萤火虫发出的光为什么是冷光

萤火虫发出的光为什么是冷光
萤火虫发出的光为什么是冷光

萤火虫发出的光为什么是冷光
萤火虫的发光器会发光,起始于传至发光细胞的神经冲动,使得原本处于抑制状态的荧光素被解除抑制.而萤火虫的发光细胞内有一种含磷的化学物质,称为荧光素,在荧光素的催化下氧化,伴随产生的能量便以光的形式释出.由于反应所产生的大部分能量都用来发光,只有2~10%的能量转为热能,所以当萤火虫停在我们的手上时,我们不会被萤火虫的光给烫到,所以有些人称萤火虫发出来的光为“冷光”.

萤火虫的发光，简单来说，是荧光素（luciferin）在催化下发生的一连串复杂生化反应；而光即是这个过程中所释放的能量。由于不同种类的萤火虫，发光的型式不同，因此在种类之间自然形成隔离。萤火虫中绝大多数的种类是雄虫有发光器，而雌虫无发光器或发光器较不发达。虽然我们印象中的萤火虫大多是雄虫有两节发光器、雌虫一节发光器，但这种情况仅出现于熠萤亚科中的熠萤属（Luciola）及脉翅萤属（Curtos）。...

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萤火虫的发光，简单来说，是荧光素（luciferin）在催化下发生的一连串复杂生化反应；而光即是这个过程中所释放的能量。由于不同种类的萤火虫，发光的型式不同，因此在种类之间自然形成隔离。萤火虫中绝大多数的种类是雄虫有发光器，而雌虫无发光器或发光器较不发达。虽然我们印象中的萤火虫大多是雄虫有两节发光器、雌虫一节发光器，但这种情况仅出现于熠萤亚科中的熠萤属（Luciola）及脉翅萤属（Curtos）。因为像台湾窗萤（Pyrocoelia analis），雌雄都有两节发光器，两者最大的区别在于雌虫为短翅型，而雄虫则为长翅型。
萤火虫的发光器是由发光细胞、反射层细胞、神经与表皮等所组成。如果将发光器的构造比喻成汽车的车灯，发光细胞就有如车灯的灯泡，而反射层细胞就有如车灯的灯罩，会将发光细胞所发出的光集中反射出去。所以虽然只是小小的光芒，在黑暗中却让人觉得相当明亮。
而萤火虫的发光器会发光，起始于传至发光细胞的神经冲动，使得原本处于抑制状态的荧光素被解除抑制。而萤火虫的发光细胞内有一种含磷的化学物质，称为荧光素，在荧光素的催化下氧化，伴随产生的能量便以光的形式释出。由于反应所产生的大部分能量都用来发光，只有2~10%的能量转为热能，所以当萤火虫停在我们的手上时，我们不会被萤火虫的光给烫到，所以有些人称萤火虫发出来的光为“冷光”。

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萤火虫发光原理 发光原理是因为在其发光器的部位，有一种含磷的发光质与一种催化 酵素。萤火虫在发光器上会有一些气孔，由气孔引入空气后，发光质 就会透过酵素的催化与氧进行氧化作用。然后透过这样的机制来发出光 虫萤光素酵素在常温、常压下使发光反应进行非常有效率，和三 磷酸腺甘（atp）作用产生复杂的氧化还原反应，这种反应是连续性 的进行着。萤火虫的光没有伴随热，能量和效率非常高。约2～10 ％ 的能量转...

