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本文由水族驿站负责翻译,摘自水族驿站)开篇语
饲养海水生物最大的投资恐怕就是照明了。 RC(reefcentral)上有很多关于照明的辩论。为什么要搞一个比太阳光还亮的光源呢?现在我们就来深入的了解一下光线吧。
光的测量方法,色温概念
首先来说说各种光学术语吧,这对理解下面的文章有很大的帮助。
流明( Lumens) 并不难理解。看看赛道上超级流线型的跑车,也许它有 3.5升的发动机,351马力的引擎。流明的概念就像“马力”。它描绘的是一般意义上光源输出的能力。事实上,流明与电力学中瓦特的概念相同。1瓦约等于683 流明。1瓦特能量等于555纳米的绿光,达到683流明的能量。因此,100瓦的荧光灯和100瓦的金卤灯光源输出能力是相同的,也就是流明相同。
理论上,它们都会释放68300流明的光。那么我们再来看赛道上的跑车。的确,这辆赛车有351马力,其它同样拥有351马力引擎赛车比较起来如何呢?众所周知,发动机环,变速齿轮,车重和轮胎类型都会影响发动机马力转换成汽车行驶时速。这个概念更像是流明。流明能够告诉你照明设备的理论值,但不能告诉你实际情况下对水族箱的照明能力。实际应用中,包括转换成热能和被玻璃吸收的能量,以及其它因素的影响,100瓦的荧光灯和100瓦的金卤灯都不能得到68300流明的光,应该比理论值少很多。
光密度( LUX,勒克斯)
勒克斯表示有多少流明实际到达了被照射物体,也就是缸中的珊瑚。我们可以通过测光表测量勒克斯的值。测光表和太阳能电池很相似,通过吸收照射到其表面的光产生一定的电压。因为勒克斯是每平方米流明的测量单位,测光表也以勒克斯作为显示。
单位面积的光密度定义为“ LUX”。用一个手电筒,距离墙壁一英尺远,将光束射向墙壁,注意观察被照亮区域的大小。现在站到二英尺远的地方,再观察被照亮地方的大小。是否面积增大了?实际上第二次观察时面积应该是第一次的4倍 。站到四英尺远的地方,你会发现照亮的区域面积为原来的16倍。因为电筒内灯泡所发出的流明数是一定的,所以目标区域的亮度降低了。当电筒距离远,照明面积大时,相同的流明数被分配给了更多个单位面积。最终,当距离远到一定程度,单位面积内流明数量非常低,照亮区域基本看不见了。光密度LUX=流明/单位面积。当电筒距离墙壁越来越远时,单位面积内的流明越来越少,光密度也就越来越小。说得直接点,距离的平方与光密度成反比。
光的反射和消耗
当我们观察光束投射到墙壁上时,我们看到的是什么?不是光源本身,而是它的反射光。大多数情况下,反射光与光源是不同的。墙壁上的光束照射区域应该比眼睛看到的还要亮,为什么呢? 因为光从墙壁反射到眼底要经历一段空间路程,其中有流明损失。当我们用电筒成一定角度照射墙壁时,光斑变成了椭圆形,大多数流明集中在椭圆形较小的部分。还有些情况,由于物体表面条件不同,有些光被表面吸收或反射出不同波长即不同颜色的光。
当我们研究光线时,要考虑两个因素,一个是光源所发出的光的性质,一个是表面反射光的性质。
实际上,光源的发光性能直接影响着水族箱的观看效果。反射光有很多种效果。我们可以在光源上加装反光板,直接照亮我们希望照亮的地方。因此,光源本身和反光板都是在购买灯具时非常重要的因素。光能会在所有光传播的方向消耗,直到大家观察不到光,它彻底在传输过程中消耗光了。
光化作用
光化作用( Actinism)是通过光激发化学反应的专有名词。
人类的眼睛对黄 -绿之间的颜色特别敏感,主要集中在555纳米。如果引入流明作为测量光照系统的参数,就必须以某一范围的光谱为基准。摄影用测光表主要测量这个波段的光。然而对于水族饲养这个波段的光却是不利的。
