كشفت دراسة بالأشعة تحت الحمراء أن الشعر يساعد على إبقائنا باردين في الطقس الحار

يبرد الشعر الرأس في الطقس الحار، بينما يحافظ على فروة الرأس دافئة في البرد – وفقاً لدراسة جديدة حول كيفية تفاعل شعر الإنسان مع الأشعة تحت الحمراء. تم إجراء البحث من قبل علماء في كوريا الجنوبية، الذين يأملون أن يلهم عملهم تطوير منسوجات جديدة ذات خصائص إشعاعية محسنة.

على الرغم من أنه لا يمثل سوى 2% من كتلة الإنسان النموذجي، إلا أن الرأس يستهلك حوالي 20% من الطاقة التي يحرقها التمثيل الغذائي في الجسم. يمكن أن تكون درجة حرارة جلد الرأس أكثر دفئًا بمقدار درجتين مئويتين من أي مكان آخر في الجسم، لذا فإن الإدارة الجيدة للحرارة أمر بالغ الأهمية - خاصة عندما تضرب الشمس فروة الرأس.

الشعر هو تكيف تطوري لحماية الرأس من الإشعاع الشمسي الضار والبرد. للوهلة الأولى قد يبدو أن ثمن هذه الحماية هو الحد من قدرة الجسم على إبقاء الرأس باردًا في الأيام الحارة عن طريق إشعاع الحرارة من فروة الرأس.

الخصائص الإشعاعية

الآن، ومع ذلك، عالم المواد جونوو كيم وزملاؤه في المعهد الكوري للتكنولوجيا الصناعية في يونغتشون، تحدوا هذا الرأي من خلال التحقيق في الخصائص الإشعاعية للشعر. بالإضافة إلى التعرف على خصائص الأشعة تحت الحمراء للشعر، قام الفريق أيضًا بدراسة كيفية تأثيرها على تسخين وتبريد فروة الرأس في درجات الحرارة المحيطة المختلفة.

يتكون الشعر من ثلاث طبقات شعاعية، الطبقة الوسطى (القشرة) هي الأكثر سمكًا على الإطلاق. تتكون القشرة من حزم متشابكة تتكون بشكل رئيسي من بروتين الكيراتين وجيوب هوائية تعطي الشعر خواصه الميكانيكية مثل قوته. تسمى الطبقة الخارجية بالبشرة، والتي تتكون من طبقات متعددة من الخلايا الرقيقة المسطحة المتداخلة مثل بلاط السقف.

إن الممتص الرئيسي للإشعاع الشمسي في الشعر (والجلد) هو صبغة الميلانين. هذا هو بوليمر حمض أميني عضوي مع حلقات تمتص نطاقًا واسعًا من الإشعاع بين الأشعة تحت الحمراء القريبة والأشعة فوق البنفسجية.

نماذج الشعر

قامت مجموعة كيم بالتحقيق في كيفية الجمع بين الخصائص الفيزيائية والكيميائية للشعر للتأثير على امتصاصه (وهو نفس الشيء هو انبعاثه وفقًا لقانون كيرتشوف للإشعاع الحراري)، والانعكاس، والانتقال عند أطوال موجية مختلفة. وقد تم ذلك باستخدام نماذج رياضية ومن خلال إجراء تجارب على الشعر الأسود (الغني بالميلانين) الذي تم الحصول عليه من صالون محلي.

ووجدوا أن عينات الشعر امتصت حوالي 80% من الضوء الساقط عند الطول الموجي للأشعة تحت الحمراء البالغ 1 ميكرومتر، وهو الطول الموجي الأقصى لشدة الإشعاع الشمسي. وقام الفريق أيضًا بدراسة عينات الشعر التي تمت إزالة الميلانين منها عن طريق التبييض. في هذه العينات، كان الامتصاص حوالي 40٪. كرر الفريق قياساته للضوء تحت الأحمر عند 10 ميكرومتر، وهو ليس مكونًا مهمًا لضوء الشمس. وبعد تبييض الميلانين وجدوا أن الامتصاصية (والانبعاثية) عند هذا الطول الموجي ظلت حوالي 90%. وذلك لأن امتصاص الإشعاع عند هذا الطول الموجي يرجع إلى حد كبير إلى الروابط الكيميائية في جزيئات أخرى غير الميلانين - جزيئات مثل الكيراتين.

