТ трубке.

И для самых-самых интересующихся бонус - свечение Вавилова-Черенкова. 

Ни одна частица не способна двигаться быстрее скорости света. Однако здесь речь по скорость света в вакууме - 300 000 км/с. В любой среде скорость света уменьшается из-за ослабления средой. Например, в воде скорость света меньше в 4/3 раза по сравнению с вакуумом.

Получается так, что любая частица может двигаться медленнее, чем свет в вакууме, но быстрее, чем свет в воде. Такие частицы будут сбрасывать с себя энергию за счет испускания фотонов. Проще говоря, светиться.

Именно это происходит во время запуска ядерного реактора, которое мы видим на видео. Запуск заключается в том, что из реактора частично выводятся защитные стержни, которые до этого предотвращали развитие цепной реакции с ураном. Начинается развитие цепной реакции. В этот момент вылетает множество элементарных частиц, движущихся быстрее скорости света в воде и испускающих из-за этого голубоватое свечение.

Я использовал слово 'люминесценция' 29 раз и написал эту строчку, чтобы разов стало 30.