Чем объясняется расцветка крыльев стрекоз, жуков и прочих насекомых? Почему изменяется окраска крыльев насекомого, если его рассматривать под разными углами?

Расцветка крыльев стрекоз, жуков и других насекомых может быть обусловлена двумя основными причинами: пигментами и структурной окраской. Чтобы понять, почему окраска изменяется при наблюдении под разными углами, нужно рассмотреть основные принципы формирования цвета.

1. Пигментная окраска: Пигменты — это химические вещества, которые присутствуют в поверхностных слоях тела насекомого, включая крылья. Они поглощают свет определённых длин волн, а часть света отражают. Именно отражённый свет определяет цвет, который мы видим. Например, меланин, каротиноиды или флавоноиды являются типичными пигментами, которые встречаются у насекомых.

Однако в случае изменения угла наблюдения пигментные цвета не меняются, так как их природа зависит только от поглощения света, а не от его направления.

1. Структурная окраска: Изменение окраски под разными углами чаще связано с явлением структурной окраски. Этот тип окраски обусловлен микро− или наноструктурами на поверхности тела насекомого, которые взаимодействуют со светом. Такие структуры могут быть в виде многослойных материалов, сетей из тонких нитей или упорядоченных поверхностей, которые отражают свет определённым образом. Основные физические явления, объясняющие структурную окраску, включают:

а) Интерференция света:
Когда свет падает на поверхность, состоящую из нескольких тонких слоёв с разной плотностью, происходит его отражение и преломление. Волны света, отражённые от разных слоёв, могут складываться друг с другом (интерферировать). Если эти волны усиливают друг друга, мы видим яркие цвета. Если волны гасятся, цвет может исчезнуть. Угол, под которым свет падает на поверхность, влияет на длину волны света, которая интерферирует, что объясняет изменение цвета при изменении угла наблюдения.

б) Дифракция света:
Если поверхность крыльев насекомого содержит наноструктуры, напоминающие дифракционную решётку, свет начинает разлагаться на спектр цветов. При изменении угла наблюдения видимые цвета могут смещаться.

в) Рассеяние Мие (или Тиндаля):
Некоторые насекомые имеют микроскопические структуры, которые рассеивают свет. В этом случае цвет может зависеть от размера частиц и длины волны, причём изменение угла наблюдения также влияет на видимый цвет.

1. Преломление и отражение света:
   Поверхности, состоящие из упорядоченных структур, изменяют направление отражённого и преломлённого света. Это приводит к появлению радужных цветов — эффектов, похожих на те, что мы видим в мыльных пузырях или на масляных пятнах. Такие поверхности характерны для крыльев стрекоз и жуков.

2. Физическое происхождение изменяемой окраски:
   При наблюдении под разными углами свет взаимодействует с поверхностью насекомого, изменяя интенсивность интерференции, дифракции и преломления. Поэтому цвет может "переливаться," создавая эффект иридесценции — мерцания или изменения оттенков.

Таким образом, изменяемая окраска крыльев насекомых связана с их сложными наноструктурами, которые манипулируют светом на основе его направления. Это явление демонстрирует взаимодействие света с веществом, подчёркивая важность физических процессов интерференции, дифракции и преломления света в формировании цветов природы.