راز درخشش در تاریکی: اجسام شب‌تاب چگونه کار می‌کنند؟

آیا تا به حال از خود پرسیده‌اید که وسایل شب‌تاب چگونه کار می‌کنند؟ منظورم موادی است که واقعاً بعد از خاموش کردن چراغ‌ها می‌درخشند. نه آنهایی که زیر نور سیاه یا فرابنفش می‌درخشند، زیرا آن‌ها فقط نور نامرئی با انرژی بالا را به شکلی با انرژی کمتر که برای چشم شما قابل مشاهده است، تبدیل می‌کنند. همچنین موادی وجود دارند که به دلیل واکنش‌های شیمیایی مداوم نور تولید می‌کنند، مانند نورتابی شیمیایی چوب‌های نورانی. مواد زیست‌تاب هم وجود دارند که درخشش آنها ناشی از واکنش‌های بیوشیمیایی در سلول‌های زنده است و مواد رادیواکتیو درخشان که ممکن است فوتون ساطع کنند یا به دلیل گرما بدرخشند. همه این‌ها می‌درخشند، اما در مورد رنگ‌های شب‌تاب یا ستاره‌هایی که می‌توانید روی سقف بچسبانید چطور؟

نکات کلیدی در مورد درخشش در تاریکی

• اجسام شب‌تاب به دلیل فرآیندی به نام فسفرسانس کار می‌کنند که نور را ذخیره و آزاد می‌کند.
• بیشتر اجسام شب‌تاب به رنگ سبز به نظر می‌رسند، زیرا چشم ما نور سبز را روشن‌تر می‌بیند.
• مواد شب‌تاب مدرن از آلومینات استرانسیم برای درخشش طولانی‌تر و روشن‌تر در مقایسه با مواد قدیمی‌تر استفاده می‌کنند.

در این مقاله، به بررسی دقیق‌تر پدیده درخشش در تاریکی، مواد تشکیل دهنده آن و علت رنگ سبز رایج در این مواد می‌پردازیم. خواهیم دید که چگونه فسفرسانس، کلید اصلی این جادوی بصری است و چرا آلومینات استرانسیم جایگزین ترکیبات قدیمی‌تر شده است. با ما همراه باشید تا در دنیای جذاب مواد شب‌تاب غرق شویم!

راز درخشش: پدیده فسفرسانس

ستاره‌های شب‌نما، رنگ‌های درخشان و مهره‌های پلاستیکی شب‌تاب، همگی به لطف پدیده‌ای به نام فسفرسانس می‌درخشند. فسفرسانس نوعی نورتابی است که در آن ماده‌ای انرژی را جذب کرده و سپس به آرامی آن را به شکل نور مرئی آزاد می‌کند. مواد فلورسنت هم از فرآیندی مشابه برای درخشیدن استفاده می‌کنند، اما تفاوت اصلی اینجاست که مواد فلورسنت نور را در کسری از ثانیه یا چند ثانیه آزاد می‌کنند که این زمان برای ایجاد درخشش قابل توجه و کاربردی کافی نیست.

در گذشته، بیشتر محصولات شب‌تاب از سولفید روی ساخته می‌شدند. این ترکیب انرژی را جذب می‌کرد و سپس به مرور زمان آن را آزاد می‌کرد. اما از آنجا که این انرژی به خودی خود قابل مشاهده نبود، مواد شیمیایی دیگری به نام فسفر به آن اضافه می‌شد تا درخشش را تقویت کرده و رنگ به آن ببخشد. فسفرها در واقع انرژی جذب شده را به نور مرئی تبدیل می‌کنند.

امروزه، در وسایل شب‌تاب مدرن به جای سولفید روی، از آلومینات استرانسیم استفاده می‌شود. این ماده در مقایسه با سولفید روی، حدود 10 برابر بیشتر نور را ذخیره و آزاد می‌کند و درخشش آن نیز ماندگاری بیشتری دارد. اغلب، برای تقویت هرچه بیشتر درخشش، از عنصر کمیاب اروپیم نیز استفاده می‌شود. رنگ‌های شب‌تاب امروزی بادوام و ضد آب هستند، بنابراین نه تنها در جواهرات و ستاره‌های پلاستیکی، بلکه در تزئینات فضای باز و طعمه‌های ماهیگیری نیز کاربرد دارند. این پیشرفت‌ها، دنیای وسایل درخشان را متحول کرده و کاربردهای متنوع‌تری را ممکن ساخته است.

