Світ в ультрафіолеті

[Діана]: Гей, ти на вигляд фіолетовий.
[Дерек]: Мабуть, я повинен зізнатися.
[Діана]: Ти можеш посміхнутися мені?
[Діана]: Доїж.
[Дерек]: Два моїх передні зуба - вставні.
[Діана]: О, боже.
[Дерек]: [сміється]
[Діана]: Вони фіолетові.
[Дерек]: Вставні зуби на вигляд відрізняються від справжніх в ультрафіолеті.
[Діана]: Це неймовірно.
[Музика]
На перший погляд, світ крізь ультрафіолетову камеру - це ніби чорно-біла версія світу у видимому світлі.
Наприклад, ці білі квіти будуть білими й в УФ (у-еф).
Цей чорний рушник залишається чорним і в ультрафіолеті.
У цьому є сенс, тому що ультрафіолетове випромінювання дуже схоже на видиме: вони розташовані поруч в електромагнітному спектрі.
Довжини хвиль просто трохи менші, а енергія на один фотон - трохи більша.
Я б припустив, що вся речовина повинна взаємодіяти з ультрафіолетовим випромінюванням так само як і з видимим.
Але як тільки ви поглянете уважніше..., то виявите, що світ в ультрафіолеті незрівнянно дивовижніший, ніж ви могли б уявити.
Наприклад, його вигляд буде невиразним, видимість буде набагато гіршою, а хмари практично зливатимуться з небом.
Все так, ніби туман повсюди.
Але чому?
Спробуйте дати власне пояснення, перш ніж я поясню все в кінці відео.
Подивіться на ці окуляри: у видимій частині спектра вони прозорі, і нагадують звичайні лінзові окуляри.
Але в ультрафіолеті вони майже чорні, адже сильно поглинають таке випромінювання.
Ось цей фільтр у видимому світлі виглядає чорним і непрозорим, але в ультрафіолеті він прозорий або принаймні напівпрозорий.
це фільтр ультрафіолетового випромінювання, він поглинає все видиме світло і пропускає УФ.
Ці два об'єкти перевертають мої інтуїтивні уявлення про світ з ніг на голову.
Гаразд, тепер у нас є дві пляшки: в одній з них - газована вода, в іншій - тонізуючий напій.
Чи можете ви сказати, яка з них де?
Це непросто. Якщо використовувати лише видиме світло.
Але в ультрафіолеті, все стає очевидним.
Ця пляшка з напоєм на вигляд як кола. Але чому? Ну, це тому ...
[Сміх]
Тут є деякі молекули, які взаємодіють з ультрафіолетом не так, як це робить звичайна вода.
Щоб з'ясувати, що тут відбувається, нам потрібно занести їх всередину.
Ті самі пляшки, ультрафіолетова лампа.
Коли вона увімкнена, тонізуючий напій світиться, тоді як надворі він був темним.
Як все це можна пов'язати?
Річ у тому, що тонізуючий напій містить хінін, який початково був препаратом для лікування малярії.
Але на смак він настільки гіркий, що його змішували з підсолодженою водою: так вийшов тонік.
Декому такий тонік подобався.
Але суть в тому, що хінін є флуоресцентною сполукою, тобто він поглинає ультрафіолетове випромінювання, а перевипромінює вже видиме світло.
Ось чому тут цей напій світиться, в той час, як надворі в ультрафіолеті він був темним.
Усе тому, що він поглинає енергію ультрафіолетового випромінювання.
Є деякі інші продукти, які містять молекули, здатні до флуоресценції: часто це засоби для прання.
Я хочу перевірити, чи відрізнятиметься його вигляд у різних діапазонах.
Одним з призначень прального засобу є зробити речі дуже яскравими, сліпуче білими внаслідок поглинання ультрафіолету, якого ми не бачимо, з наступним перевипромінюванням у видимій ділянці спектра.
Тож вони набагато темніші в ультрафіолеті, тому що поглинають енергію ультрафіолету і випромінюють видиме світло.
Якщо ви хочете знайти речі, які по-різному виглядають в ультрафіолеті й у видимому світлі, то квіти - це справді чудовий вибір.
Оскільки бджоли та інші комахи можуть бачити ультрафіолет, рослинам є сенс виділяти пігменти, які бачать комахи.
На внутрішніх частинах пелюсток цих соняшників можна побачити достатньо темний пігмент в ультрафіолеті.
Він майже чорний, але цього не видно у звичайному світлі.
Ось як працюють ці пігменти.
Їхні молекули мають енергетичні переходи, які відповідають енергії ультрафіолетового фотона.
УФ-фотон влучає в молекулу і переводить один з її електронів на більш високий енергетичний рівень, а потім частина цієї енергії витрачається на релаксацію, тобто розсіюється в молекулі, змушуючи її вигинатися, вібрувати й розтягуватися.
Фактично, це перетворення енергії ультрафіолетового фотона на теплову енергію.
Наша шкіра містить молекули, які роблять те саме.
Прикладом є меланін.
Залучімо Діану, дівчину-фізикиню, тому що вона знає багато про меланін.
[Діана]: О-у, так. Тому що я дуже засмагла. [сміються]
[Дерек]: [сміються]
[Діана]: Отже, ваше тіло хоче захиститися від ультрафіолету, тому у вашій шкірі особливі клітини, які називаються меланоцитами.
[Діана]: Вони виробляють меланін, коли ультрафіолет потрапляє на вашу шкіру.