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萤火虫发光原理 发光原理是因为在其发光器的部位，有一种含磷的发光质与一种催化 酵素。萤火虫在发光器上会有一些气孔，由气孔引入空气后，发光质 就会透过酵素的催化与氧进行氧化作用。然后透过这样的机制来发出光 虫萤光素酵素在常温、常压下使发光反应进行非常有效率，和三 磷酸腺甘（atp）作用产生复杂的氧化还原反应，这种反应是连续性 的进行着。萤火虫的光没有伴随热，能量和效率非常高。约2～10 ％ 的能量转为热量，而其余能量完全用来发光，称为「冷光」。
世界上有1100多种动物能发出生物光，这种生物光是一种化学发光，它不产生热能，因此又被称为“冷光”。
最美的发光动物是夜光蝾螺，它是一种腹足纲动物，形状很像一只大田螺。壳高与宽均约17厘米，以海藻为食。晚上，夜海螺会在月光下闪闪发光。渔民用它作原料制成的酒杯，真的再现了诗人所咏赞的“葡萄美酒夜光杯”那巧夺天工的瑰美。
在加里曼丹腹地密林中，有一种长约3厘米左右的土甲虫，人们叫它“手电虫”。它的胸部两侧各有一处透明的“小圆窗”，能够发出亮光，而且每次发光能持续五分钟之久。当地居民将长约12厘米的甘蔗掏空，再捉五、六只手电虫放在其中，使用时，只要打开盖子，轻轻地在筒上敲打几下，“手电筒”就会发光，拿来借光走夜路或找东西，倒是满实用的。如果“电池”用完了，临时再捉几只“手电虫”换进去就行了，既简单又方便。
南美洲还有一种萤火虫会以自身变幻的灯光报警。当四周平安无事、一切顺利时，它头顶上会发出红色的萤光；当附近出现敌害或有危险情况来临时，它会熄灭头顶的红灯，而以尾部发出绿色的萤光报警，同伴发现绿色报警信号，便会立刻分散逃匿。
还有一种像灯笼一般模样的松球鱼，这种鱼外形长得像菠萝，因此欧洲人又叫它“菠萝鱼”。夜间，松球鱼在水中飘来荡去，像是挂在水中的一盏盏灯笼，把海底世界妆点得颇具节日气氛。
萤火虫的发光，又是求偶的导航标志。雌萤火虫没有翅膀，它在潮湿和草地上，发出有准确节奏的闪光。雄萤火虫有翅膀，当它发现雌虫那有节奏的一明一暗的闪光时，便发出相应的信号来回答，颇似海军信号兵在夜间打“灯语”。经过信号的交换，双方情投意合，便凑到一起，结为美满幸福的伉俪。
海上看日出是一大奇观。如果你能在夜间观赏到海发光那也是相当瑰丽的。它有时似星光万点，有时又似乳光一片更似绚丽多彩的礼花。人们称这种现象为“海火”，这种迷人的景象是谁引起的呢？是谁的杰作呢？
有一种海发光出现在航行中的船舶四周及船尾的浪花泡沫里，这主要是由颗粒很小，一般由大小为0.02～5毫米的发光浮游生物引起的。其本身多呈玫瑰红色，平时，凭借其体内的一种脂肪物质就能微放光明。发光的特点是由无数白色的、浅绿色和或浅红色的闪光组成。但通常只有在海面有机械扰动或它们受到化学刺激时才比较鲜明。当海上风浪把它们推向烁石海岸时，它们受到更大的触发而放光。放出的光就象一束四溅的火花，如“火雨”跌落，一波紧接一波。这样的海发光通常称为火花型海发光。
还有一种海发光是由海洋发光细菌引起的。它们发光强度较弱，其特点是不论什么海况，也不管外界是否扰动，只要这种发光细菌大量存在时，海面就会出现一片乳白色光辉这样的细菌多在河口、港湾、寒暖流交汇处，特别是下水道入海处或海水被污染处最多。这样的海发光称为弥漫型海发光。
另一种海发光是由海洋里躯体较大的发光生物所引起的如水母、海绵、苔虫、环虫、和介贝等。水母躯体上有特殊的发光器官，受到刺激便发出较大的闪光，某些鱼体内能分泌一种特殊物质，这种物质和氧作用而发光。这种发光生物通常是孤立地出现，在机械、化学物质刺激下，才比较醒目，它们发出的海光特点是一亮一暗，反复循环，如同闪光灯似的。这种海发光被称为闪光型海发光。
