"Dạ minh châu" bày bán ngày nay phần lớn thuộc một trong hai nhóm: fluorite tự nhiên, có thể phát sáng yếu một lúc sau khi được chiếu sáng mạnh hoặc khi được làm ấm; và vật liệu dạ quang nhân tạo, thường là bột strontium aluminate trộn trong nhựa hoặc thuỷ tinh, phát sáng rực nhiều giờ sau khi "nạp" ánh sáng. Viên ngọc tự sáng trong đêm như truyện kể thì chưa có mẫu vật nào được xác minh.
Bài này giải thích ba hiện tượng phát sáng hay bị gọi chung: huỳnh quang, lân quang và nhiệt phát quang; vì sao fluorite là khoáng vật đặt tên cho huỳnh quang; vật liệu dạ quang nhân tạo hoạt động thế nào; cách phân biệt chúng bằng quan sát không làm hại đá; một vài khoáng vật có hiệu ứng ánh sáng lạ dưới đèn tia cực tím; và những điều cần biết về an toàn khi tự soi đèn UV ở nhà.
Ba hiện tượng phát sáng hay bị gọi chung là "dạ quang"
Cả ba đều là phát quang: vật chất nhận năng lượng rồi phát ra ánh sáng mà không cần nóng đỏ. Khác nhau ở nguồn năng lượng và thời gian ánh sáng kéo dài.
| Hiện tượng | Năng lượng nhận vào | Ánh sáng kéo dài | Ví dụ trên đá |
|---|---|---|---|
| Huỳnh quang | Tia cực tím hoặc ánh sáng mạnh | Chỉ khi đang được chiếu, tắt đèn là tắt ngay | Fluorite, calcite, nhiều loại đá dưới đèn UV |
| Lân quang | Ánh sáng hoặc tia cực tím | Tiếp tục sáng sau khi tắt nguồn, vài giây tới nhiều giờ | Một số fluorite (yếu, ngắn), vật liệu dạ quang nhân tạo (mạnh, lâu) |
| Nhiệt phát quang | Năng lượng tích sẵn, được giải phóng khi làm ấm | Trong lúc được làm ấm | Một số fluorite như loại chlorophane |
| Ma sát phát quang | Cơ năng khi cọ, đập | Loé ngắn lúc va chạm | Hai khối thạch anh cọ mạnh vào nhau trong bóng tối |
Hiểu bảng này, bạn sẽ thấy vì sao lời giới thiệu "đá tự phát sáng" luôn cần hỏi lại. Không có hiện tượng nào trong số đó là đá sinh ra ánh sáng từ hư không: luôn có một nguồn năng lượng đi vào trước, từ đèn, nắng, nhiệt hay va chạm. Một viên đá được nói là sáng mãi trong bóng tối mà không cần nạp gì cả là lời khẳng định không khớp với vật lý đã biết.
Vì sao đá phát ra màu khác với màu đèn chiếu vào
Đèn UV cầm tay phát ra ánh tím mờ, vậy mà dưới nó một mẫu fluorite có thể sáng lam, một mẫu calcite sáng đỏ, một mẫu willemite sáng xanh lục. Lý do nằm ở cách phát quang hoạt động. Một photon tia cực tím mang năng lượng lớn bị nguyên tử hoặc khuyết tật trong tinh thể hấp thụ, đẩy electron lên mức năng lượng cao. Electron không rơi về ngay mức cũ mà mất một phần năng lượng dưới dạng dao động nhiệt của mạng, rồi mới phát ra một photon có năng lượng thấp hơn.
Năng lượng thấp hơn nghĩa là bước sóng dài hơn, nên ánh sáng phát ra dịch từ vùng cực tím không nhìn thấy sang vùng ánh sáng nhìn thấy. Khoảng dịch này được gọi theo tên chính nhà vật lý đã đặt ra chữ huỳnh quang. Màu cụ thể do nguyên tố hay khuyết tật gây phát quang quyết định: mangan trong calcite và willemite, europi trong fluorite, crôm trong ruby. Đó là lý do cùng một khoáng vật, mẫu từ mỏ này sáng mà mẫu từ mỏ khác không.
