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從溫室效應 談談科技素養 ​​​​​​ 夏勁戈

​我家在馬里蘭州博城的住屋座北朝南,多年前請人設計建造了後花園。園中央有一座紅橋,橫跨一條用大小鵝卵石砌成的小溪,大雨來時溪水洶湧流過橋下蔚為壯觀。園中種有紅梅、臘梅、玫瑰、天竺、丁香、杜鵑花、小楓樹、和紫薇。為了便於觀賞這些花花草草,我們請人把小陽台改建為玻璃屋,在東南西三面有落地玻璃窗,容易看到後花園。

​ 今年(2019)天氣十分炎熱,幾乎有如台灣亞熱帶的氣候,室外溫度常常高達華氏九十度左右,有時玻璃屋內溫度更常是一百多度,為了能繼續欣賞後花園的美景,趕緊將窗戶打開通通風,氣溫才慢慢下降。不禁令我想起最近的報導說,美國今年夏天有五十四個小孩因被遺忘在車中而熱死的慘劇,比往年平均三十七個小孩要高得多。

車中溫度上升和玻璃屋內溫度升高的原因是一樣的。來自太陽的短波輻射可以穿透玻璃,但是玻璃卻可以擋住車中射岀的長波輻射,因而熱氣被擋在車內而使得溫暖升高,這就是溫室效應(greenhouse effect)。地球上大氣層內的二氧化碳、甲烷等氣體的性質和玻璃很相近,它們被太陽的短波輻射穿過,而擋住了地球上發出的長波輻射,不使跑出大氣層外,就造成了地球暖化。又讓我想起在這個年代,我們大家最好盡量努力,使自己具備些基本的光學知識,這樣能對自己、親人、和朋友的安全有所幫助。

​我曾在國家標準與技術院(National Institute of Standard and Technology, 簡稱 NIST)作事,研究的主要是分光光度(spectrophotometry),簡單的來說它是一種方法用以測量物質在不同光的波長下的反射和穿透之性質。下面舉出三件和日常生活有關的光學常識與大家分享。

1。漫反射 (Scattering)  

​​秋冬之際容易起霧,霧是許多小水珠飄浮在大氣之中。開車時若遇到大霧時要開低燈,若開高燈照在水珠上,會引發漫反射照到我們眼睛上,使我們看不清路面,十分危險。假如是天寒地凍的氣溫,霧中的的水珠會凍結在路面,開車或走路時更是要格外小心

2。逆反射 (Retro-Reflection)  

​清晨太陽出來之前及黃昏太陽剛下山之後,也就是晨光與暮色(twilight)之際,因為物件和背景明暗的對比較小,我們的視覺比較模糊,行人不易看到車輛,開車的人也不易看清行人。那段時間行人千萬不要穿深色的衣服,最好手拿電筒穿著反光的衣服。我就買了一件檸檬色的反光背心加在外套上,為了清晨在社區散步時穿。背心上因有許多細小的玻璃珠,車燈照上時會產生逆反射,也就是反射光會順著入射光來時的方向反射回去,使駕駛的人容易看到你在走動,可以避免撞到你的危險。我們看到的告示牌和街道中間的黃色或兩邊白色的線條都是用含有細小的玻璃珠塗料作成的。

3。紫外線(UV)和偏光 (Polarization)  

​三年前我為了凖備白內障手術做了一些研究,才更知保護眼睛的重要。太陽光中的紫外線會損壞眼睛內的晶體透鏡,所以在艷陽天時最好戴上有效的太陽眼鏡。在談到什麼是正確的太陽眼鏡之前,先讓我說明一下紫外線(UV)的區分:UVA 的波段是從 315 – 400 nm(毫微米),UVB 280 – 315 nm, UVC 200 – 280 nm。大氣中的臭氧層(ozone layer)會吸收所有的 UVC 和部分的 UVB。但是所有的 UVA 及另外部分的 UVB 會穿透大氣達到地球表面,所以有效的太陽眼鏡應該要能擋住 UVA 及 UVB 波段的紫外線。另外太陽光經反射會產生刺眼的光(glare),就是其電場是水平的光,也就是偏光(polarized light)。有效的太陽眼鏡除了能擋住 UVA 和 UVB 的光之外,也要能擋住刺眼的偏光。

​希望以上的描述,能給大家提供一些光學上的基本常識,對日常生活中的安全有所了解和幫助。

    ​​​​​​​​​(2019.10)

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