Γιατί οι εικόνες που παράγονται από ορισμένα μικροσκόπια δεν έχουν χρώμα;

Τα μικροσκόπια είναι μηχανές που μας βοηθούν να δούμε πράγματα που είναι πολύ μικρά για να τα δούμε με τα μάτια μας. Υπάρχουν διάφοροι τύποι μικροσκοπίων και μερικά από αυτά μπορούν να παράγουν έγχρωμες εικόνες. Τα ηλεκτρονικά μικροσκόπια παράγουν ασπρόμαυρες εικόνες επειδή χρησιμοποιούν ηλεκτρόνια για την απεικόνιση ενός δείγματος.

Πιθανότατα παρατηρήσατε βιολογικά δείγματα μέσω μικροσκοπίου στο επιστημονικό εργαστήριό σας στο γυμνάσιο. Και αν είστε ή είχατε σπουδάσει βιολογία, τότε θα μπορούσαμε με ασφάλεια να υποθέσουμε ότι έχετε περάσει ένα σημαντικό μέρος της ακαδημαϊκής σας ζωής γύρω από τα μικροσκόπια.

Ίσως γνωρίζετε ήδη ότι υπάρχουν μερικά διαφορετικά είδη μικροσκοπίων, συμπεριλαμβανομένων απλών μικροσκοπίων, σύνθετων μικροσκοπίων, στερεοσκοπικών μικροσκοπίων, ηλεκτρονικών μικροσκοπίων και άλλων. Όλα αυτά χρησιμοποιούνται σε διαφορετικά περιβάλλοντα:μερικά από αυτά χρησιμοποιούνται σε μαθήματα βιολογίας στο γυμνάσιο, ενώ άλλα, πιο προηγμένα μικροσκόπια (όπως το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο) χρησιμοποιούνται σε ερευνητικά εργαστήρια όπου οι επιστήμονες ασχολούνται και εξετάζουν πολύ, πολύ μικρά πράγματα, όπως το μάτι μιας οικιακής μύγας.

Εάν δεν έχετε δει ποτέ τι είδους εικόνες παράγουν τα μικροσκόπια, ακολουθούν μερικά παραδείγματα:

Παρατηρείτε ότι όλες αυτές οι εικόνες δεν έχουν χρώμα μέσα τους; (Φωτογραφία:Pixabay &Wikimedia Commons)

Γενικά πιστεύεται ότι οι εικόνες που παράγονται από μικροσκόπια δεν έχουν χρώμα, δηλαδή είναι ασπρόμαυρες. Και αυτό είναι αλήθεια, τουλάχιστον σε κάποιο βαθμό.

Λοιπόν, όλα τα μικροσκόπια παράγουν ασπρόμαυρες εικόνες; Εάν ναι, ποιος είναι ο λόγος πίσω από αυτό;

Τα μικροσκόπια μπορούν να παράγουν έγχρωμες εικόνες

Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, τα μικροσκόπια διατίθενται σε διαφορετικούς τύπους και μεγέθη, και μερικά από αυτά παράγουν έγχρωμες εικόνες. Πάρτε για παράδειγμα μικροσκόπια φωτός.

Ένα ελαφρύ μικροσκόπιο. (Φωτογραφία :Pixabay)

Η μεγεθυμένη εικόνα που παράγει ένα μικροσκόπιο φωτός περιέχει χρώμα. Στην πραγματικότητα, εάν χρησιμοποιείτε οποιοδήποτε συνηθισμένο οπτικό μικροσκόπιο που μεγεθύνει έως και 500x επίπεδα, τότε πιθανότατα θα δείτε χρώματα στη μεγεθυμένη εικόνα.

Ωστόσο, όταν υπερβείτε ένα ορισμένο επίπεδο μεγέθυνσης, τα χρώματα αρχίζουν να εξαφανίζονται από (τις μεγεθυνμένες) εικόνες. Αυτό συμβαίνει γιατί για να δούμε κάτι στο μικροσκόπιο, το αντικείμενο πρέπει να έχει πολύ λεπτή διατομή. Επιπλέον, πρέπει επίσης να είναι αρκετά λεπτό για να περάσει φως από αυτό (γενικά).

Τούτου λεχθέντος, όταν παίρνετε ένα δείγμα τόσο μικρό και λεπτό, δεν υπάρχει πραγματικά τόσο πολύ υλικό που θα μπορούσε να προσθέσει χρώμα στο φως. Σκεφτείτε το ως εξής:όταν κοιτάτε μια σταγόνα νερού, φαίνεται εντελώς άχρωμη, αλλά όταν κοιτάτε έναν ωκεανό – που είναι βασικά μια συλλογή από τρισεκατομμύρια άχρωμες σταγόνες νερού – φαίνεται να είναι ένα υπέροχο μπλε.

Ένας ωκεανός είναι φτιαγμένος από άχρωμες σταγόνες νερού, αλλά φαίνεται μπλε (ή ακόμα και πράσινος). (Φωτογραφία:Pexels)

Ομοίως, όταν κοιτάτε ένα καρότο με γυμνό μάτι, φαίνεται πορτοκαλί ή κοκκινωπό, αλλά όταν παίρνετε μια αρκετά μικρή φέτα από το ίδιο καρότο και το παρατηρείτε στο μικροσκόπιο, το πορτοκαλί χρώμα σχεδόν εξαφανίζεται.

Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο δεν βλέπετε χρώμα στα οπτικά μικροσκόπια, ακόμη και όταν βάζετε ένα έγχρωμο δείγμα κάτω από το φακό.

Τα ηλεκτρονικά μικροσκόπια είναι ένα εντελώς διαφορετικό παιχνίδι με μπάλα. Παράγουν εικόνες σε κλίμακα του γκρι του δείγματος, δηλαδή, οι μεγεθυμένες εικόνες είναι ασπρόμαυρες. Γιατί είναι αυτό;

Μικροσκοπία:Φωτόνια εναντίον Ηλεκτρονίων

Όταν κοιτάμε δείγματα μέσω συνηθισμένων οπτικών μικροσκοπίων, είμαστε σε θέση να δούμε τις μικρές λεπτομέρειες τους επειδή το φως αναπηδά από την επιφάνειά τους και φτάνει στα μάτια μας. Πιο συγκεκριμένα, είναι τα φωτόνια που υπάρχουν στο φως που φτάνουν στα μάτια μας και μας βοηθούν να δούμε τη μεγεθυμένη εικόνα ενός δείγματος.

Αυτό είναι το «διάγραμμα ακτίνων» ενός οπτικού μικροσκοπίου.

Ωστόσο, όταν πρέπει να παρατηρήσετε πολύ μικρά πράγματα, όπως το εσωτερικό του ματιού ενός εντόμου, τότε ένα οπτικό μικροσκόπιο δεν θα σας κάνει πολύ καλό. Σε αυτήν την περίπτωση, χρειάζεστε ένα ηλεκτρονικό μικροσκόπιο.

Ένα ηλεκτρονικό μικροσκόπιο, όπως υποδηλώνει το όνομα, λειτουργεί με τη βοήθεια ηλεκτρονίων που κινούνται γρήγορα, σε αντίθεση με τα οπτικά μικροσκόπια (τα οποία χρησιμοποιούν φωτόνια). Έχουμε συζητήσει την αρχή λειτουργίας των ηλεκτρονικών μικροσκοπίων λεπτομερώς σε αυτό το άρθρο.

Προς το παρόν, ας πούμε απλώς ότι τα ηλεκτρονικά μικροσκόπια χρησιμοποιούν μια δέσμη ηλεκτρονίων που αναπηδά από το δείγμα. Στη συνέχεια, το «μοτίβο» των ηλεκτρονίων που αναπηδούν χρησιμοποιείται για την απόδοση μιας τρισδιάστατης εικόνας του πώς μοιάζει η μεγεθυμένη έκδοση του δείγματος.

Ακολουθεί μια εικόνα που παράγεται από ηλεκτρονικό μικροσκόπιο:

Αρκετά ασπρόμαυρο, ε; (Φωτογραφία:SecretDisc / Wikimedia Commons)

Γιατί τα ηλεκτρονικά μικροσκόπια παράγουν ασπρόμαυρες εικόνες;

Ο λόγος είναι αρκετά βασικός:το χρώμα είναι μια ιδιότητα του φωτός (δηλαδή των φωτονίων) και δεδομένου ότι τα ηλεκτρονικά μικροσκόπια χρησιμοποιούν μια δέσμη ηλεκτρονίων για να απεικονίσουν ένα δείγμα, δεν καταγράφονται πληροφορίες χρώματος. Η περιοχή όπου τα ηλεκτρόνια περνούν μέσα από το δείγμα φαίνεται λευκή και η περιοχή από την οποία δεν περνούν τα ηλεκτρόνια εμφανίζεται μαύρη.

Έτσι, αυτό που κοιτάτε όταν βλέπετε την εικόνα που παράγεται από ένα ηλεκτρονικό μικροσκόπιο είναι βασικά η αντίθεση, γι' αυτό η εικόνα είναι ασπρόμαυρη.

Θα μπορούσατε πάντα να προσθέσετε "ψεύτικα" χρώματα στην εικόνα που παράγεται από ένα ηλεκτρονικό μικροσκόπιο, αλλά αυτά τα χρώματα που "προστίθενται" στην εικόνα χρησιμοποιούνται μόνο για να κάνουν την εικόνα να φαίνεται πιο "οπτικά ελκυστική" και δεν έχουν καμία σχέση με το πραγματικό χρώμα του εν λόγω δείγματος.

Επιπλέον, οι επιστήμονες έχουν σχεδιάσει ένα νέο ηλεκτρονικό μικροσκόπιο που μπορεί, στην πραγματικότητα, να παράγει έγχρωμες εικόνες ενός δείγματος. Ωστόσο, οι εικόνες που παράγει περιέχουν μόνο δύο χρώματα – κόκκινο και πράσινο. Με μερικές τροποποιήσεις, οι ερευνητές ελπίζουν να προσθέσουν περισσότερα χρώματα στο μείγμα, το οποίο τελικά (ίσως) θα τους επιτρέψει να παράγουν εντυπωσιακές, ζωντανές εικόνες του ματιού μιας οικιακής μύγας!