为什么北极熊的毛看起来是白色，实际上却是透明的呢？
2024-11-19 阅读 12
更新于 2024年11月22日
先上图，这是在光学显微镜下透射光中看到的北极熊毛发[1]。
北极熊有两层毛，包括外层的保护毛和内层的底毛，主要由角蛋白构成，纯角蛋白对可见光和近红外光几乎是透明的。由于北极熊的毛发中不含黑色素，因此毛发在300至2600 nm范围内完全透明。
我们看到北极熊的主要是外层的保护毛，这种毛发是空心的，约占发干总宽度的三分之一。
下图是北极熊毛发的SEM断层扫描图象
北极熊头发的横截面SEM图像，直径约为100-150微米；它被嵌入羊毛纤维束中北极熊毛发视觉上呈现白色是因为光散射导致的。当光线遇到障碍物时，其方向会发生偏移，从而发生散射。
北极熊毛发外层的角蛋白基本不吸收光，光的散射过程是由头发髓质中的散射决定的。当太阳光照射到北极熊的毛发上时，光线开始在毛干内壁上反射，引发一系列的反射，光沿着光纤轴传导，然后再次从毛发中散射出来，并再次射入周围的透明毛发中。
这个过程将光耦合到北极熊毛发的光纤轴中，光沿着光纤轴传导，然后再次从毛发中散射出来，通过随后的散射过程再次耦合到下一根透明毛发中。
因此对于来自外部的光，散射粒子是角蛋白和毛发髓质中央通道的空隙，其大小为3至20μm，刚好与辐射的波长相当。北极熊毛发对光的散射可以视为米氏散射（Mie scattering），呈现白色。当天空阴暗或黄昏时分，北极熊可以呈现略显灰色和淡黄色。
米氏散射指当大气中粒子的直径与辐射的波长相当时发生的散射。这种散射主要由大气中的微粒，如烟、尘埃、小水滴及气溶胶等引起。很常见的例子是天空中的白云，每一个小水滴都是透明的，但是云呈现白色。