[Діана]: Меланін поглинає видиме світло, тож він виглядає темним.
[Діана]: Саме з пігментом меланіном пов'язане потемніння шкіри - засмага.
[Дерек]: Меланін іще краще поглинає в ультрафіолетовій ділянці спектра: там його максимум поглинання. Тому в ультрафіолетовій камері наша шкіра темніша, ніж у звичайній фотокамері.
[Діана]: Так.
[Дерек]: Я вважаю дивовижним те, що ці молекули меланіну переносяться всередині клітини до її ядра утворюючи своєрідний захист над тим місцем, де зберігається ДНК. Таким чином вони запобігають проникненню УФ-випромінювання в ядро, де воно може пошкодити ДНК. Одна річ, Діано, зацікавила мене у твоєму обличчі, коли я дивився на нього в ультрафіолеті.
[Діана]: І яка ж?
[Дерек]: Я маю на увазі, що твоя шкіра така чиста і гарна у видимій частині спектра.
[Діана]: О, гаразд, звісно.
[Дерек]: Для мене несподіваним було побачити тебе дещо контрастнішою через ластовинки, про які я не підозрював.
[Діана]: Дивовижно. І це правда. Я маю на увазі, що я помітила їх і в тебе.
[Діана]: Ластовинки є навколо твоїх очей, і я не можу помітити їх, коли просто дивлюсь на тебе у видимому світлі.
[Діана]: Їх видно лише тоді, коли дивитися через УФ-камеру.
[Дерек]: Тобі відомі інші тварини, які поглинають УФ?
[Діана]: Ні.
[Дерек]: Дитинчата гренландських тюленів.
В Арктиці, коли вчені проводять аерофотографування, щоб зробити знімки й дослідити колонії тюленів, дорослих особин помітити дуже легко, тому що вони темного кольору, але дитинчата..., оскільки вони молоді та беззахисні, мають своєрідне маскування, яким є їхнє біле хутро у видимому діапазоні, тому вони ніби зливаються з кригою і снігом.
Але ультрафіолетове випромінювання їхнє хутро поглинає досить добре.
Найдивовижнішим є те, що це дозволяє нам точно підрахувати гренландських тюленів, тому що ми можемо порахувати дитинчат, роблячи знімки в ультрафіолеті.
Ось вам один зі способів використання УФ-фотографії.
За допомогою цього ж методу ви можете шукати арктичних лисиць або полярних ведмедів.
І для них ця здатність дуже важлива, оскільки УФ-промені внаслідок високої енергії можуть пошкодити ДНК і спричинити рак або інші захворювання.
Що робити, якщо ви опинилися в середовищі з потужним сонячним світлом, але ви, можливо, не пристосовані до такого клімату?
[Діана]: Якщо ви не можете знайти тіні, нанесіть на шкіру сонцезахисний крем.
[Дерек]: Це ніби покрити шаром меланіну вашу шкіру.
[Діана]: Так
[Дерек]: Звісно, активними компонентами там є не меланін, але дія у них схожа: вони поглинають УФ-випромінювання і перетворюють його на тепло.
[Діана]: Майже так. Я маю на увазі, що деякі компоненти в сонцезахисних кремах насправді відбивають ультрафіолет, але інші компоненти поглинають ультрафіолет, і перетворюють його на тепло.
[Дерек]: Ось яким буде ваш вигляд, якщо зовсім не бувати "на сонці".
[Чоловік]: Я користуюся сонцезахисним кремом.
[Дерек]: Справді?
[Чоловік]: Не кожного дня, але я пам'ятаю, як мама казала: "Нанеси крем від сонця". І я такий: "Окей".
[Дерек]: То чому світ виглядає таким туманним в ультрафіолеті?
Спочатку я думав, що в атмосфері є щось, що поглинає ультрафіолетове випромінювання: як-от забруднення або просто один із її газів.
Але, як підказала мені Діана, якби справа була у поглинанні ультрафіолету, небо просто було б темнішим, але не туманним і світлим, як є насправді.
Якщо ви подивитесь на спектри поглинання найпоширеніших атмосферних газів, то не знайдете жодного, який поглинав би ультрафіолет.
То в чому справа?
Відповідь - релеївське розсіювання.
Саме воно робить наше небо блакитним, і саме воно викликає зменшення видимості в ультрафіолеті.
Чим менша довжина хвилі випромінювання, тим сильніше воно розсіюватиметься в атмосфері.
Тож, коли ми дивитимося вгору, то бачимо блакитну імлу, що заважає нам бачити космос поза атмосферою.
Це дійсно хороший спосіб зрозуміти, чому небо блакитне: інтенсивність релеївського розсіювання обернено пропорційна довжині хвилі світла в четвертому степені.
Тому його інтенсивність сильно зростає зі зменшенням довжини хвилі.
Фактично, ультрафіолет розсіюється у 5 разів сильніше, ніж видиме світло в середині спектра.
Якби ми могли бачити ультрафіолетове випромінювання, то при погляді вгору запитували б не "чому небо блакитне?", а "чому небо ультрафіолетове?"
І найдивовижнішим, на мою думку, щодо бачення в ультрафіолеті є те, що він показує нам світ не таким, яким ми його бачимо у видимому світлі.
Там відбувається стільки всього, що ми навіть не могли б собі уявити.
Знаєте, одна справа - знати, як працює світ, але інша справа - бачити це.