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博物馆禁止使用闪光灯的真实原因【有学霸】

网络文摘 胡歌 1779浏览 0评论

逛博物馆时我们经常会发现馆内竖有禁止使用闪光灯的标识。可最近,发生在国家博物馆的一起“闪光灯事件”,引发了人们对这项规定的讨论:博物馆禁用闪光灯是否必要?如有必要,为什么博物馆禁用闪光灯?

z3UOEf4-A9VpLhUkhMRpggBHpQknyc2cMo_a5eIgmVkABAAAqQIAAEpQ在博物馆参观时,经常能够看到禁止使用闪光灯的标识。有些人觉得开一次闪光灯没什么大不了,但实际上,一些娇贵的文物可禁不起谁都来“闪”一下。图片来源:中国国家博物馆

问题的根源:光携带能量

万物生长靠太阳,因为阳光蕴含着能量。其实所有的光都是如此,也正是这些能量成为文物老化的罪魁祸首之一。其中最致命的可能是光化学反应:在这些能量的作用下,文物表面的分子或者分解,或者和其他物质反应,从而失去了原本的特征。

不过,在光的例子里,能量并不是平等的。光传递能量时并非连续的,而是分成一个个的小能量包,每个包对应一个“光子”。越蓝的光,每个光子的能量就越大,通常而言造成的光化学破坏也越大;而就算总能量相同,越红的光,造成的光化学破坏也较小。不严格地比喻说,这就像被普通网球分别砸一百下没有事,而被一个百倍质量的超级网球砸一下可能就要出事。

所以,关注光对文物的影响,需要注意两件事情:一是光携带的总能量大小,二是其中多少光子是高能的,多少是低能的。在讨论展出文物时,前者可以用“照度”来近似,而后者可以用“色温”来近似。

严格地说,衡量光的能量,应该用辐射功率。但是日常环境中我们接收光的最主要仪器就是我们的眼睛,最常用判断标准就是眼睛感受到的明亮程度,所以在讨论可见光的时候我们常常会使用“照度”——把光强折合为人眼感受到的亮度。

类似地,衡量光子能量分布,严格说应该用光谱信息。但博物馆和摄影一般不会使用什么奇怪的光源,而普通光源很多都可以用理想的黑体来近似。所以这里我们用黑体的对应温度——“色温”来近似描述光子的能量状况:每种情况下的光源都会发出能量大小不一的各种光子,但是色温越高,高能光子越多,光化学破坏力也越大。

在纯粹的黑暗中保管文物当然最理想,但这样就失去了文物的教育和审美意义。好的博物馆会严格控制馆内光源,既能让参观者肉眼看到重要细节,又能尽可能延长文物的寿命;但再好的控制,面对外来的闪光灯也会化为泡影。那么,拍照时的闪光灯会发出怎样的光?是否超过了展品的耐受能力呢?

闪光灯的光,和展品的耐受力

以最常用的氙气闪光灯为例,为了更详细地了解它的发光性质,我们结合氙气闪光灯的发射光谱加以讨论。图中可以看出,除可见光区(400 nm – 700 nm)外,氙气闪光灯还有两个明显的发射区,分别在波长更短、能量更高的紫外光区(200 nm – 400 nm),和比红色光波长更长,具有明显热效应的红外区(700 nm – 1200 nm)。

JEKjjkzRA2u5MO-EWtohISterdibVb3SXdbtH7jOPLskAwAABwIAAEpQ氙气闪光灯发射光谱:横坐标为波长范围,纵坐标为强度。

那么氙气闪光灯是否符合要求呢?首先看色温。作为阳光的绝佳替代品,氙灯的色温与其相近,一般在6200K左右,这已经超过了对光有一定敏感度的藏品的要求了。作为闪光灯的氙灯发光时间虽然很短,但在距离物品2米处时,其瞬时照度可以达到上万勒克斯——这显然远远大于藏品所能承受照度值。

ezDaPrTsy8LLZxma8-Dc1D_TnKKrqRlPmqnVHjpC2G5AgAA7gAAAFBO 展品照度推荐值。

纺织品为何如此容易“见光死”?

多彩的织物依赖于各种染料。正所谓“成也萧何,败也萧何”,染料本身的脆弱,也使彩色织物更加难以保存。

造成染料如此“娇弱”的原因很多,“光漂白”便是罪魁祸首之一。顾名思义,染料的光漂白就是指染料在光照作用下发生褪色。这其中的机理较为复杂,但多数研究表明,染料光漂白可以分为染料的直接分解和氧化分解两种途径。直接分解一般需要能量较高的紫外光,发生条件稍显苛刻;而氧化分解途径,或者说光促进氧化途径,因为对光的要求不高,再加上无处不在的氧气在其中“为虎作伥”,在平常条件下就很容易发生。

根据被光活化后,染料分子如何与氧气反应,光促进氧化途径又可以分为两种。

第一种途径是光通过染料活化氧气,被活化的氧气再反过来把染料破坏掉。为了更好地了解这两种途径,我们需要先引入一个概念——能级。为了简单理解,我们可以把能级看成是不同高度的楼层。俗话说,水往低处流。分子其实也都喜欢在稳定的最底层呆着。可是,一旦有了光照,染料分子会吸收合适的光能,纷纷蹦上更高层。而另一方面,平时沐浴在氧气中的我们欢蹦乱跳的,可能会觉得氧气很温和。其实,这是因为氧气一般都是三线态氧——处于底层状态的氧气。通常情况下,光照很难让氧气“嗨”起来,而吸收光能,蹦上高层的染料分子,恰好扮演了能量传递者的身份——它们慷慨的将光能送给氧气,自己则退回到底层。而获得能量的氧气一步登天,摇身一变成了能量更高的单线态氧,露出了杀手的本来面目。这单线态氧简直是白眼狼,回过头来就把染料氧化得干干净净。