چرا رنگ سبز، سلطان درخشش در تاریکی است؟

آیا تا به حال فکر کرده‌اید که چرا بیشتر وسایل شب‌تاب، رنگ سبز دارند؟ دلایل متعددی پشت این انتخاب وجود دارد، اما دو دلیل اصلی از بقیه پررنگ‌تر هستند:

1. حساسیت بالای چشم انسان به نور سبز: چشم انسان به طور خاص به نور سبز حساس است. به همین دلیل، نور سبز برای ما روشن‌تر از سایر رنگ‌ها به نظر می‌رسد. تولیدکنندگان برای دستیابی به درخشان‌ترین نور ظاهری، فسفرهایی را انتخاب می‌کنند که نور سبز ساطع می‌کنند.
2. در دسترس بودن فسفر سبز ارزان و غیر سمی: دلیل دیگر محبوبیت رنگ سبز، این است که رایج‌ترین فسفر غیرسمی و مقرون به صرفه، نور سبز تولید می‌کند. این فسفر سبز، علاوه بر درخشندگی، طولانی‌ترین زمان درخشش را نیز دارد. بنابراین، ایمنی و صرفه اقتصادی، دو عامل مهم در انتخاب رنگ سبز برای وسایل شب‌تاب هستند.

تا حدی می‌توان دلیل سومی هم برای محبوبیت رنگ سبز برشمرد: فسفر سبز می‌تواند طیف وسیعی از طول موج‌های نور را جذب کرده و تولید نور کند. این ویژگی باعث می‌شود که مواد شب‌تاب سبز رنگ به راحتی زیر نور خورشید یا نور قوی داخل خانه شارژ شوند. در مقابل، بسیاری از فسفرهای رنگی دیگر برای کار کردن به طول موج‌های خاصی از نور نیاز دارند که معمولاً نور فرابنفش است. برای اینکه این رنگ‌ها (مثلاً بنفش) بدرخشند، باید ماده درخشان را در معرض نور UV قرار دهید. در واقع، برخی از رنگ‌ها با قرار گرفتن در معرض نور خورشید یا نور روز، شارژ خود را از دست می‌دهند و استفاده از آن‌ها برای مردم به اندازه رنگ سبز آسان و لذت‌بخش نیست. رنگ سبز به راحتی شارژ می‌شود، ماندگاری بالایی دارد و درخشان است.

با این حال، رنگ آبی فیروزه‌ای مدرن، از هر نظر با رنگ سبز رقابت می‌کند. رنگ‌هایی مانند قرمز، بنفش و نارنجی، یا به طول موج خاصی برای شارژ شدن نیاز دارند، یا به اندازه کافی روشن نیستند و یا نیاز به شارژ مجدد مکرر دارند. با این حال، با توسعه مداوم فسفرهای جدید، می‌توان انتظار بهبودهای مداوم در محصولات شب‌تاب را داشت.

نورتابی حرارتی (Thermoluminescence)

نورتابی حرارتی، پدیده‌ای است که در آن نور در اثر گرم شدن از ماده ساطع می‌شود. به بیان ساده‌تر، در این فرآیند، تابش فروسرخ به میزان کافی جذب می‌شود تا نور در محدوده مرئی آزاد شود. یکی از مواد جالب نورتابی حرارتی، کلروفان (Chlorophane) است که نوعی فلوریت به شمار می‌رود. جالب اینجاست که برخی از انواع کلروفان، تنها با قرار گرفتن در معرض حرارت بدن می‌توانند در تاریکی بدرخشند! این پدیده، نمونه‌ای شگفت‌انگیز از تعامل بین گرما و نور است.

نورتابی اصطکاکی (Triboluminescence)

برخی از مواد نورتابی، از طریق پدیده‌ای به نام نورتابی اصطکاکی می‌درخشند. در این فرآیند، اعمال فشار بر یک ماده، انرژی لازم برای آزاد کردن فوتون‌ها را فراهم می‌کند. تصور بر این است که این پدیده ناشی از جدا شدن و پیوستن بارهای الکتریکی ساکن است. از جمله مواد طبیعی نورتابی اصطکاکی می‌توان به شکر، کوارتز، فلوریت، عقیق و الماس اشاره کرد. این پدیده نشان می‌دهد که حتی ساده‌ترین فعل و انفعالات فیزیکی نیز می‌توانند منجر به تولید نور شوند.

فرآیندهای دیگر تولید نور

در حالی که بیشتر مواد شب‌تاب به دلیل ماندگاری بالای درخشش (ساعت‌ها یا حتی روزها) به فسفرسانس متکی هستند، فرآیندهای نورتابی دیگری نیز وجود دارند. علاوه بر فلورسانس، نورتابی حرارتی و نورتابی اصطکاکی، می‌توان به موارد زیر نیز اشاره کرد:

• نورتابی پرتوی (Radioluminescence): در این فرآیند، تابش‌هایی غیر از نور جذب شده و به صورت فوتون آزاد می‌شوند.
• نورتابی بلوری (Crystalloluminescence): نوری که در طول تبلور یک ماده آزاد می‌شود.
• نورتابی صوتی (Sonoluminescence): جذب امواج صوتی منجر به آزادسازی نور می‌شود.

این فرآیندهای متنوع نشان می‌دهند که نور می‌تواند به روش‌های گوناگونی تولید شود و تنها محدود به فسفرسانس نیست.