Domates neden kırmızı?

Kısa cevap

Domates, üstüne düşen beyaz ışığın mavi ve yeşil kısmını büyük ölçüde soğurur ve kırmızı kısmını geri gönderir; gözümüze ulaşan bu kırmızı ağırlıklı ışıktır. Bir nesnenin rengi, ışığın ne kadarını soğurduğu, ne kadarını yansıttığı ve ne kadarını içinden geçirdiğiyle belirlenir. Yüzeyin parlak ya da mat olması ise bu yansımanın yönünü ve rengimizi nasıl gördüğümüzü değiştirir.

Işık bir yüzeye çarptığında

Bir yüzeye ulaşan ışığın başına üç şey gelebilir. Bir kısmı yüzeyden geri döner: buna yansıma denir. Bir kısmı malzemenin içinde tutulur ve çoğunlukla ısıya dönüşür: buna soğurma denir. Bir kısmı da malzemenin içinden geçip öbür taraftan çıkar: buna geçirgenlik denir. Enerji yoktan var olmadığı ve yok olmadığı için, her dalga boyunda bu üç pay toplandığında gelen ışığın tamamı elde edilir.

Renk açısından önemli olan, bu payların dalga boyundan dalga boyuna değişmesidir. Bir beyaz kâğıt her dalga boyunu hemen hemen aynı oranda yansıtır; bu yüzden beyazdır. Bir kömür parçası neredeyse bütün dalga boylarını soğurur; bu yüzden siyahtır. Domates ise seçici davranır: bazı dalga boylarını tutar, bazılarını bırakır. KE-01'de bu seçme biçimine seçici yansıma dedik; burada onu ölçülebilir hâle getiriyoruz.

Domatesin seçiminin arkasında likopen adlı bir pigment vardır. Likopen, spektrumun mavi ve yeşil kısmını tutan, uzun dalga boylarını ise büyük ölçüde serbest bırakan bir moleküldür. Bu molekülün neden tam bu dalga boylarını soğurduğu, yani zincirdeki elektronların davranışı, MA-01'in konusudur.

Yansıma eğrisi: bir rengin parmak izi

Bir yüzeyin rengini sözcüklerle anlatmak yerine, her dalga boyunda ışığın yüzde kaçını yansıttığını bir grafikle gösterebiliriz. Yatay eksende 400'den 700 nanometreye dalga boyları, dikey eksende yansıma oranı durur. Bu grafiğe yansıma eğrisi denir.

Beyaz kâğıdın eğrisi baştan sona yüksek ve düzdür. Siyah kadifeninki baştan sona düşüktür. Nötr bir gri, ikisinin arasında yine düz bir çizgidir. Kırmızı bir domatesin eğrisi ise karakteristiktir: mavi ve yeşil bölgede düşük seyreder, 600 nanometre civarında hızla yükselir ve kırmızı uçta yüksek kalır. Domatesin "kırmızılığı" dediğimiz şey tam olarak bu yükselişin yeri ve dikliğidir. Bir limonun eğrisi yükselişe daha erken, yeşilden sarıya geçerken başlar; bir yaprağın eğrisinde yeşil bölgede küçük bir tepe görülür.

Yansıma eğrisi nesnenin kendi özelliğidir; hangi ışık altında bakarsanız bakın değişmez. Değişen, gözünüze ulaşan ışıktır. Gözünüze gelen ışık, ışık kaynağının içerdiği dalga boylarıyla yüzeyin yansıma eğrisinin her dalga boyunda çarpılmasıyla elde edilir. Kaynakta olmayan bir dalga boyunu yüzey yansıtamaz. Bu çarpma kuralı, kartın sorusunun da anahtarıdır.

Yansıma eğrileri spektrofotometre denen cihazlarla ölçülür ve endüstride renk kalitesinin dilidir; ölçümün nasıl yapıldığı BI-16'da, iki farklı eğrinin aynı rengi nasıl verebileceği BI-15'te ele alınır.

