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

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

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。

博物館裡的光。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」——把光強摺合為人眼感受到的亮度。

光子能量分布，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，為了更詳細地了解它的發光性質，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。為了更好地了解這兩種途徑，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，把染料氧化得乾乾淨淨。

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、小襞鹼等。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、芳基等發色團，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：

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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

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