蛇為什麼在漆黑中也知道獵物在哪裡？
― 臉上的小洞，看見的是體溫發出的「光」
沒有月亮的夜晚，暗到眼睛幾乎派不上用場，蛇卻能精準撲向老鼠。線索是溫暖身體發出的、人眼看不見的光。蝮蛇和波布蛇的臉上，長著能感受這種光的「第二雙眼睛」。
冬天的早晨，把手伸到暖爐前，明明沒有碰到，手心卻慢慢暖了起來。因為暖爐有某種看不見的東西傳了過來。
那麼，閉著眼睛，你能指出暖爐在房間的哪裡嗎？大概的方向也許知道，但要準確指出位置，應該很難。
蛇卻能用弱得多的熱做到這件事。牠面對的不是暖爐，而是一隻小老鼠的體溫。
原因只有兩個
任何東西都會依溫度發出光。體溫左右的物體，發出的是波長比可見光更長的「紅外線」。在黑暗中，老鼠也靠紅外線隱隱發亮。
蝮蛇和波布蛇的眼睛與鼻孔之間，有一個小洞。洞的深處繃著一層極薄的膜。入口很窄，所以光從哪個方向來，膜上變暖的位置就不同。
也就是說，蛇不只是「感覺到」熱，還能「看出」熱從哪個方向來。我們依序來看。
即使在黑暗中，溫暖的東西也在發光
鐵匠手中的鐵，越熱顏色越從紅變白而發亮。溫度下降，光就變暗，最後眼睛看不見了。但這並不是光停止了。
溫度越低，發出的光波長越長。到了體溫左右，最強的光波長大約是可見紅光的12倍，是人眼完全看不見的光。
請看圖1。轉動滑桿改變物體的溫度，山形曲線（發出的光的強度）會左右移動。左邊的細帶是人眼看得見的光的範圍。體溫的山峰，遠遠落在那條細帶的右邊。
也請注意下方的兩條長條。體溫37℃的物體，發出的紅外線比17℃的地面強約三成。所以在夜晚的森林裡，老鼠會像「亮點」一樣浮現在冷卻的地面上。
洞深處的膜，讀取光的方向
蛇的「熱之眼」叫做頰窩器官（pit organ）。如圖2左側，蝮蛇的臉上，眼睛和鼻孔之間有個凹陷。蟒蛇和蚺的嘴唇邊緣，則排列著小小的洞。
圖2右側是洞內的構造。深處繃著一層厚度約0.015毫米的極薄膜。膜的背面是空氣室，熱不容易散掉。膜又薄又輕，即使只有一點紅外線，也能迅速變暖。
膜上密密排列著感受溫度變化的神經末梢。據說能感受到的溫度變化小到約千分之一℃。
入口很窄，所以頰窩的作用就像「針孔相機」。從左上來的光照到膜的下側，從左下來的光則照到上側。再比較左右各一個頰窩，方向就更清楚了。
據說，早期的實驗已證實，即使蒙住眼睛的響尾蛇，也能準確撲向溫暖的目標。一般認為，在腦中，來自眼睛的影像和來自頰窩的影像會被疊合在一起。
在暖爐前手會覺得暖，是因為人的皮膚也接收了紅外線。但皮膚又厚又不容易變暖，也無法描繪出受熱位置的「畫面」。蛇則用薄膜和窄入口，把同樣的光變成了「影像」。
吸血的吸血蝙蝠，據說會用鼻子周圍感受獵物溫暖血管的位置。也有被森林大火的熱吸引過去的甲蟲。一般認為，這些都是和蛇各自獨立演化出相似的能力。
總結
有體溫的生物，即使在黑暗中也靠紅外線隱隱發亮。蝮蛇和波布蛇用臉上頰窩深處的薄膜，讀取這種光來自的方向。對人眼來說漆黑的夜晚，在蛇眼中卻是只有獵物明亮浮現的景色。
黑暗，並不是對每個人都是暗的。
蛇用體溫這種「光」來看夜晚。
關於溫暖物體所發出的光，也請讀讀為什麼烤營火時只有臉很燙？和鐵匠靠鐵的顏色判斷溫度的原理。用聲音在黑暗中「看見」的生物，則在蝙蝠的文章裡。
- 在暗室裡，把溫暖的馬克杯放在臉旁約20公分處，閉上眼睛，試著用臉頰猜出方向。
- 接著，在杯子和臉之間立起一張厚紙。感受一下，一張紙就讓溫暖感倏地消失。因為它和光一樣，是直線前進、會被擋住的。
- 最後，把紙捲成筒狀貼在臉頰上，讓筒口對準杯子或移開。比較看看，用窄入口收窄方向後，是否更容易分辨方向。
熱飲請調到不會燙傷的溫度再使用。可以把蛇的頰窩想成是把紙筒的方法做得非常小、非常敏感，這樣會更容易理解。
想知道更多的人 ― 術語・公式・與教科書的連結明確標示從國中理化到大學專業課程，各屬於哪個程度
