拍照解開的“謎團(tuán)”

董淑亮，中國(guó)科普作家協(xié)會(huì)會(huì)員、江蘇省首席科技傳播專家、江蘇省十大科技傳播人物。出版《童話里的科學(xué)》《神奇的動(dòng)物》《發(fā)明改變世界》《長(zhǎng)翅膀的“偵察兵”》《四季科學(xué)童話》等科普專著100部，曾獲冰心兒童圖書獎(jiǎng)、共青團(tuán)中央“五個(gè)一”工程獎(jiǎng)、江蘇省優(yōu)秀科普作品獎(jiǎng)等。

從西伯利亞到阿拉斯加，橫越加拿大進(jìn)入北極地區(qū)，一直到格陵蘭和挪威北部島嶼，在這方圓1000多萬平方千米的冰凍地帶上，生活著一種世界上最大的食肉動(dòng)物，這就是身高1米多、體長(zhǎng)2米多、重達(dá)700多千克的被人們稱為“冰上霸王”的北極熊。

我們知道，寒冷的北極，終年被冰雪覆蓋著，當(dāng)嚴(yán)冬到來時(shí)，這里的溫度經(jīng)常降到零下八十度。而以冰雪為家的北極熊常常棲居在北冰洋的冰塊上，卻照樣活著。它們?yōu)槭裁床粫?huì)被凍死，奧秘在哪兒呢？

為了揭開北極熊抗寒的秘密，科學(xué)家對(duì)北極熊濃密的皮毛進(jìn)行了長(zhǎng)期的分析和研究。

在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，人們只知道北極熊有幾厘米厚的皮下脂肪層，還長(zhǎng)著水很難滲進(jìn)的毛發(fā)，耳朵和尾巴都很小，散熱少，這些都使它具有出色的耐寒本領(lǐng)。至于北極熊是白色的，一般都認(rèn)為那是一種天然的保護(hù)色罷了。直到有一天，美國(guó)科學(xué)家馬爾利姆·亨利在拍攝北極熊照片時(shí)，遇到了一件十分尷尬的事，才徹底改變這一看法，并意外地揭開了北極熊抗寒的有關(guān)“謎團(tuán)”。

原來，馬爾利姆·亨利拍攝野生動(dòng)物所用的紅外線照相機(jī)不適用于北極熊，用它根本拍不出照片來。北極熊這種動(dòng)物不能被拍攝在紅外線膠卷上，是因?yàn)樗鼈兊捏w表溫度好像周圍極地的冰雪一樣，是冰冷的。無奈之下，這位敬業(yè)的科學(xué)家又改用紫外線照相機(jī)來拍照，心想，應(yīng)該沒問題了。可是，這一次又發(fā)生了意外，北極熊的照片不僅十分清晰，而且在照片上它比周圍的冰雪顏色要深得多。

于是，亨利進(jìn)一步跟蹤研究，后來他用掃描電子顯微鏡觀察了北極熊的白毛，終于發(fā)現(xiàn)：那一根根的白毛好像一根根空心管子，毛內(nèi)不含有任何色素。平常看上去之所以為白色，是毛管內(nèi)表面比較粗糙的緣故，就像透明的雪花落在地上顯出白顏色一樣。

接著，亨利繼續(xù)深入研究北極熊，又有了更大的驚喜：北極熊的毛管能使紫外線沿著芯部通過，就像一根根暢通無阻的紫外線導(dǎo)管一樣。每根毛中間都是空的，仿若空心的“管子”，能把射入的太陽光散射開來，使毛呈現(xiàn)白色的外觀。這樣放眼望去，雪是白的，冰是白的，而北極熊的一身白毛，正好像一件白色的外套，不僅成了北極熊極好的保護(hù)色，使它不容易被敵害發(fā)現(xiàn)，利于它進(jìn)攻和獲取食物；更關(guān)鍵的是，這種毛能把散射的輻射光傳遞到皮膚的表面，表皮將這些光吸收并轉(zhuǎn)變成熱能，以補(bǔ)充北極熊在代謝中所消耗的熱量。經(jīng)測(cè)定，北極熊的皮毛將紫外線轉(zhuǎn)化成為熱的有效率高達(dá)95%。北極熊對(duì)太陽能的采集、利用，堪稱生物學(xué)的一個(gè)奇跡。

太陽能是一種清潔能源，取之不盡、用之不竭。人類對(duì)太陽能的利用有著悠久的歷史。我國(guó)早在兩千多年前的戰(zhàn)國(guó)時(shí)期，就知道利用鋼制四面鏡聚焦太陽光來點(diǎn)火以及利用太陽能來干燥農(nóng)副產(chǎn)品。近代太陽能的利用歷史，可以從1615年法國(guó)工程師所羅門·德·考克斯在世界上發(fā)明第一臺(tái)太陽能驅(qū)動(dòng)的發(fā)動(dòng)機(jī)算起。在1615年至1900年間，世界上又陸續(xù)研制出多臺(tái)太陽能動(dòng)力裝置。可遺憾的是，太陽能的熱轉(zhuǎn)化率始終不高。

最后，仿生學(xué)專家還是從馬爾利姆·亨利拍攝北極熊照片的過程中獲得靈感，改進(jìn)了平板太陽能收集器，在收集器里填滿了像毛發(fā)樣的纖維，使太陽能轉(zhuǎn)換為熱能的效率增加了50%。仿生學(xué)專家在研究中還發(fā)現(xiàn)，如果把太陽能收集器上的電池板加以改進(jìn)，就能吸收太陽光譜中的較多光線，提高它的熱轉(zhuǎn)換率。而且，即使在多云的天氣，也照樣能把太陽光中的輻射透過云層照在收集器上。這樣，太陽能的利用率將會(huì)得到更大的提高。