Hiểu điều này giúp bạn nhìn một lời giới thiệu cho tỉnh táo. Một viên đá "phát sáng màu xanh lục dưới đèn" không nói lên viên đá có gì đặc biệt ngoài thành phần vi lượng của nó, và cũng không chứng minh viên đá là tự nhiên hay quý hiếm. Huỳnh quang là một dữ kiện vật lý đẹp và hữu ích cho người sưu tầm, không phải dấu hiệu của năng lượng hay phẩm chất nào khác.
Fluorite: khoáng vật đặt tên cho huỳnh quang
Fluorite là canxi florua, một khoáng vật phổ biến có màu tím, lục, lam, vàng hoặc không màu, thường nhiều màu xen kẽ thành dải. Nó mềm, độ cứng chỉ 4 trên thang Mohs, tỉ trọng khoảng 3,18, và có cát khai hoàn toàn theo bốn hướng tạo thành khối tám mặt, nên dễ mẻ và tách khi va đập. Fluorite được dùng làm quả cầu, tượng nhỏ, hạt vòng và là mẫu sưu tầm rất được ưa chuộng nhờ tinh thể lập phương đẹp.
Từ "huỳnh quang" trong tiếng Anh, fluorescence, được nhà vật lý George Stokes đặt ra vào giữa thế kỷ 19 dựa trên tên fluorite, vì nhiều mẫu fluorite phát sáng màu lam tím khi được chiếu tia cực tím. Huỳnh quang của fluorite đến từ các nguyên tố vi lượng như europi, yttri hoặc các khuyết tật trong mạng tinh thể. Không phải mẫu fluorite nào cũng huỳnh quang, và màu phát ra khác nhau tuỳ nguồn mỏ.
Một số fluorite còn có lân quang yếu: sau khi chiếu sáng mạnh, chúng sáng mờ trong vài giây tới vài phút. Có loại tích năng lượng trong mạng tinh thể và phát sáng khi được làm ấm, như biến thể mang tên chlorophane. Đây có lẽ là cơ sở hợp lý nhất cho những câu chuyện về đá sáng trong đêm: một khối fluorite đúng loại, để trong bóng tối, được làm ấm hoặc vừa phơi nắng, có thể ánh lên mờ mờ. Nhưng ánh sáng đó yếu, ngắn, và cần mắt đã quen bóng tối mới thấy.
Đá dạ quang nhân tạo: strontium aluminate trong nhựa và thuỷ tinh
Phần lớn "dạ minh châu" sáng rực ngoài chợ, đặc biệt các quả cầu sáng xanh lục hay xanh lam suốt nhiều giờ, được làm từ vật liệu lân quang nhân tạo. Loại phổ biến nhất là strontium aluminate pha thêm nguyên tố đất hiếm như europi và dysprosi. Vật liệu này được phát triển từ những năm 1990 và sáng hơn, lâu hơn nhiều so với kẽm sunfua dùng trong đồ dạ quang thế hệ trước.
Bột strontium aluminate được trộn vào nhựa trong, thuỷ tinh hoặc gốm rồi đúc thành quả cầu, hạt, viên sỏi. Chỉ cần vài chục giây dưới đèn pin điện thoại hoặc vài phút dưới nắng, vật liệu tích đủ năng lượng để phát sáng rõ trong bóng tối, độ sáng giảm dần qua nhiều giờ. Màu sáng phổ biến là lục vàng và lam; có cả tím, cam nhưng thường yếu hơn. Đây là vật liệu hữu ích, dùng trong biển chỉ dẫn thoát hiểm và kim đồng hồ.
Strontium aluminate không phóng xạ. Đồ dạ quang hiện đại sáng nhờ tích ánh sáng, không nhờ chất phóng xạ như một số mặt đồng hồ cũ thời trước. Vấn đề của "dạ minh châu" nhân tạo chỉ nằm ở lời giới thiệu: một quả cầu nhựa dạ quang đẹp và rẻ không có gì sai, nhưng bán nó như "ngọc tự nhiên quý hiếm" là sai. Câu nên hỏi luôn là: vật liệu là gì, tự nhiên hay nhân tạo.
