每個人都在博物館用閃光燈,梵高的向日葵就變成白菊花了

2021年07月28日10:20

  逛博物館時,如果留心觀察,我們有時會發現館內豎有禁止使用閃光燈的標識。為什麼在博物館需要禁用閃光燈?開了閃光燈,對展品會有什麼影響嗎?

為什麼博物館需要禁用閃光燈呢?圖片來源:pixabay
為什麼博物館需要禁用閃光燈呢?圖片來源:pixabay

  問題的根源:光攜帶能量

  所有的光都蘊含著能量,但這些能量卻是文物老化的罪魁禍首之一。其中最致命的可能是光化學反應:在這些能量的作用下,文物表面的分子或者分解,或者與其他物質反應,從而失去了原本的特徵。

  不過,光的能量並不是平等的。光傳遞能量時並不連續,而是分成一個個的小能量包,每個包對應一個“光子”。越藍的光,每個光子的能量就越大,通常而言造成的光化學破壞也越大;而就算總能量相同,越紅的光,造成的光化學破壞也較小。

  所以,關注光對文物的影響,需要注意兩點:一是光攜帶的總能量大小,二是其中多少光子是高能的,多少是低能的。在討論展出文物時,前者可以用“照度”來近似,而後者可以用“色溫”來近似。

博物館里的光。圖片來源:Pinterest

  光的能量,嚴格說應該用輻射功率來衡量。但是日常環境中,我們主要是用眼睛接收光,最常用的判斷標準就是眼睛感受到的明亮程度,所以在討論可見光的能量時,我們常常使用“照度”——把光強折合為人眼感受到的亮度。

  光子能量分佈,嚴格說應該用光譜信息來衡量。但博物館和攝影一般不會使用奇怪的光源,普通光源很多都可以用理想的黑體來近似。所以,我們用黑體的對應溫度——“色溫”來描述光子的能量狀況:色溫越高,高能光子越多,光化學破壞力也越大。

  閃光燈的光與展品的耐受力

  在純粹的黑暗中保管文物當然最理想,但這樣就失去了文物的教育和審美意義。好的博物館會嚴格控制館內光源,既能讓參觀者肉眼看到重要細節,又能儘可能延長文物的壽命;但再好的控制,面對外來的閃光燈也會化為泡影。那麼,拍照時的閃光燈會發出怎樣的光?是否超過了展品的耐受能力呢?

  以最常用的氙氣閃光燈為例,為了更詳細地瞭解它的發光性質,我們結合氙氣閃光燈的發射光譜加以討論。圖中可以看出,除可見光區(400 nm - 700 nm)外,氙氣閃光燈還有兩個明顯的發射區,分別在波長更短、能量更高的紫外光區(200 nm - 400 nm),和比紅色光波長更長、具有明顯熱效應的紅外區(700 nm – 1200 nm)。

氙氣閃光燈發射光譜:橫坐標為波長範圍,縱坐標為強度。圖片來源:參考文獻[1]

  那麼氙氣閃光燈是否符合要求呢?首先看色溫,作為陽光的絕佳替代品,氙燈的色溫與其相近,一般在6200K左右,這已經超過了對光有一定敏感度的藏品的要求了。作為閃光燈,氙燈發光的時間雖然很短,但在距離物品2米處時,其瞬時照度可以達到上萬勒克斯——這顯然遠遠大於藏品所能承受照度值。

展品照度的推薦值。圖片來源:參考文獻[13]

  光,讓紡織品“容顏不再”

  多彩的織物依賴於各種染料,但染料本身很脆弱,使得彩色織物更加難以保存。

  造成染料如此“嬌弱”的原因很多,“光漂白”便是罪魁禍首之一。顧名思義,染料的光漂白就是指染料在光照作用下發生褪色。這其中的機理較為複雜,但多數研究表明,染料光漂白可以分為染料的直接分解和氧化分解兩種途徑。直接分解一般需要能量較高的紫外光,發生條件稍顯苛刻;而氧化分解對光的要求不高,加上氧氣無處不在,在平常條件下就很容易發生。

染料會在光照作用下褪色。圖片來源:Pinterest

  根據被光活化後,染料分子如何與氧氣反應,光促進氧化分解的途徑又可以分為兩種。

  第一種途徑是光通過染料活化氧氣,被活化的氧氣反過來把染料破壞掉。為了更好地瞭解這兩種途徑,我們需要先引入一個概念——能級。為了簡單理解,我們可以把能級看成是不同高度的樓層。雖然分子喜歡在穩定的最底層呆著,但一旦有了光照,染料分子會吸收合適的光能,躍上更高層。另一方面,雖然光照很難讓處於底層狀態的氧氣“嗨”起來,但吸收了光能的染料分子會慷慨地將光能送給氧氣,自己退回底層。獲得能量的氧氣則一躍成為能量更高的單線態氧,把染料氧化得干乾淨淨。