海发光不仅绚丽多彩、美丽诱人，而且最重要的是它与生产建设有着密切关系。
海发光强的海区能映出黑夜的海景，因此在没有月光的夜晚，当船舶遇到海发光时，能使船长产生错觉，导致海损事故、影响船舶安全航行。正确掌握海发光可以预报天气，我国河北、辽宁一带的渔民经多年观察总结出：“海火见，风雨现”的民谚。鱼群游动时所激生的海光，暴露了鱼群的藏身之地，因此，经验丰富的渔船船长在夜间利用它来捕鱼。
动物的眼睛在夜晚放光，并非是简单地反射了夜晚中极其微弱的可见光，而是反射了人眼看不见的红外线，并且在反射红外线时令其发生蓝移，变成了可见光。如果不是动物通过肌肉给眼睛内的液晶膜施加压力作用，令液晶膜表面就会带有一定量的负电荷，从而使得大量液晶分子被维持在某一激发态或称亚稳态上，动物的眼睛是不可能在夜晚放出可见光的，这样的可见光由于黑夜光强十分微弱，但具有与背景不同的奇特色彩，于是显出各种不同颜色。
某些动物在晚上活动时，其眼睛经常是呈荧光的颜色，例如猫的眼睛放绿光，牛的眼睛放蓝光，狼的眼睛放黄绿光。按照常识，在漆黑的夜晚照射到动物眼睛上的入射光的强度是很弱的，由此导致反射光的强度应该更弱，如果人们连入射光都看不见，怎么经过动物的眼睛一反射，反而看见了反射光了呢？难道入射光经过动物的眼睛反射后，反倒变强了不成？！更令人惊奇的是，有些动物的眼睛并非在夜晚一定会放光，只用当其需要用眼睛搜索目标时，其眼睛才会骤然闪射出明亮的冷光，而到了白天，在外界的入射光增强的状态下，动物的眼睛反而不再放光了，这又是怎么会事呢？
要想回答上述问题，就需要知道美国的隐形战机所用的吸波涂层的基本工作原理，即光电效应阈值可变原理，下面首先简单地介绍一下光电效应阈值可变原理。
实验表明，金属具有极强的反射雷达波（波长范围为毫米波——米波）的本领，当雷达波照射到金属表面时，绝大部分会不变地反射回去，由此导致目标被雷达观测到。但当同为电磁波的紫外辐射这种高频电磁波照射金属时，金属的反射系数将急剧减小，同时表面还会有电子逸出，这种现象称为光电效应。此外，光电效应的发生还与材料表面的形状有关。
隐形战机所用的吸波涂层分子的基态是处于较深的负能级状态，其表面分子无论怎样排列，雷达波显然都不能将其直接激发或电离。但如果利用电源或其他方式令吸波涂层表面携带一定量的负电荷，由于集肤效应，这些负电荷将集中分布在吸波涂层的表面上。当雷达波照射到带有多余负电荷、并按一定规律排列的吸波涂层时，其所带的负电荷将克服空气等因素的势垒限制作用，从“基态”跃迁到“激发态”或自由态，即飞离吸波涂层表面。这一过程是通过吸收雷达波的能量并将其转化为电子的动能来实现的。
令吸波涂层表面带有少量的负电荷，还可以改变吸波涂层表面上分子的能级。大家知道，吸波涂层内部分子的能级可以不受周围静电场的或恒稳电场的影响，但对于吸波涂层最外表面上能受雷达波照射作用的原子，其能级会受到表面上多余负电荷电场的电离作用而改变，被维持在某一激发态或称亚稳态上。雷达波的能量虽然很弱，不能使处于基态附近分子的能级由一个定态跃迁到另一个定态。但如果吸波涂层在表面所带负电荷电场的电离作用下被维持在高能级的激发状态上，则其能发生光电效应的所谓光电阈值就会大大降低，成为受吸波涂层表面电荷面密度影响的可调控的物理量。通过改变吸波涂层表面电荷面密度将其光电阈值调控在雷达波的频率下，受雷达波照射时吸波涂层表面按一定规律排列的分子就会立即发生光电效应，伴随着雷达波能量朝分子中电子的转移，使得雷达波的反射系数急剧减小。