Saydam, yarı saydam ve opak

Her malzeme ışığı yüzeyinde karşılamaz. Bir bardak kırmızı meyve suyu ya da kırmızı bir cam, ışığın büyük kısmının içinden geçmesine izin verir. Bu malzemelerin rengini yansıma değil geçirgenlik belirler: mavi ve yeşil içeride soğurulur, kırmızı öbür taraftan çıkar. Bir kırmızı camın arkasına beyaz bir kâğıt koyduğunuzda kâğıdın kırmızı görünmesi bu yüzdendir.

Opak malzemeler ise ışığın içlerinden geçmesine izin vermez; yansımayan ışığı soğururlar. Ama opak ile saydam arasında geniş bir yarı saydam bölge vardır ve domates de, insan derisi de bu bölgededir. Işık yüzeyden birkaç milimetreye kadar içeri girer, içerideki yapılarda saçılır, bir kısmı soğurulur ve bir kısmı başka bir noktadan dışarı çıkar. Bu yüzden bir domatesin ya da bir yüzün rengi yalnız yüzeyinden değil, içinden de gelir.

Bu bilginin ten tonu açısından önemli bir sonucu var. Melanin, özellikle kısa dalga boylarını soğurur ve miktarı arttıkça derinin yansıma eğrisi bütün görünür bölgede aşağı iner. Bu nedenle farklı ten tonlarının eğrileri aynı biçime sahip olabilir ama farklı yüksekliklerde durur. Bir ışık planı ya da bir kamera ayarı yalnız tek bir eğri yüksekliğine göre kurulursa, öbür tonlar ya fazla parlak ya da fazla karanlık kalır; kameraların bu sorunla tarihsel ilişkisi FS-09'da anlatılır.

Parlak ve mat yüzey

Domatesin üzerinde, pencereden gelen ışığın düştüğü yerde küçük beyaz bir parıltı görürsünüz. Kırmızı bir meyvenin üstünde neden beyaz bir leke vardır? Çünkü yüzeyden iki farklı türde yansıma gelir.

Parıltı, ışığın domatesin kabuğundan hiç içeri girmeden, yüzeyde aynaya çarpmış gibi geri dönen kısmıdır. Bu ışık pigmentle karşılaşmadığı için renk kazanmaz; ışık kaynağı beyazsa parıltı da beyazdır. Domatesin kırmızısı ise içeri girip likopenle karşılaşan ve her yöne dağılarak geri çıkan ışıktan gelir. Aynasal yansıma, cam gibi yaygın saydam malzemelerde dik gelen ışığın yaklaşık yüzde dördü kadardır ve eğik açılarda hızla artar.

Parlak ve mat yüzey farkı bu iki yansımanın dengesinden doğar. Parlak yüzeyde aynasal yansıma tek bir yöne toplanır: bir açıdan bakınca parlak bir leke görürsünüz, öbür açılardan renk koyu ve doygun görünür. Mat yüzeyde aynasal yansıma da her yöne dağılır ve rengin üstüne ince bir beyaz tül gibi serilir; bu yüzden mat yüzeyler genellikle daha soluk görünür. Aynı kırmızı boya, parlak cilalı bir arabada koyu ve derin, mat bir duvarda daha açık görünebilir.

Örnek — mavi ışık altındaki domates

Karanlık bir odada, yalnızca saf mavi ışık veren bir lamba yakıp bir domatese baktığınızı düşünün. Domates kırmızı görünür mü? Çarpma kuralını uygulayalım. Lambanın ışığı yalnız mavi bölgededir. Domatesin yansıma eğrisi tam bu bölgede düşüktür, çünkü likopen maviyi soğurur. İki değerin çarpımı çok küçük çıkar: domatesten gözünüze neredeyse hiç ışık gelmez. Domates koyu, siyaha yakın görünür. Belki yüzeyindeki aynasal parıltı mavi bir nokta olarak kalır, çünkü o ışık hiç pigmentle karşılaşmadan geri dönmüştür.

Bu küçük deney, bir nesnenin renginin tek başına nesnede durmadığını en açık biçimde gösterir. Aynı domates, ışığı değiştirdiğinizde kırmızıdan siyaha geçer; oysa yansıma eğrisi, yani nesnenin kendi özelliği, hiç değişmemiştir.

