Светляк-Солнце
Сколько нужно светлячков, чтобы их яркость сравнилась с Солнцем?
Не так уж и много! То есть это определенно будет одно из тех гигантских чисел с кучей нулей, но, в общем-то, нулей будет не так много, как можно было бы ожидать.
И наш первый вопрос: откуда вообще берется свет светлячка?
Кажется, что светлячки наполнены светящимся в темноте желе, но на самом деле светится тонкий слой, которым они покрыты [ 1 ] . ↲ Строение органов можно посмотреть здесь и здесь. ↳ Многие насекомые могут похвастаться светящимися местами, и ученые тщательно измерили яркость некоторых из них. Статья от 1928 года утверждает, что участки тела огненосных щелкунов [ 2 ] ↲ Шикарное название. ↳ испускают около 0,0006 люмена света. Сами органы при этом занимают площадь чуть больше квадратного миллиметра. Светлячки примерно совпадают с этими жуками как по площади светящихся органов [ 3 ] , ↲ В этой статье даны общие сведения о светлячках Америки. ↳ так и по пиковой поверхностной яркости. Так что можем взять это число, чтобы прикинуть яркость светлячков.
Огни светлячков не всегда «включены». Схема, по которой они вспыхивают и гаснут, зависит от вида светлячка и окружающей обстановки. Эти вспышки несут определенную информацию, часть которой можно расшифровать, используя эту замечательную диаграмму [ 4 ] . ↲ А еще можно взять светодиоды и поиграться с паттернами светлячков, это странным образом завораживает.
Чтобы получить максимальную яркость, допустим, что огни наших светлячков обладают практически полным коэффициентом заполнения — подобно огненосным щелкунам. Как эти 0,0006 люмена соотносятся со светом Солнца?
Яркость Солнца составляет $ 3<,>8\times10^ <28>$ люменов, из простого деления следует, что для излучения такого же количества света нужно взять $ 3\times10^ <31>$ таких светлячков. Удивительно малое число: взрослый светлячок весит около 20 миллиграммов, а значит, вес $ 3\times10^ <31>$ светлячков составил бы лишь треть от массы Юпитера и 1/3000 от массы Солнца.
Другими словами, в пересчете на единицу массы светлячки ярче, чем Солнце. Даже несмотря на то, что биолюминесценция в миллионы раз менее эффективна, чем вызванное термоядерным синтезом свечение Солнца, наше светило не в состоянии быть таким же ярким, потому что ему приходится светить в миллиарды раз дольше [ 5 ] . ↲ Если вам нравятся оценки Ферми — и нелепые уравнения — есть занимательный способ получить тот же результат безо всяких исследований вокруг светлячков и Солнца. Просто вставьте эту формулу в Wolfram|Alpha: (5 billion years / (4 hours/day * 3 months)) / (1% * (speed of light)^2 / (7000 dietary calories/kg)). Что ж, разложим формулу по полочкам. Первая половина — числитель — примерное соотношение между длительностью свечения Солнца и светлячка. Я рискнул предположить, что светлячок сияет по несколько часов за ночь в течение одного лета, а Солнца хватит еще на пять миллиардов лет. Вторая часть — знаменатель — примерное отношение запасенной энергии в звезде и светлячках в расчете на килограмм массы. Термоядерная реакция преобразует около 1% вещества в энергию, что из E=mc 2 дает c 2 кг/кг энергии, тогда как килограмм вещества животного происхождения (скажем, сливочного масла) оценивается в 7000 пищевых калорий. В результате должно получиться соотношение между яркостью светлячков и Солнца относительно их массы. Итак, наши грубые прикидки показали, что светлячки в несколько тысяч раз ярче, — вполне соответствует тому, что мы вывели другим способом! Конечно, с некоторыми из предположений нам повезло, но ошибки мы делаем в обе стороны, и они нередко компенсируют друг друга. Такие вещи работают чаще, чем кажется!