吸波涂层表面的分子在失去电子后会再捕获电子，恢复到亚稳态或基态，并放出相应能量的光子。大量分子受雷达波照射时跃迁到更高能级的激发态或电离态后再捕获电子并向外发射光子时，不一定正好回到原亚稳态，而是向包括基态在内的所有各低能级跃迁，向外发出的光子能量将是包括了雷达波、原子的热辐射和周围的负电荷等所有作用于原子的能量，故该光子的波长与雷达波的波长会相差很多，且比吸波涂层表面的热辐射波长略短层内部分子的能级可以不受周围静电场的或恒稳电场的影响，但对于吸波涂层最外表面上能受雷达波照射作用的原子，其能级会受到表面上多余负电荷电场的电离作用而改变，被维持在某一激发态或称亚稳态上。雷达波的能量虽然很弱，不能使处于基态附近分子的能级由一个定态跃迁到另一个定态。但如果吸波涂层在表面所带负电荷电场的电离作用下被维持在高能级的激发状态上，则其能发生光电效应的所谓光电阈值就会大大降低，成为受吸波涂层表面电荷面密度影响的可调控的物理量。通过改变吸波涂层表面电荷面密度将其光电阈值调控在雷达波的频率下，受雷达波照射时吸波涂层表面按一定规律排列的分子就会立即发生光电效应，伴随着雷达波能量朝分子中电子的转移，使得雷达波的反射系数急剧减小。
吸波涂层表面的分子在失去电子后会再捕获电子，恢复到亚稳态或基态，并放出相应能量的光子。大量分子受雷达波照射时跃迁到更高能级的激发态或电离态后再捕获电子并向外发射光子时，不一定正好回到原亚稳态，而是向包括基态在内的所有各低能级跃迁，向外发出的光子能量将是包括了雷达波、原子的热辐射和周围的负电荷等所有作用于原子的能量，故该光子的波长与雷达波的波长会相差很多，且比吸波涂层表面的热辐射波长略短（有少量的蓝移），从而使雷达波被隐入到吸波涂层表面的热辐射中去，不能被雷达波的接收系统识别接受到。
以上即为光电效应阈值可变原理。笔者认为，上述光电效应阈值可变原理同样可以用来说明动物的眼睛为什么能够在夜晚发出可见光。
众所周知，看上去好像一片黑暗的夜晚。其实充满着人眼看不见的红外线。但是，红外线即使被物体反射，一般也不会变成可见光，除非被反射的红外线发生蓝移。在通常情况下，动物眼睛内的液晶膜分子是处于基态，无论其怎样排列，受到红外线照射的动物眼睛内的液晶膜是不会产生蓝移反射的。因此，动物的眼睛在白天和夜晚一般是不会放光的。
但是，如果某些动物能够通过肌肉给眼睛内的液晶膜施加一个压力作用，令其表面产生一个压电效应，则动物眼睛内的液晶膜表面就会带有一定量的负电荷，从而使得大量液晶分子受到液晶膜表面上多余负电荷电场的电离作用而改变，被维持在某一激发态或称亚稳态上，与此同时，肌肉还需改变液晶膜表面的分子排列，在这种情况下，当外界的红外线辐射作用到这些按照一定规律排列的处于激发态的液晶分子时，这些液晶分子会跃迁到更高能级的激发态或电离态，然后再捕获电子并向外发射光子。由于跃迁到更高能级的激发态或电离态液晶分子不一定正好回到原亚稳态，而是向包括基态在内的所有各低能级跃迁，由此导致向外发出的光子能量是包括了外界的红外线辐射、动物通过肌肉给眼睛内的液晶膜施加压力作用的能量，从而使得液晶膜表面的反射光发生蓝移，变成了人类眼睛可以看见的绿光、蓝光、黄绿光等可见光。
由上述分析可知，动物的眼睛在夜晚放光，并非是简单地反射了夜晚中极其微弱的可见光，而是反射了充满夜空的人眼看不见的红外线，并且在反射红外线时令其发生蓝移，变成了可见光，所以才有在看不见入射光、人们却能看见动物的眼睛反射光的情况。如果不是动物通过肌肉给眼睛内的液晶膜施加压力作用，令液晶膜表面就会带有一定量的负电荷，从而使得大量液晶分子被维持在某一激发态或称亚稳态上，动物的眼睛是不可能在夜晚放出可见光的，这样的可见光由于黑夜光强十分微弱，但具有与背景不同的奇特色彩，于是显出各种不同颜色。

收起

发光器