Sık yapılan yanlış

Özet

1. Bir yüzeye düşen ışık yansır, soğurulur ya da geçer; nesnenin rengi bu payların dalga boyuna göre nasıl değiştiğiyle belirlenir.
2. Yansıma eğrisi yüzey renginin fiziksel parmak izidir; gözümüze gelen ışık, kaynağın ışığı ile bu eğrinin her dalga boyundaki çarpımıdır.
3. Parlak yüzeyde aynasal yansıma tek yöne toplanır ve ışığın rengini taşır, rengi ise içeri girip dağılarak dönen yaygın yansıma verir; domates ve deri gibi yarı saydam malzemelerde renk içeriden de gelir.

Kendini sına

1. (Kolay) Domatese kırmızı rengini veren başlıca pigment hangisidir?
2. (Kolay) Bir yüzeye düşen ışığın başına gelebilecek üç şey nedir?
3. (Orta) Mavi ışık altında kırmızı bir domates ne renk görünür?
4. (Orta) Kırmızı bir domatesin üstündeki parıltı neden beyazdır?
5. (Zor) Aynı kırmızı boya neden parlak bir yüzeyde koyu ve doygun, mat bir yüzeyde daha soluk görünebilir?
6. (Zor) Farklı ten tonlarının yansıma eğrileri benzer biçimde ama farklı yükseklikte olabiliyorsa, tek bir tona göre kurulmuş bir ışık düzeni neden sorun çıkarır?

Cevaplar

1. Likopen; mavi ve yeşil bölgede soğurur, uzun dalga boylarını bırakır («Işık bir yüzeye çarptığında»).
2. Yansıma, soğurma ve geçirgenlik; her dalga boyunda bu üç pay gelen ışığın tamamını oluşturur («Işık bir yüzeye çarptığında»).
3. Koyu, siyaha yakın görünür. Lambanın ışığı yalnız mavidir, domatesin yansıma eğrisi ise mavide düşüktür; ikisinin çarpımı çok küçük olduğu için göze neredeyse ışık gelmez. Yalnız yüzeydeki aynasal parıltı mavi bir nokta olarak kalabilir («Örnek — mavi ışık altındaki domates»).
4. Parıltı, ışığın kabuğa girmeden yüzeyden aynasal olarak dönen kısmıdır; pigmentle karşılaşmadığı için ışık kaynağının rengini, yani beyazı taşır («Parlak ve mat yüzey»).
5. Parlak yüzeyde aynasal yansıma tek bir yöne toplanır ve öbür açılardan renk saf görünür; mat yüzeyde bu yansıma her yöne dağılır ve rengin üstüne ince bir beyaz tül gibi serilerek onu soldurur («Parlak ve mat yüzey»).
6. Işık ve kamera ayarı tek bir eğri yüksekliğine göre kurulursa, daha yüksek eğrili açık tenler fazla parlak, daha düşük eğrili koyu tenler fazla karanlık kalır; ayar bütün tonları hesaba katmalıdır («Saydam, yarı saydam ve opak»).

Kaynaklar

• «Lycopene determination in tomatoes by different spectral techniques (UV-VIS, FTIR and HPLC)», ResearchGate.
• MDPI Applied Sciences, «Current Status of Optical Systems for Measuring Lycopene Content in Fruits: Review», 2021.
• Jacques, S. L., «Optical properties of biological tissues: a review», Physics in Medicine and Biology 58(11): R37–R61, 2013.
• ScienceDirect Topics, «Fresnel Equation — an overview».

Sonraki adım

MA-01 domatesin seçiminin molekül düzeyindeki sebebine iniyor: enerji seviyelerini, konjuge zincirin uzunluğu ile soğurulan dalga boyu arasındaki ilişkiyi havuç ve domates örneğiyle açıklıyor. BI-05 ise yüzeyin içinde dağılan ışığın öbür yüzünü açıyor: ışığın küçük ve büyük parçacıklara çarptığında nasıl farklı dağıldığını, sis ve bulut örnekleriyle ve gözün mavisinin bir pigment değil saçılma olduğunu göstererek anlatıyor.