Но постойте! Такое большое количество светлячков приведет к проблемам. Помимо очевидных неудобств из-за огромного количества животных в одном месте, светлячки будут закрывать свет друг друга. Те, что снаружи, заслонят внутренних, а это снизит общую яркость [ 6 ] . ↲ На самом деле свет от центральных светлячков не исчезнет просто так. Отразившись несколько раз, он будет поглощен соседними светлячками, которые благодаря этому станут теплее. Примерно так же излучение исходит из ядра Солнца — но что касается светлячков, то они погибнут от жара раньше, чем процесс зайдет достаточно далеко.
Поскольку нам важен лишь свет снаружи, расположим светлячков на поверхности полой сферы — фонариками наружу. Или выберем путь попроще и представим огромного светлячка. Насколько огромного?
Нашему светлячку нужно светить примерно в $ 3\times10^ <31>$ раз сильнее обычного, так что его светящийся орган должен быть во столько же раз больше. Площадь поверхности пропорциональна квадрату длины, поэтому тело светлячка должно быть в $ \sqrt<3\times10^<31>>=5\times10^ <15>$ раз длиннее обычного. Получаем светляка размером с Солнечную систему!
Масса пропорциональна кубу длины, следовательно наш светлячок будет тяжелее обычного в $ \left( 3\times10^<31>\right)^<\tfrac<3><2>>=1<,>6\times10^ <47>$ раз — это примерно половина Млечного Пути.
Столь огромный вес тут же приведет к коллапсу и превратит этого монструозного жука в черную дыру. Если мы посмотрим на распределение галактик в нашей Вселенной, то поймем, что есть предел, дальше которого черные дыры расти не смогут. Наш светляк будет больше этого предела — он станет крупнейшей черной дырой во Вселенной. Поглощая нашу Галактику, она испустит много света, и наконец перестанет светиться вовсе.
Черные дыры живут долго, но в конце концов испаряются через излучение Хокинга. Когда эра черных дыр нашей Вселенной подойдет к концу, они одна за другой испарятся — первыми исчезнут самые маленькие. Так как черная дыра из нашего светляка будет самой крупной, то она испарится последней, став финальным аванпостом неоднородности в угасающей Вселенной, падающей в объятья тепловой смерти.
Наверное следует добавить это на график, так, на всякий случай.
© What If? по-русски, 2018
Нас можно найти во ВКонтакте, в Twitterʼе, на GitHubʼе.
А еще мы переводим комиксы на сайте xkcd.ru!
В материалах сайта используются оригинальные тексты и изображения с сайта what-if.xkcd.com.
Материалы сайта источника и этого сайта распространяются по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial 2.5 License. Также авторы этого сайта полностью солидарны с комментариями к лицензии.
Нашли опечатку? Чтобы сообщить нам, выделите текст ошибки и нажмите Ctrl+Enter (со смартфона — кнопку «Ошибка?»).
Источник
Почему светлячки светятся? Описание, фото и видео
Теплой летней ночью светлячки (по-научному светляки) мелькают в поле то тут, то там, как дальние молнии. Поймайте одного светлячка, посадите его в банку и понаблюдайте за ним. Огонек светлячка светит мистическим желто – зеленым светом. Огонек выглядит странно холодным, да он и в самом деле такой.
Огонек светлячка не похож на солнечный свет: он светит, но почти не греет. Удивительно, но факт: светлячки — это разновидность жуков.
Светлячки
Существует более 2000 видов светлячков. Взрослые особи имеют коричневую или черную окраску, их размеры достигают 1,5 сантиметра. Молодые светлячки вылупляются из яиц, спрятанных в земле. Как и положено насекомому, из яйца вылупляется не взрослое животное, а личинка. Окраска личинки такая же, как у взрослых особей — как правило, коричневая, но по форме личинки плоские. Личинки некоторых видов светлячков светятся все время.
Светлячки
Чем светлячки светят?
Свет излучается участком поверхности светлячка на его брюшке специальными клетками, которые называются фотоцитами. Два химических соединения в фотоците — люциферин и люцифераза — взаимодействуют друг с другом, продуцируя световую энергию. Слово «Люцифер» по-латыни означает «светоносный». Произведенная в ходе реакции энергия возбуждает атомы в молекуле люциферина, и они испускают фотоны света. Под слоем фотоцитов лежит слой других клеток, наполненных белым веществом. Этот слой играет роль отражателя света. Есть и другие животные (а также растения), которые способны к свечению. Укромные уголки ночного леса освещают бледные поганки. В океане светятся медузы.