單線態氧的產生方式。

  另一種光促進氧化的途徑是直接產生自由基超氧陰離子。更微觀地看,分子內部也有不同的樓層,房客則是一個個的電子。當電子吸收了光能,會跳到更高的樓層。氧氣的出現使得不安分的高層電子有了新的去處——被光照活化的染料分子會將電子移交給氧氣,自身被氧化為自由基正離子,而氧氣則被還原為自由基超氧陰離子。自由基超氧陰離子兼具自由基的活潑和氧的強氧化性,會將染料分子分解殆盡。

超氧陰離子的產生方式。

  儘管古代沒有那麼豐富的人工合成染料,人們還是從大自然獲得了種類繁多的天然染料,比如靛藍、花青素、紫草素、小襞堿等。古代的靛藍染色依靠的是從植物中提取的汁液,在染色過程中,除了靛藍以外,還常常因染色時溫度、pH值的變化而產生靛玉紅——一種與靛藍結構相近的分子。有研究發現,主波長為365 nm的紫外燈對染料中的靛玉紅有明顯的降解作用。

利用靛藍染色製成的紡織品。圖片來源:albanyinstitute.org

  另外,靛藍染料中的靛藍胭脂紅在紫外燈和氧氣的作用下,也會很快發生氧化分解,生成靛紅磺酸。

  光,讓繪畫“黯然失色”

  織物常用各種有機染料來增添色彩,而繪畫還會使用各種無機顏料,比如鉛白,硃砂等等。那麼,使用無機顏料的藏品能否逃過閃光燈的追殺呢?

閃光燈對繪畫是否有影響呢?圖片來源:Pixabay

  遺憾的是,不能。舉例來說,亮黃色的繪畫顏料中會使用一種叫做硫化鎘(CdS)的成分,這種成分因其著色力強、穩定以及顏色鮮亮,廣受畫家們的歡迎。莫奈、梵高、畢加索等繪畫大家的作品中都大量使用了這種顏料。

  但是在可見光的作用下,硫化鎘中的硫會被逐步氧化成硫酸根。這個過程還是可以用之前提到的能級模型來解釋:光照會將硫化鎘中的電子趕到更高的樓層中,而一旦有空出來的房間,原本住在硫中的電子就會趁虛而入。結果硫失去電子,被氧化為單質硫,而單質硫很容易被氧氣氧化為硫酸根,最終使顏料被完全破壞。

油畫作品中使用的硫化鎘(鎘黃)。圖片來源:webexhibits.org

  光照對藏品的破壞還遠不止於此——紅外光雖然能量較低,但是其顯著的熱效應可以加速紙張、木器等纖維素豐富的藏品脫水開裂;有機藏品,比如動植物標本、骨器等中富含的羰基、芳基等髮色團,同樣可以在光照的條件下被激發,發生氧化,或乾脆直接被分解。

  閃光燈一次小小的閃爍,肯定不會像實驗室中的模擬條件那樣苛刻,但是日積月累的傷害卻足以產生水滴石穿的效果。為了歷史的厚重可以千百年的傳承下去,請關閉閃光燈,小心翼翼地欣賞那些珍貴的藏品吧!

  參考文獻:

  [1] Batchelor, S。 N。, et al。 The photofading mechanism of commercial reactive dyes on cotton, Dyes and Pigments, 2003, 59, 269。

  [2] Oakes, J。 Photofading of textile dyes, Review of Progress in Coloration and Related Topics, 2001, 31, 21。

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  [4] Egerton, G。 S。, et al。 The photochemistry of dyes。 IV-The role of singlet oxygen and hydrogen peroxide in photosensitised degradation of polymers, Journal of the Society of Dyers and Colourists, 1971, 87, 268。

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  [9] http://dpanswers.com/content/canon_flash.php

  [10] http://www.cap-xx.com/resources/docs/cap-xx_wp_0906_comparison_of_xenon_flash_and_led_flash_v3.pdf

  [11] 王永禮, 博士論文, 物理環境對古代絲織品色澤和絲質的影響研究, 東華大學, 2007

  [12] Saunders, D。 Photographic Flash: Threat or Nuisance? National Gallery Technical Bulletin, 1995, 16, 66。

  [13] 《博物館建築設計規範 JGJ66-91》

  [14] http://people.ds.cam.ac.uk/mhe1000/musphoto/flashphoto2.htm

  [15] Schaeffer。, T。 T。 Effects of Light on Materials in Collections: Data on Photoflash and Related Sources, Getty Conservation Institute, Los Angeles, California: 2001

  來源:果壳網

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