Rc1ZqAiy5czOLWZYTMAT6ESLDkGzGIRQMuxRUal98kejAwAAIAEAAFBO单线态氧的产生方式。

另一种光促进氧化途径则来得更加直接。前面我们说到,分子可以登上不同的楼层。其实更微观的来看,分子内部也是有着不同的楼层,而房客则是一个个的电子。电子本来都规规矩矩的从低层到高层住着自己的房间,光一来,情况就不同了,电子在吸收光能后,会跳到更高的楼层。如果这个不安分的电子再跳回原来的房间,并把吸收的能量以其他方式释放出去,比如光,那么一切安好;但是,氧气的出现使得不安分的高层电子有了新的去处——被光照活化的染料分子会将电子移交给氧气,自身则被氧化为自由基正离子,而氧气则被还原为自由基超氧阴离子。自由基超氧阴离子可以说是结合了自由基的活泼和氧的强氧化性,是个瞪谁谁怀孕的恶魔。在这个恶魔面前,染料分子丢盔弃甲,被分解殆尽。

ZpVaHJJ9RYWcef9YCOTvr8TOfOzWb1bkSJ2XRbTqw-rYBAAAJAEAAFBO超氧阴离子的产生方式。

尽管古代没有那么丰富的人工合成染料,人们还是从大自然获得了种类繁多的天然染料,比如靛蓝(吲哚类)、花青素(类黄酮类)、紫草素(醌类)、小襞碱(生物碱类)等,其中的靛蓝染料有着非常悠久的使用历史。古代的靛蓝染色依靠的是从植物如蓝草中提取的汁液。在染色过程中,除了会生成靛蓝以外,还常常因染色时温度、pH值的变化,产生靛玉红——一种与靛蓝结构相近的分子。而有研究发现,主波长为365 nm的紫外灯对染料中的靛玉红有明显的降解作用。

TRy_s47fe-rs1jdJvPvq-LHf-YTdoS5r23Qn4n_5vCtoAgAAzAEAAEpQ靛蓝染料。图片来源:rockpaperink.com

7KmMC2mTg1Dh90VkIvf4kE_3wjXdQ7jNpD4i1aut_TvBAgAARQEAAEpQ利用靛蓝染色制成的纺织品。ptent.net图片来源:albanyinstitute.org

另外,靛蓝染料中的靛蓝胭脂红(只比靛蓝多了磺酸根,除了增加水溶性以外,基本结构和性质和靛蓝差不多)在紫外灯和氧气的作用下,也会很快发生氧化分解,生成靛红磺酸。

GpAz78IJMgQl2XFjLtGO2SbvUl_9-zmLrb2n4ixHnVqMCgAA7gEAAFBO靛蓝胭脂红光氧化分解为靛红磺酸。

光,让绘画“黯然失色”

织物常用各种有机染料来增添色彩,而另一个彩色世界——绘画,还会使用各种无机颜料,比如铅白,朱砂等等。那么,使用无机颜料的藏品,如油画,是否能逃过闪光灯的追杀呢?

遗憾的是,不能。举例来说,亮黄色的绘画颜料中会使用一种叫做硫化镉(CdS)的成分,这种成分因其着色力强、稳定性以及颜色鲜亮,而广受画家们的欢迎。莫奈、梵高、毕加索等绘画大家的作品中都大量使用了这种颜料。但是在可见光的作用下,硫化镉中的硫会被逐步氧化成硫酸根。这个过程还是可以用之前提到的能级模型来解释:光照会住在硫化镉中的电子房客赶到更高的楼层中,而一旦有空出来的房间,原本住在硫中的房客就会趁虚而入。结果就是硫失去电子,被氧化为单质硫,而单质硫很容易被氧气氧化为硫酸根,最终使颜料被完全破坏。

gHPu5ESppSiS8dQyChksGEhKhWUhCM2lwYAKVq4c5g-KAgAAsAEAAEpQ硫化镉粉末。图片来源:kremerpigments.com

8UIYW4a-LO5qgeau3ZykkfO5zD2s55ATYFBnlhl6JsSwBAAAwgEAAEpQ油画作品中使用的硫化镉(镉黄)。图片来源:webexhibits.org

管中窥豹,可见一斑。上面看的这些例子,也只是为大家展示了光照对藏品破坏这只花豹身上的一块花斑。而光照对藏品的破坏又何止这一种——红外光虽然能量较低,但是其显著的热效应可以加速纸张、木器等纤维素丰富的藏品脱水开裂;而有机藏品,比如动植物标本、骨器等中富含的羰基、芳基等发色团,同样可以在光照的条件下被激发,发生氧化,或干脆直接被分解。

闪光灯一次小小的闪烁,肯定不会像实验室中的模拟条件那样苛刻,但是日积月累的伤害却足以产生水滴石穿的效果。出去旅行的时候还是看到不少的人不遵守管内的规定,不许闪光却偏要闪光,不许喧哗,却大声叫嚷,为了历史的厚重可以千百年的传承下去,请关闭闪光灯,停止喧哗吧,小心翼翼地欣赏那些珍贵的藏品好吗?

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网友最新评论 (1)

  1. 希望大家踊跃发言,我顶先
    雅静3年前 (2016-01-05)回复