Зачем светлячки светятся?
Ученые считают, что эти насекомые испускают свет, чтобы привлечь особей противоположного пола. Разные виды светлячков испускают свет с различной частотой, поэтому светлячок уверен, что он спаривается с самкой именно своего вида.
Синхронное мерцание светлячков
Некоторые виды светлячков, скапливаясь в одном месте, синхронизируют свое мерцание. Видно, как большое скопление насекомых одновременно зажигают и гасят свой свет. Например, в Таиланде светлячки, собравшись на одном дереве, сначала мигают каждый в свое время. Затем пара насекомых начинает делать это синхронно. Проходит немного времени, все больше и больше насекомых начинают дружно и в одно и то же время испускать короткие вспышки света.
Через полчаса все дерево ведет себя как единый сигнальный фонарь, вспыхивая каждую секунду. Впечатление такое, что дерево опоясано новогодней гирляндой лампочек. Ученые не знают, зачем и каким образом светлячки координируют испускание света. Наблюдая свечение насекомых, ученые заинтересовались, нельзя ли как – то использовать вещество, которое заставляет светлячка светиться.
В клетках находятся гены, которые диктуют клетке, что ей делать и когда. С помощью сложных манипуляций ученым удалось выделить ген, который отвечает за «изготовление» клеткой люциферазы. За тем этот ген был пересажен в лист табака, в результате табачная плантация стала светиться по ночам.
Почему светлячки светятся – интересное видео
Если Вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Источник
Светлячки
Светлячки, точнее, светляки — это ночные насекомые, семейство жуков, характерной особенностью которых является наличие органов свечения. Летними ночами светлячки мелькают то тут, то там. Их огоньки выглядят странно холодными, непохожими на солнечный свет: они светят, но почти не греют.
Фотографии светлячков на длинной выдержке.
Это необычное семейство насчитывает около 2 000 видов. Наиболее разнообразно представлено в тропиках и субтропиках, скудно — в умеренном поясе.
На территории стран бывшего СССР обитает 7 родов и около 20 видов.
Светлячки — семейство наземных жуков, ведущих ночной образ жизни. Огонек светлячка светит мистическим желто — зеленым светом.
Свечение у светлячков служит для коммуникации. У представителей данного семейства выделяют практически все сигналы, которые так или иначе связаны с половым поведением, защитные и территориальные сигналы: будь то призывные и поисковые сигналы самцов, сигналы «согласия», «отказа» самок, а также сигналы агрессии.
Однако, не каждый вид имеет весь спектр вышеперечисленных сигналов. Некоторые виды способны испускать только призывные сигналы.
Например, самка садится на какой-нибудь листочек, а самец летает вокруг низко над землей. Он все время мигает своим фонариком. Когда он окажется в нескольких метрах от самки и мигнет на лету огоньком, она, подождав секунды две, отвечает ему вспышкой. Самец сейчас же разворачивается курсом на нее и мигает в ответ.
На конце брюшка светлячка, путем биохимических процессов некое вещество люцифераза заставляет соединяться с кислородом другое вещество, люциферин. Происходит окисление или медленное горение, и в маленькой лаборатории светлячка рождается свет.
Многие виды светляков столь хорошо регулируют процессы свечения, что способны уменьшать и увеличивать силу света или испускать прерывистый свет. Некоторые тропические светляки замечательны тем, что все их особи, слетевшиеся вместе, вспыхивают и гаснут одновременно.
Можно нарушить синхронность их вспышек, если осветить дерево яркой лампой. Но, когда лампа погаснет, жуки опять, словно по команде, начинают мигать одновременно.
Коэффициент полезного действия фонариков светлячков необыкновенно высок. Если в лампе накаливания в видимый свет превращается лишь 5 % энергии (остальная рассеивается в виде тепла), то у светлячков в световые лучи переходит от 87 до 98 % энергии.