Phân biệt bằng quan sát: sáng bao lâu, sáng đều hay loang lổ
Những quan sát dưới đây không làm hại đá và cho bạn gợi ý khá tốt về nhóm vật liệu. Để có kết luận chắc chắn, cần phòng giám định.
- Độ sáng và thời gian: vật liệu dạ quang nhân tạo sáng rực ngay sau khi nạp, nhìn rõ cả trong phòng chưa tối hẳn, kéo dài nhiều giờ. Fluorite lân quang chỉ sáng mờ, vài giây tới vài phút, phải trong phòng tối hẳn mới thấy.
- Sáng đều hay loang lổ: quả cầu nhân tạo sáng đều khắp như một khối, hoặc thấy rõ các hạt bột sáng phân bố trong nền trong. Fluorite tự nhiên nếu có sáng thì thường loang theo dải màu, vùng sáng vùng không.
- Nhìn dưới ánh sáng ban ngày: nhiều quả cầu dạ quang nhân tạo có màu trắng ngà, lục nhạt, hơi đục như sáp, có thể thấy hạt li ti hoặc bọt khí. Fluorite có dải màu tím, lục, lam xen kẽ, có thể thấy mặt cát khai loé sáng bên trong.
- Cầm thử nặng nhẹ: quả cầu nhựa nhẹ hơn hẳn quả cầu fluorite cùng cỡ, vì fluorite có tỉ trọng khoảng 3,18 còn nhựa thường dưới 1,5. Với hàng thuỷ tinh, khác biệt nhỏ hơn.
- Cảm giác khi chạm: nhựa ấm tay nhanh, đá và thuỷ tinh mát lâu hơn. Đây chỉ là gợi ý, không đủ để kết luận.
- Nạp lại dễ dàng: vật liệu dạ quang nhân tạo có thể nạp đi nạp lại vô số lần với độ sáng gần như không đổi. Fluorite nhiệt phát quang thì năng lượng tích trữ có thể cạn sau vài lần làm ấm.
Đừng thử bằng cách đốt, nung hay cào: fluorite mềm và dễ vỡ khi sốc nhiệt, còn nhựa cháy sinh khói độc. Những quan sát trên đủ để bạn hỏi đúng câu với người bán.
Những đá có hiệu ứng lạ dưới đèn UV
Calcite. Nhiều mẫu calcite huỳnh quang đỏ, hồng hoặc cam dưới đèn UV. Một số mẫu còn lân quang ngắn. Calcite mềm, độ cứng chỉ 3, và tan trong axit, nên rất dễ hỏng nếu làm sạch sai cách.
Willemite. Khoáng vật kẽm silicat, nổi tiếng trong giới sưu tầm vì huỳnh quang xanh lục rực dưới đèn UV sóng ngắn, thường đi cùng calcite đỏ trong cùng một mẫu đá, tạo cặp màu xanh đỏ rất bắt mắt.
Hackmanite. Một biến thể của sodalite có hiện tượng đổi màu theo ánh sáng: màu đậm lên khi chiếu tia cực tím và nhạt dần khi để dưới ánh sáng thường, lặp lại được nhiều lần. Hiện tượng này gọi là tenebrescence. Nhiều mẫu hackmanite cũng huỳnh quang cam dưới đèn UV.
Scapolite và một số khoáng vật khác. Scapolite có thể huỳnh quang vàng; một số ruby huỳnh quang đỏ dưới đèn UV sóng dài và cả dưới ánh nắng mạnh, làm màu đỏ trông rực hơn. Giới ngọc học dùng huỳnh quang như một dữ kiện hỗ trợ nhận diện, không phải phép thử quyết định.
Thạch anh và ma sát phát quang. Cọ mạnh hai khối thạch anh vào nhau trong phòng tối có thể thấy những tia loé vàng cam ngắn. Hiện tượng này được ghi nhận từ lâu và là ví dụ dễ thấy nhất của ma sát phát quang, nhưng việc cọ đá vào nhau làm trầy mặt đá, nên không làm với đồ đã đánh bóng.
