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玉虫とシャボン玉の色変化

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玉虫は光線の具合で緑や紫色に見えることで有名ですが、クワガタやカナブンも玉虫のように綺麗ではありませんが、光の具合によっては色が変化して見えます。
また、シャボン玉も無色の石鹸水なのに虹のような色が見えます。
なぜでしょう?

生物体の表面を層状に覆っているものを総称して Cuticula キューティクル(クチクラ)と言います。
植物の葉の表面は乾燥を防ぐためにロウ質が多く含まれたクチクラです。
玉虫やカブトムシなどの甲虫の表面、エビやカニなどの甲殻類の表面もクチクラです。
蝶や蛾の羽根を触ると、指に粉(鱗粉)が付きます。
「鱗」と表されるとおりうろこ状で、低倍率の顕微鏡で観るときれいなので、市販されている学習用顕微鏡セットには付属プレパラートとしてよく付けられています。
蝶の羽根に鱗粉が付いている理由で先ず考えられるのは、雨や露などから羽根を保護するためです。羽根が濡れてしまうと重くなったり、羽根を畳んだときに羽根同士が水の持つ張力でくっついてしまい、広げようとしても離れなくなることも考えられます。
この鱗粉もクチクラです。
蝶の場合、羽根がつくられるときに鱗粉母細胞が整然と並んで成長し、鱗粉母細胞が死んで
鱗粉が層状に残ります。
クチクラで最も身近な物は、髪です。
髪はうろこ状のキューティクル(クチクラ)で覆われています。
キューティクルが傷んで剥がれたり立ったりすると、髪の艶が無くなり、絡んだり、ブラシの通りが悪くなって毛が切れたりします。

さて、本題の色変化は、層状のクチクラによる多層膜干渉によって起こります。
シャボン玉のように薄い膜が1枚のとき、膜の表面で反射した光と、膜の下の面で反射した光が干渉して色が出ます。
この薄い膜が何層にも重なると、更に複雑な色が出ます。
組織の構造によって出る色なので構造色と呼ばれます。
CDやDVDの記録面に何種もの色が見えるのも構造色です。

シャボン玉のように薄い膜が1枚のとき、
薄膜干渉では膜の表面と下の面で反射した光の経路差は
2×膜の屈折率×膜の厚さ×COS(光の膜中での傾角)

で求められます。
光の膜中での傾角というのは、幕の面に垂直線と膜に進入した光が成す角です。


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