Когда еще не было свечей, первые европейцы, поселившиеся в Бразилии, освещали свои хижины светлячками. Индейцы, путешествуя ночью через джунгли, и сейчас привязывают к пальцам ног больших светящихся жуков, чтобы освещать дорогу и отпугивать ядовитых змей.
Когда ночью светлячки зажигают свои фонарики, лес сказочно преображается. Под кустами и в траве, тут и там, во мраке светятся зеленые огоньки, мерцают, затухая и ярко вспыхивая. Лесная иллюминация затмевает своим блеском ночные рекламы больших городов.
Источник
Чудо природы — светлячки
Когда темнота опускается над заливами и лесами, крохотные желтые или зеленые огоньки начинают мерцать в своей прекрасной хаотичности. Каждый, кто в детстве наблюдал за этим зрелищем, хранит его в сердце как прекрасное воспоминание.
Однажды днём три грустных светлячка,
Три неприметных маленьких жучка
Уселись на пенёчке поболтать,
Им вздумалось немного помечтать…
Один вздохнул: «Вот быть бы мне пчелой,
И делать мёд, как весь пчелиный рой.
Приятно в жизни пользу приносить,
И друга вкусным мёдом угостить».
Второй светляк мечтательно сказал:
— Я бабочкой прекрасною бы стал!
Сова нам говорила неспроста, —
Что лес спасут добро и красота.
А третий светлячок шепнул тогда:
— Хочу светить, мерцая, как звезда,
Все звёздочки загадочно блестят,
Мне кажется волшебным их наряд…
Но вскоре завершился летний день,
Накрыла тёмный лес ночная тень,
Вдруг видят среди мрака светлячки:
Лисёнок горько плачет у реки.
— Я мамочку не слушался в пути,
Теперь тропинку к дому не найти!
Ах, как мне быть? От мамы я отстал,
Мой лес родной вдруг очень страшным стал…
И словно по команде, светлячки
Взлетели, рассыпая огоньки:
— Не бойся, с нами лёгким будет путь.
Но впредь, лисёнок, ты послушным будь!
Как в сказке, заискрился тёмный лес!
Страх малыша немедленно исчез.
Тропинка засверкала серебром.
Лисёнок без труда нашёл свой дом.
Жучки с тех пор раздумали грустить:
— Мы тоже можем пользу приносить!
Хотя от звёзд блестящих далеки,
Но светим ярко,— мы же светляки!
Сбываются порою все мечты…
Читатель, а о чём мечтаешь ты?
Пришла пора сказать, откуда свет.
У светлячков есть маленький секрет:
Природа очень щедрой к ним была,—
Лантерны в дар жучкам преподнесла,
Когда они вдыхают кислород,
Свет от лантерн мерцающий идёт.
И светлячки, как лампочки горят,
Магически притягивая взгляд,
Свой свет они на радость раздают,
Как новогодний праздничный салют!
А вы знаете, что светлячки…
…это многочисленное семейство из отряда жуков, обладающее удивительной способностью излучать свет.
… обитают на территории Северной и Южной Америки, Европы и Азии. Африки, Австралии и Новой Зеландии.
…тенелюбивые.…любят тепло.
…не любят жить группами, они одиночки, но при этом часто образуют временные скопления.
…ночные животные. Но среди них есть и такие, которые активны в светлое время суток. Днём насекомые отдыхают на траве, прячутся под корой, камнями или в иле, а ночью те из них, что способны летать, летают плавно и быстро.
…светят, но не греют. Свет, испускаемый светлячками, не тёплый, а холодный.
…очень горькие на вкус. Они бывают даже токсичными. Большинство животных знают это и избегают жевать светлячков. Поэтому у них мало врагов.
А вы знаете, что у светлячков…
… удлинённое и узкое тело, совсем маленькая голова, небольшие усики и большие глаза.
… в окрасе преобладают чёрный, серый и коричневый оттенки.
… размеры тела небольшие – в среднем от 4 мм до 2 сантиметров.