An toàn khi soi đèn UV và câu chuyện dạ minh châu
Đèn UV cầm tay bán phổ biến chủ yếu là loại sóng dài, khoảng 365 hoặc 395 nanomét. Loại 365 nanomét cho hiệu ứng huỳnh quang trên đá rõ hơn vì ít lẫn ánh sáng tím nhìn thấy. Dù là sóng dài, bạn vẫn không nên nhìn thẳng vào bóng đèn và không chiếu vào mắt người khác. Đèn UV sóng ngắn dùng trong phòng thí nghiệm khoáng vật nguy hiểm hơn cho mắt và da, cần kính bảo hộ chặn tia cực tím và không phải đồ chơi cho trẻ.
Câu chuyện viên ngọc sáng trong đêm xuất hiện trong nhiều truyện kể cổ của Trung Hoa và các nước lân cận, và cái tên dạ minh châu, nghĩa là "ngọc sáng ban đêm", bắt nguồn từ đó. Cho tới nay, chưa có mẫu vật lịch sử nào được xác minh rõ ràng là một viên đá tự phát sáng mạnh mà không cần nguồn năng lượng bên ngoài. Giả thuyết hay được nhắc là fluorite lân quang hoặc nhiệt phát quang, nhưng đó chỉ là giả thuyết.
Vì vậy, giá trị của một quả cầu dạ minh châu nằm ở chất liệu thật của nó. Một khối fluorite đẹp với dải màu tím lục là mẫu khoáng vật đáng quý dù không sáng mấy; một quả cầu dạ quang nhân tạo sáng rực là vật trang trí thú vị với giá tương xứng. Dân gian có nơi tin dạ minh châu mang lại điều tốt cho gia chủ; đó là quan niệm văn hoá, không có bằng chứng khoa học. Điều bạn có thể đòi hỏi là người bán ghi đúng tên vật liệu.
Câu hỏi thường gặp
Dạ minh châu có phải đá quý tự nhiên không?
Phần lớn dạ minh châu sáng rực ngoài chợ là vật liệu dạ quang nhân tạo trộn trong nhựa hoặc thuỷ tinh. Một số là fluorite tự nhiên, thường chỉ sáng mờ và ngắn. Khi mua, nên hỏi rõ tên vật liệu và tự nhiên hay nhân tạo.
Dạ minh châu có phóng xạ không?
Vật liệu dạ quang hiện đại như strontium aluminate sáng nhờ tích ánh sáng, không phóng xạ. Fluorite cũng không phát sáng nhờ phóng xạ. Một số mặt đồng hồ dạ quang rất cũ từng dùng chất phóng xạ, nhưng đó là chuyện khác hẳn đồ dạ minh châu bán hiện nay.
Vì sao dạ minh châu của nhà để lâu không sáng nữa?
Đồ lân quang cần được nạp ánh sáng trước. Để trong tủ tối lâu ngày, năng lượng đã phát hết. Chiếu đèn pin hoặc để gần cửa sổ một lúc rồi tắt đèn, vật liệu nhân tạo sẽ sáng trở lại. Fluorite thì vốn chỉ sáng rất yếu.
Huỳnh quang và lân quang khác nhau thế nào?
Huỳnh quang chỉ sáng khi đang được chiếu tia cực tím hay ánh sáng mạnh, tắt đèn là tắt ngay. Lân quang tiếp tục sáng sau khi tắt nguồn, từ vài giây tới nhiều giờ. Nhiều đá có huỳnh quang nhưng rất ít đá có lân quang đáng kể.
Soi đá bằng đèn UV ở nhà có an toàn không?
Đèn UV sóng dài cầm tay tương đối an toàn nếu không nhìn thẳng vào bóng đèn và không chiếu vào mắt người khác. Đèn sóng ngắn nguy hiểm hơn, cần kính bảo hộ chặn tia cực tím. Không nên để trẻ nhỏ tự dùng đèn UV.
Có cách nào phân biệt nhanh quả cầu fluorite với quả cầu dạ quang nhựa?
Quả cầu nhựa nhẹ hơn hẳn, sáng rực và đều trong tối nhiều giờ, có thể thấy hạt bột hoặc bọt khí. Fluorite nặng tay, có dải màu tím lục xen kẽ, có mặt cát khai bên trong và nếu có sáng thì rất mờ, ngắn.