蝴蝶翅膀显色的机理.docx

关键词：蝴蝶、颜色、微观结构、干涉反射蝴蝶翅膀的显色机理应物31 王聪 2130903014摘要：蝴蝶的翅膀具备极其丰富的体色，这些颜色的来源大致可 以分为两大类一类主要依靠昆虫身体表面的化学色素显色，这 样形成的色彩被称为色素色或化学色蝴蝶还有很多透光鳞片， 而且鳞片还具备沟、脊和瓦片状等纷繁复杂的微小构造，光线在 这些结构之间发生复杂的折射、衍射和反射，最终会由于干涉效 应呈现彩虹般的梦幻色彩这些颜色是光线在物理结构上变出的魔 术，被称为结构色或物理色，这是昆虫体色的另一类来源，也是本 文所讲的重点依靠昆虫身体表面的化学色素显色，这样形成的色彩被称为色素色或化学色不过，很 多昆虫并不仅仅依赖化学色素装扮自己，蝴蝶就是如此作为鳞翅目昆虫，蝴蝶的两对翅膀 上生有表皮细胞演化而来的无数鳞片，排列整齐地覆盖在半透明的基膜上不同种类的蝴蝶 鳞片中含有不同的化学色素，从而具备了不同的原色当自然光照到化学色素上时，色素分 子吸收，反射特定波段的光，从而产生人们看到的色彩我们看到的大多数具有色彩的物体 表面都是如此此外，蝴蝶还有很多透光鳞片，而且鳞片还具备沟、脊和瓦片状等纷繁复杂的微小构造, 光线在这些结构之间发生复杂的折射、衍射和反射，最终会由于干涉效应呈现彩虹般的梦幻 色彩。

这些颜色是光线在物理结构上变出的魔术，被称为结构色或物理色，这是昆虫体色的 另一类来源下文以蓝色大闪蝶为例，说明其微观结构如何产生蓝色反射左图为蓝色大闪蝶，大家可能认为蓝色大闪蝶的翅膀上应该铺满了亮蓝色的鳞片其实, 它的鳞片是透明、暗淡的棕色，而之所以看起来这么亮这么蓝，全是鳞片结构色的功劳右图是蓝色大闪蝶鳞片的微观结构图a）鳞片的放大图b）从正面看一片鳞片发现它 表面有很多条状物c）再把它夹起来看它的横切面看出这些条状物上窄下宽°d）再放大，我 们可以看到这是一种左右长有多层几丁质肋片的脊脉图片来自E.RebeccaCoath.,2007 和 HowStuffWorks】我们都知道，光从一种介质进入到另一种介质，会同时发生光的反射和折射如果一束 自然光（白光）进入一个厚度为d的薄膜，会在薄膜的上表面发生一次反射，同时折射进入薄膜由于白光是由各色光组成的，各色光的折射角不一样，第一次折射就将赤橙黄绿青蓝 紫不同波长的光分离出来了这些不同波长的光再遇到薄膜的下表面，又会发生一次反射和 折射，若存在多个薄膜则依次类推这样，各色光线的第二次反射光线，和它们的第一次反 射光线，频率相同，传播方向相同，具有了干涉的基本条件。

而当光发生相长干涉时，即满 足nl*2d/cosG =k入时，会对该入波长的光产生极强的反射现象，所产生的光亮度则是色 素发光没法儿比的把视线移回到蓝色大闪蝶的翅膀它透明鳞片上的树状脊结构的每个肋片，都是一片薄 膜，薄膜之间都隔着空气层，自然光会不断地在空气层和肋片里发生反射和折射，而这些反 射光线能否发生相长干涉，就取决于相干光波的位相差，蓝色大闪蝶无论是它的厚度，材质， 还是它树状脊脉上薄膜的位置，都适合蓝光发生相长干涉鳞片绽放出的绚丽光彩，正是蓝【蓝色大闪蝶鳞片上的 树状脊脉以及肋片结构 示意图图片中标出的 dl、d2、h、e、①等因 素，都是决定结构色的 关键图片来自 E.RebeccaCoa th.,2007 】当然，如果有观察角度的改变，进入眼睛的干涉光线的光程差也会改变，干涉色的效果 也会受影响图中两只紫斑环蝶由于拍照角度不同， 翅膀上呈现的蓝色萤光的程度也不同图片 来自foundbutterflieso分布于南亚的紫 斑环蝶，它的翅膀上有两种鳞片，由产生蓝 色结构色的鳞片和产生黑色化学色的鳞片 组成使得紫斑环蝶舞动时，翅膀的颜色在 绚丽的蓝色和黯然的黑色之间来回变幻和 镀膜镜头产生的反射色变化一样，镀膜镜头 反射出特定颜色也是由于薄膜干涉引起的。

这也是蝴蝶翅膀的微观结构产生了其绚丽 色彩的有力证据。