…cамцы многих видов похожи на обычных жуков. Они сильно отличаются от самок, которые больше напоминают личинок или маленьких червячков с ножками.
… имеются специальные органы свечения — лантерны. Лантерны располагаются на последних брюшных сегментах, и представляют собой скопление световых клеток – фотоцитов. Через эти клетки проходят множественные трахеи и нервы.
По трахеям к фотогенным клеткам поступает кислород, необходимый для происходящих здесь окислительных процессов. Благодаря тому, что через световые клетки проходят нервные окончания, светлячок способен самостоятельно регулировать интенсивность и режим свечения. Это может быть непрерывное свечение, мигание, пульсация или вспышки.
… cредняя продолжительность жизни составляет 90-120 дней.
… свечение служит для коммуникации между особями.
…самка откладывает яйца, из которых выходят активно питающиеся личинки. Выросшая личинка окукливается под камнями или под корой деревьев. Куколка зимует, а весной из неё появляется жук.
…жизненный цикл состоит из 4 стадий: яйцо (3-4 недели), личинка, или нимфа (от 3 месяцев до 1,5 лет), куколка (1-2 недели), имаго или взрослая особь (3-4 месяца).
…коэффициент полезного действия фонариков необыкновенно высок. Если в лампе накаливания в видимый свет превращается лишь 5 % энергии (остальная рассеивается в виде тепла), то у светлячков в световые лучи переходит от 87 до 98 % энергии.
А вы знаете, что…
… в природе насчитывается около 2040 видов светлячков.
… в Новой Зеландии есть пещера светлячков. Она очень популярна у туристов. Пещеру населяют Arachnocampa Luminos. Это вид светляков, обитающий только в Новой Зеландии. Увидеть звёздное небо под землей — удивительное зрелище!
…способность к сумеречному свечению (биолюминесценции), в первую очередь, необходима светлячкам для выбора пары — чтобы найти в группе насекомых своих сородичей.
…не все светлячки имеют «огонь». Небиолюминесцентные светлячки, которые не производят свет, как правило, не являются ночными жуками — они наиболее активны в течение светового дня.
… одни виды светлячков питаются пыльцой и нектаром растений, а другие, это маленькие хищники. Они едят муравьев, паучков, личинок своих собратьев, улиток и подгнившие растения.
…у одних видов светлячков светятся только самцы, у других — только самки. Но есть виды, у которых способностью светиться обладают и самцы, и самки (например, итальянские светляки). Самцы испускают яркий свет в полёте. Самки малоподвижны и обычно ярко светятся на поверхности почвы. Также существуют светлячки, у которых совсем нет такой способности. А у многих видов свет исходит даже от личинок и яиц.
… в тропиках многие виды светлячков из семейства Lampyridae как бы светят совместно. Они одновременно зажигают свои «фонарики» и так же одновременно гасят их. Это явление учёные назвали синхронным вспыхиванием светляков. Процесс синхронного вспыхивания ещё до конца не изучен. Существует несколько версий касательно того, как насекомым удается светить одновременно. По одной из них, внутри группы жуков одного вида есть лидер, который. «командует» светлячкам, когда им засветиться а когда — погаснуть.
…когда у переселенцев из Европы в Америку не было свечей, они освещали свои дома при помощи светлячков, помещённых в банки. Ими же заполняли лампады рядом с иконами.
…в Вест-Индии в старые времена причёски женщин украшали светлячками. Это было очень модно.
… c давних времен в Японии почитают светлячков и в былые времена им даже давали имена, словно домашним животным.
…в Японии XVII- XVII вв. светлячков даже ловили и продавали на рынках в больших городах. Но в 1924 году был введен запрет на ловлю светлячков.
…индейцы и в наше время, собираясь ночью в джунгли, привязывают к рукам или к обуви крупных светящихся жуков.
…В Японии ежегодно отмечают Хотаругари — праздник любования светлячками.
…светлячков в мире становится всё меньше. Это происходит из-за изменения климата, а также из-за того, что места обитания светлячков занимает человек. Эти насекомые не могут мигрировать. Если настают неблагоприятные времена, то они просто вымирают.
Источник