大家好，我們今天的話題是「什麼是結構色？」。
除了自發光的顏色，生活中的顏色主要包括色素顏色（比如花的顏色），以及結構色（比如孔雀羽毛的顏色）。
△ 色素色與結構色
我們先來看看色素的顏色。大家知道我們通常看到的白光其實是由很多顏色組成的，下圖中展示的是牛頓用稜鏡將太陽光分解為多種顏色光的實驗。
△ 牛頓用稜鏡將太陽光分解為多種顏色光
剛才說過，大部分花朵的顏色都是由色素造成的。當白光照射到一朵黃花上時，除了黃光，其他顏色的光都被花吸收，只有黃光反射到我們眼睛裡面，因此我們看到花是黃色的。而且不論你從哪個角度觀察這朵黃花，它的顏色都不會改變，這是色素顏色的特點。
△ 花朵的色素色
對於結構色，生活中最常見的例子可能是光碟：從不同角度看一張光碟，我們能看到不同的顏色。這種隨觀察角度改變而變化的顏色叫虹彩色。
△ 光碟的虹彩色
把光碟放到顯微鏡下，我們可以看到光碟表面規則排列的微小結構，這些結構也就是光碟上記錄的數據。正是因為這些微小結構，造成了光碟的結構色。
△ 50倍鏡下的光碟
但並不是所有結構色都是虹彩色。比如東藍鴝藍色羽毛的顏色也來自結構色，但不會隨觀察角度改變而改變。這種藍色是由無規則的微觀結構使光發生散射造成的。
下面我們更深入地了解一下大自然的結構色。第一種結構色產生的機理是光的單層薄膜幹涉，這裡要求薄膜的厚度非常薄。生活中經常看到的例子是油膜在水面的顏色。不同顏色的光在不同入射角度、不同的油膜厚度發生幹涉，就造成了油膜的豐富色彩。
△ 單層薄膜幹涉示意圖（左）和水杉種子中的油在水面形成的薄膜幹涉（右）
很多昆蟲的翅膀也很薄，可以發生薄膜幹涉，比如圖中的兩種昆蟲。下次如果你再見到一些長翅膀的小昆蟲，留意一下它們的翅膀是否有漂亮的虹彩色。
△ 昆蟲翅膀上漂亮的虹彩色
有一種蝴蝶叫青鳳蝶，翅膀上有漂亮的綠斑，而綠斑上有透明的鱗片。這些鱗片也會起到薄膜幹涉的作用，讓綠斑的顏色更鮮豔。用顯微鏡觀察紅框的區域，透明鱗片產生的綠色光澤更加明顯。
△ 青鳳蝶與顯微鏡下的透明鱗片
△ 顯微鏡下的青鳳蝶翅膀，對應上圖紅框區域
另一種結構色的產生機理是光在多層薄膜中發生幹涉，多層薄膜是由兩種折射率不同的物質交替疊加而成。
△ 多層薄膜幹涉示意圖
對於大部分有金屬光澤的甲殼蟲，它們的外殼中包含多層薄膜結構。用電子顯微鏡觀察吉丁蟲外殼的截面，就可以看到微觀的多層結構。
△ 具有金屬光澤的吉丁蟲（左）
外殼截面的電子顯微圖片（右）
另外霓虹脂鯉身上的閃亮藍帶也是因為細胞中的多層結構，下圖右下方是逐級放大的示意圖，最右面一張示意圖展示了細胞中的多層結構。
△ 霓虹脂鯉的閃亮藍帶由細胞中的多層薄膜導致
還有一種結構色是由光子晶體造成的，所謂光子晶體就是由兩種折射率不同的物質周期性排布形成的微觀結構。
孔雀羽毛的結構色來自羽毛內部的光子晶體結構，右邊大家看到的是孔雀羽毛羽小枝橫截面的電子顯微鏡圖片，可以看到周期結構，也就是光子晶體。
△ 孔雀開屏（左）
電子顯微鏡下的羽毛截面（右）
另外黑嘴喜鵲的尾部羽毛也有虹彩色，也是由光子晶體造成的，觀察右邊羽小枝橫截面的電子顯微圖片，可以看到羽毛中周期排布的柱狀氣孔。
△ 黑嘴喜鵲（左）
電子顯微鏡下的尾部羽毛截面（右）
很多生物可以變色也和結構色有關。比如豹變色龍在放鬆狀態時身體上的綠色會在受激狀態下變成黃色。而導致這種變化的原因是皮膚中的光子晶體從比較緊密的排列變為比較鬆散的排列。
△ 豹變色龍的變色原理
來源：美麗科學BOS
編輯：井上菌