蝴蝶的翅膀到底有没有颜色？

结构色是鳞片表面的微观物理结构产生的。这些微观结构，比如鳞片内的多层片状薄膜（也叫肋状结构/肋片），使光波发生干涉、衍射和散射而产生比化学色更加绚丽的颜色。这些色彩可以因不同视距、视角等因素而变化，泛着金属般的光泽，又称为彩虹色。

分布在南美和中美的蓝色大闪蝶（Morpho Didius），闪蝶科（Morphidae），闪蝶属（Morpho）。图片：wiki

几乎没有蝴蝶不具有结构色，尤其是闪蝶科和凤蝶科的蝴蝶。绿带翠凤蝶如荧光般的蓝色和绿色、多眼灰蝶若隐若现的淡蓝色、曲带闪蛱蝶华丽的紫色闪光都是结构色的杰作。以大家熟悉的蓝色大闪蝶为例，大家可能以为它的翅膀上应该铺满了亮蓝色的鳞片。其实，它的鳞片是透明、暗淡的棕色，之所以看起来又亮又蓝，全是结构色的功劳。

这是蓝色大闪蝶鳞片的微观结构图。a）鳞片的放大图。b）从正面看一片鳞片发现它表面有很多条状物。c) 再把它夹起来看它的横切面看出这些条状物上窄下宽。d) 再放大，我们可以看到这是一种左右长有多层几丁质肋片的脊脉。图片：E. Rebecca Coath., Dimensions（2007）和HowStuffWorks

我们都知道，光从一种介质进入另一种介质，会同时发生反射和折射。如果一束自然光（白光）进入一个厚度为d的薄膜，会在薄膜的上表面发生一次反射，同时折射进入薄膜。由于白光是由各色光组成的，各色光的折射角不一样，第一次折射就将赤橙黄绿青蓝紫不同波长的光分离出来了。这些不同波长的光再遇到薄膜的下表面，又会发生一次反射和折射，若存在多个薄膜则依次类推。这样，各色光线的第二次反射光线，和它们的第一次反射光线，频率相同，传播方向相同，发生了相长干涉，就能产生色素发光没法儿比的光亮度。

上图：白光遇到薄膜时发生的折射和反射。下图：当两列相干光波相遇时，如果位相差异为波长的整数倍，那么它们的波峰会和波峰相遇，波谷会和波谷相遇，光波的振幅变大，亮度提高，这种现象叫做相长干涉（constructive interference）。图片：HowStuffWorks

蓝色大闪蝶的透明鳞片，其上树状脊结构的每个肋片，都是一片薄膜，薄膜之间都隔着空气层。自然光会不断地在空气层和肋片里发生反射和折射，产生多种颜色的、可以发生干涉的反射光线。

蓝色大闪蝶鳞片上的树状脊脉以及肋片结构示意图。图片中标出的d1、d2、h、θ、Φ等因素，都是决定结构色的关键。图片：E. Rebecca Coath., Dimensions（2007）

而这些反射光线能否发生相长干涉，就取决于相干光波的相位差。这相位差打哪儿来？就是第二条反射光线比第一条反射光线多在薄膜里转悠的那一圈儿。这取决于薄膜的厚度、薄膜的材质、光波的波长、光线的入射角度等等。

蓝色大闪蝶的翅膀，再放大来看看树状的脊脉。图片：Laser Focus World

没错，蓝色大闪蝶鳞片绽放出的绚丽光彩，正是蓝光相长干涉的产物。无论是它的厚度、材质，还是它树状脊脉上薄膜的位置，都是那么适合蓝光发生相长干涉，无数条蓝光的反射光线发生相长干涉，能产生巨亮的蓝光，盖过其它颜色，甚至让飞行员开着飞机在南美的热带雨林上空飞过，隔着半英里都能看见。

再感受下蓝色大闪蝶的闪耀，这是结构色的魔法。图片：The Darwin Sect