С одной стороны нам говорят, что ультрафиолет мы не видим, с другой стороны, мы видим, как в ультрафиолете светятся некоторые цвета и на купюрах проявляются защитные знаки. Так как же на самом деле?
Эта статья будет из двух частей:
1️⃣ для начала мы проясним присущие ультрафиолету проявления и его природу,
2️⃣ во второй части непосредственно поговорим о том, можно ли его видеть и при каких условиях.
Взгляните вокруг. Что вы видите? Все эти цвета, стены, окна, все кажется очевидным, как будто так и должно быть здесь. Мысль о том, что мы все это видим благодаря частицам света (фотонам), которые отскакивают от объектов и попадают нам в глаза, кажется невероятной.
Этот поток фотонов принимается, примерно 126 миллионами светочувствительных клеток. Различные направления и энергии фотонов транслируются в наш мозг в разных формах, цветах, яркости и контрасте, где и создаётся полноцветное изображение того, что мы видим.
Если мы взглянем на весь спектр электро-магнитных волн (к которым относится и свет), то увидим, что видимый свет занимает лишь небольшую его часть. Наши глаза могут прекрасно видеть и ощущать видимый свет, однако диапазон света намного более широк, включая ультрафиолетовый и инфракрасный свет.
Почему мы видим фиолетовый, а не коричневый, зависит от энергии, или длины волн фотонов, падающих на сетчатку глаза. Там находится два типа фоторецепторов, палочки и колбочки. Колбочки отвечают за цвет, а палочки позволяют нам видеть оттенки серого в условиях низкой освещенности, например, ночью.
Над нашим видимым спектром, на более коротких длинах волн, мы находим ультрафиолетовый спектр, потом рентгеновские лучи и на вершине – гамма-лучевой спектр, длины волн которого достигают одной триллионной метра.
УФ излучение делится на 3 класса (по длине волны): A, B и C.
🔷 Ближний (длинноволновый) ультрафиолет, УФ-A лучи (UVA, 315—400 нм) LW
🔷 Средний (средние волны) ультрафиолет, УФ-B лучи (UVB, 280—315 нм) MV
🔷 Дальний (коротковолновый) ультрафиолет, УФ-C лучи (UVC, 100—280 нм) SV
Опсины, или пигментные молекулы, в клетках сетчатки поглощают электромагнитную энергию падающих фотонов, генерируя электрический сигнал, который идет к мозгу, где и рождается сознательное восприятие цвета и изображения.
У обычного, нормального человека, существует три типа колбочек и соответствующих опсинов, каждый из которых чувствителен к фотонам определенной длины волны. Эти колбочки обозначаются буквами S, M и L (короткие, средние и длинные волны соответственно). Короткие волны мы воспринимаем синими, длинные — красными.
Из всех возможных длин волн фотона наши колбочки хорошо обнаруживают небольшую полосу от 380 до 720 нанометров – то, что мы называем видимым спектром. За пределами нашего спектра восприятия есть инфракрасный, ультрафиолетовый и радиоспектр.
Как и везде, есть исключения. Существуют люди с четырьмя типами колбочек, которые видят гораздо больше цветов.
Ультрафиолетовое излучение невидимо для наших глаз
Дело в том, что роговица и хрусталик блокируют ультрафиолетовый свет, поэтому без него люди могут видеть за пределами видимого спектра и воспринимать длины волн до 300 нанометров в голубоватом оттенке.
У детей хрусталик пропускает больше ультрафиолета: если у 30-летнего человека – около 10% УФ-излучения достигает сетчатки, то у 10-летнего ребенка – до 75% ультрафиолета класса А проникает через хрусталик.
Как бы мы видели, если бы воспринимали ультрафиолетовые лучи
Мягкий ближний ультрафиолет длинноволнового диапазона (315—400 нм) воспринимается сетчаткой как слабый фиолетовый или серовато-синий свет.
Совершенно очевидно, что в тёмное время суток мы бы видели гораздо больше. Поздний закат, когда небо становится чернильно-синим, мы бы видели примерно так:
Но как же тогда мы видим при облучении предметов и людей ультрафиолетовыми лампами?
Дело в том, что в данном случае, мы наблюдаем не что иное, как эффект флуоресценции.
Флуоресценция – частный случай люминесценции, вызванной ультрафиолетовым излучением. Люминесценция - это "холодный свет", эмиссия которого происходит при нормальных и низких температурах. В люминесценции, некий источник энергии вышибает электрон из атома из самого низкого "основного" состояния энергии в "возбужденное" состояние более высокой энергии ; затем электрон возвращает энергию в виде света, за счет чего он возвращается к своему "основному" состоянию. За некоторыми исключениями, энергия возбуждения всегда больше, чем энергия (длина волны, цвет) излучаемого света. (Затрат больше, чем отдачи).
Свет - форма энергии. Для того, чтобы создать свет, необходимо превратить в него какую-либо иную форму энергии. Это можно осуществит двумя основными способами: нагреванием и люминесценцией.
Если нагреть что-то до достаточно высокой температуры, оно начнет светиться. Когда вольфрамовая нить обычной лампы накаливания нагревается, она светится. По тому же принципу излучают свет звёзды и галактики.
Люминесценция - это «холодный свет», эмиссия которого происходит при нормальных температурах. В люминесценции, один источник энергии вышибает электрон из атома некого специального вещества, переводя его в «возбужденное» состояние с более высокой энергией и данное вещество испускает энергию в виде света. Длина волны света, излучаемого наружу, всегда будет больше или равна той длине волны света, которым освещали объект. Данный эффект называется также «Стоксов сдвиг».
Если посветить ультрафиолетом на стену, окрашенную белой краской определенного вида, белая краска не будет светиться. Но если мы возьмём лист белой бумаги, то мы увидим очень яркое голубое свечение, потому что это иной материал, имеющий другие свойства.
В зависимости от свойств материала, он может флуоресцировать различными цветами при воздействии ультрафиолета. Очень хорошо разница в свечении материалов просматривается во флуоресценции минералов. Они могут переливаться причудливым образом, причём абсолютно разными цветами.
Некоторые виды пластмасс, черные под видимым светом, флуоресцируют оранжевым под УФ-светом.
Для создания флуоресценции, используют несколько видов УФ-ламп: UV-A (с длиной волны 315-400nm, например лампа чёрного света, или лампа Вуда), УФ-В (280-315nm) и UV-C (100-280nm). UV-C обычно используется для уничтожения микроорганизмов, и нахождение рядом с источником УФ-С света может привести к повреждению глаз и кожи, чем от УФ-В или UV-A, особенно, если это лампа высокой мощности.
Воздействие ультрафиолета на человека
Ультрафиолетовое излучение поставляет энергию для фотохимических реакций в организме. Ультрафиолетовые лучи усиливают работу кроветворных органов, эндотелиальную систему, улучшает трофику тканей и барьерные свойства кожного покрова, устраняют аллергию. Под действием ультрафиолетового излучения в коже человека из стероидных веществ образуется витамин D.
В больших городах, где воздух загрязнен пылью, ультрафиолетовые лучи слабо достигают поверхности Земли. Длительная работа в помещениях и недостаток естественного света в демисезонный период приводят к световому голоданию. Световому голоданию способствует и оконное стекло, которое поглощает 90...95% ультрафиолетовых лучей.
Если вы не находитесь высоко в горах, не штурмуете снежную равнину и не лежите дни напролёт на залитом солнцем пляже, – не слушайте рекламу, заставляющую надевать солнцезащитные очки! Это может привести только к ослаблению зрения. Читайте отдельную статью об этом: Так ли полезны солнцезащитные очки