بعد ذلك، قام الباحثون بنقع الشعر في الماء. ووجدوا أن نسبة الإشعاع الشمسي ذي الطول الموجي الممتص انخفضت بشكل ملحوظ، في حين أن نسبة الإشعاع الممتص عند 10 ميكرومتر لم تتأثر نسبيًا.

تناثر المسام

يقول كيم: "يحتوي شعر الإنسان على مسام يبلغ حجمها حوالي 1 ميكرومتر. وهذه المسام متخصصة جدًا في التشتت في المنطقة القريبة من الأشعة تحت الحمراء... ولحجب الإشعاع الشمسي تمامًا، نحتاج إلى شعرة بطول كبير: ولكن إذا قمنا بنثر الإشعاع في الداخل من خلال المادة يمكننا حجب الإشعاع بشكل كامل دون الحاجة إلى مثل هذا الحجم من المادة”.

إن ملء المسام والحواف بالماء قد منع التغيرات المفاجئة في معامل الانكسار وبالتالي قلل من التشتت الضروري لزيادة طول مسار الأشعة تحت الحمراء القريبة في الشعر. ومع ذلك، عند الأطوال الموجية الأطول التي من المحتمل أن ينبعثها الجسم البشري على شكل حرارة، لم تكن الموجات متناثرة بل تم امتصاصها وإعادة بثها. اختار الفريق دراسة إشعاع 10 ميكرومتر لأنه يقع في وسط "نافذة الشفافية" الجوية. يقول كيم: "نطلق على هذه الظاهرة اسم التبريد الإشعاعي، لأننا نستطيع أن نبعث هذا الإشعاع بسهولة إلى الفضاء".

يلهم فراء الدب القطبي المنسوجات الحرارية الشمسية

ثم أجرى الباحثون تجارب ميدانية. ووجدوا أنه في يوم بارد، كانت عينة من الجلد الاصطناعي المغطى بالشعر أكثر دفئا من الجلد العاري. ولكن في يوم دافئ، ظل الجلد الاصطناعي المغطى بالشعر أكثر برودة. يتطلع الباحثون الآن إلى تطوير منسوجات مستوحاة من المواد الحيوية بناءً على المبادئ الموضحة في أ ورقة تصف البحث in وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم.

لويس رويز بيستانا وهو خبير في نمذجة المواد ذات البنية النانوية في جامعة ميامي بالولايات المتحدة. أخبر عالم الفيزياء  أن هذه النتائج مثيرة للإعجاب ومحيرة.

يقول: "الشيء الفريد حقًا ليس أنك تمتص الأشعة فوق البنفسجية، ولكن يبدو أن الشعر جيد حقًا في انبعاث الأشعة تحت الحمراء". "وبالتالي تحصل على ضوء الأشعة فوق البنفسجية، وتمتصه، ثم تطلقه في طيف الأشعة تحت الحمراء."

ومع ذلك، فهو في حيرة من أمره بسبب سلوك درجة الحرارة الباردة، والذي يقدم الباحثون عنه بيانات ولكن القليل من التفسير: "لم أفهم على الإطلاق كيف تسمح بنية الشعر للأشعة تحت الحمراء بالبقاء محصورة بين الجلد والغلاف الجوي". يقول: "لذا فإن الجزء الأول واضح جدًا، والجزء الثاني ليس واضحًا تمامًا".

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. تمكين نفسك. الوصول هنا.
• أفلاطونايستريم. ذكاء Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• أفلاطون كربون، كلينتك ، الطاقة، بيئة، شمسي، إدارة المخلفات. الوصول هنا.
• أفلاطون هيلث. التكنولوجيا الحيوية وذكاء التجارب السريرية. الوصول هنا.
• المصدر https://physicsworld.com/a/hair-helps-keep-us-cool-in-hot-weather-infrared-study-reveals/