钙藻、虫黄藻等必须利用光合作用维持生命,而 555纳米的光线却不是正确的光线。整个可见光范围内的光波都很重要,如果让藻类选择,555纳米的光线绝不是首选。因此如果要测量水族用光的强度,普通测光表毫无意义。
水族领域光线最大的进步是化性荧光的引入。 非常凑巧, 420-450纳米之间的光对光合作用非常有用。光化作用照明设备(即有效光照明设备)主要产生这一波段范围内的光线。有效光照明一度成为新颖重要的照明。当上世纪70年代最初引入时,被认为是水族用最好的灯光。水族店喜欢这样的灯光,而且其中很多展缸也用的是这种灯光。在有效光的照明下,水体显得很透明,鱼和珊瑚都很突出。有些珊瑚甚至在这种光源下发出荧光。
在有效光引入了一段时间后,人们发现了更多的好处。有效光的显色性能很差,反而增加了光合作用的光谱,突然之间许多从未成活的珊瑚活了下来,并有所生长。有效光( Actinic lighting)是水族领域的一大进步。
就像所有的重大发现和发明一样,有效光的作用现在不再那么受关注了。 对于我来说,我认为水族灯光中应该有一部分有效光。相对于其它光线,它是非常有用的。
分光辐射度计( spectroradiometer)
关于光线,测量的方法简直太多了。标准测光表的一大缺陷是只测量很少一个波段的光线。甚至排除了对于水族生物很重要的光线。现在你已经不能满足于普通摄影的测光表了吧?如果你要准确的测量你要购买的光源,那么需要一个分光辐射度计( spectroradiometer)。
幸运的是,有很多科学怪才已经考虑了这个问题。他们定义了一些概念,光强度(PAR)、光合作用可用辐射(PUR)或光合作用光子通量(PPF),这种测量和定义方式将400-700纳米光波完全包括进来,也就是光合作用的利用的光波。单位为光子数/每平方每秒 。
现在我们再来看,所需计算的就是每平方米表面照射的微摩尔数。 1微摩尔光子=602,300,000,000,000,000个光子。看来计算起来比统计总统选票还要难。
看来只有 光量计 能够解救我们了。这是一个能够测量较宽光谱范围的测光表。过去这种产品贵得要命,最近掉了价,不过几百美元了。由于有防水设计,可以直接在水族箱中应用。配上这个装备,你就能精确测量相同条件下不同灯光的区别了。
真的吗, WaterKeeper? 我是不是应该立马去搞一个?
我可以简单的回答,不!开新缸时购买光量计是非常奢侈的,很多事情可以完全没有它。另外还有好多人已经做了相关的研究。Spacefish提供了一些文章链接,都是关于光量计的。 Sanjay Joshi 可能是这方面最有研究的人了。他几乎收集了所有的金卤灯和荧光灯,并已经将各种灯泡,镇流器和反光板的数据进行了测试统计和归类。作为新人,你可以省些银子,让那些大大们去研究吧。
那么我们为什么一定要了解流明、勒克斯、光强度等参数呢?因为在这些作者的文章中可能使用不同的术语进行比较,如果一名作者用勒克斯,而另一个作者用 PPE,单位不同,直接比较和评价是没有任何意义的。再有,同一篇文章中的数据比较是有意义的,不同作者的文章之间直接比较意义不大。
勒克斯和 PAR都是在一定距离外测量的,正如我在第一部分所说,光在传播过程中会出现衰减,因此比较需要在相同距离下进行。另外,水下探头测量的结果不能直接与空气中探头测量结果比较。 灯光也会随着时间变化,新买的金卤灯需要一个预烧的过程才能达到最亮照度,如果灯泡点亮,需要大约4天的时间。 |
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