- 國中國中理化學到的範圍
- 高中高中「物理」「生物」學到的範圍
- 高中＋高中的進階內容，或教科書專欄的內容
- 大學高中不會學到、大學專業課程（熱物理學・感覺生理學）的內容
- 研究連大學也不當作「定論」教授、目前研究者仍在探究的話題
國中術語：這個現象是有名字的
- 熱輻射：物體依溫度發出光（電磁波）來傳遞熱。即使中間沒有空氣也能傳遞。
- 紅外線：波長比紅光更長、眼睛看不見的光。體溫左右的物體所發出的光，大部分是這種。
- 頰窩器官（pit organ）：蝮蛇類、蟒蛇和蚺所具有的感受紅外線的器官。蝮蛇類的位於眼睛與鼻孔之間，也稱為頰窩。
國中高中用公式驗證：老鼠發出的是什麼樣的光，有多亮
用兩條公式，計算體溫獵物所發出光的「顏色（波長）」和「亮度」。身體表面的溫度依部位不同，在30多℃之間有所差異，這裡為了簡單，一律當作37℃。
| 用符號寫 | λ ＝ b ÷ T 與 M ＝ σ × T⁴ |
| 用文字寫 | 最強光的波長 ＝ 常數 ÷ 溫度。每1平方公尺表面發出的光強度 ＝ 常數 × 溫度的4次方 |
| 這是從哪來的公式 | 這是只由溫度決定的「理想物體」所發出光（黑體輻射）的定律。前者稱為維因位移定律，後者稱為史特凡－波茲曼定律。溫度要代入絕對溫度（K）。 |
| 符號 | 意義與單位 |
| λ | 最強光的波長（μm，1μm 是千分之一毫米） |
| T | 物體表面的絕對溫度（K）。℃加上273的值 |
| b | 維因常數。約 2898 μm・K |
| M | 每1平方公尺表面發出的光強度（W/m²） |
| σ | 史特凡－波茲曼常數。約 5.67 × 10⁻⁸ W/(m²・K⁴) |
| 維因常數 | 2898 μm・K |
| 人眼可見光的最長波長（紅光的邊緣） | 約 0.78 μm |
| 310連乘4次的數 | 約 92.35 億（92.35 × 10⁸） |
| 夜晚地面的溫度（17℃＝290 K），290連乘4次的數 | 約 70.73 億（70.73 × 10⁸） |
一般認為皮膚和毛髮幾乎能理想地發出紅外線（發射率接近1），所以直接使用公式。σ 的 10⁻⁸ 與4次方的 10⁸ 會互相抵消。
| 把體溫換成絕對溫度 | 37 + 273 ＝ 310 |
| 最強的波長（μm） | 2898 ÷ 310 ≒ 9.35 |
| 與可見光的紅色邊緣相比 | 9.35 ÷ 0.78 ≒ 12.0 |
| 獵物表面發出的光強度（W/m²） | 5.67 × 92.35 ≒ 523.6 |
| 地面發出的光強度（W/m²） | 5.67 × 70.73 ≒ 401.0 |
| 每1平方公尺的差（W/m²） | 523.6 − 401.0 ＝ 122.6 |
| 是地面的幾倍 | 523.6 ÷ 401.0 ≒ 1.31 |
獵物發出的光，波長約9.3μm，約是可見光的12倍長。亮度約是地面的1.3倍。人雖然看不見，但對頰窩而言，那是「浮現在冰冷背景上、亮三成的點」。這就是圖1中山峰的位置和下方長條的長度。
高中高中＋熱是以「光」的形式被傳送的
高中熱的傳遞方式有傳導、對流、輻射三種。頰窩利用的是輻射，紅外線是電磁波的一種。電磁波沒有空氣也能前進，並且直線前進、會被擋住。所以它能攜帶「方向」的資訊。
高中＋把黑體輻射的光強度依波長表示出來的是普朗克輻射定律，圖1的山形就是它的大致形狀。決定山峰頂點位置的是維因位移定律，山下面積的總和則對應史特凡－波茲曼定律。
大學在膜裡，熱是如何變成神經訊號的
2010年的研究報告指出，頰窩膜的神經中，有大量對溫度起反應的離子通道「TRPA1通道」在運作。在其他動物身上也用來偵測刺激物的這種分子，在蛇身上被認為成了感受紅外線所造成升溫的感測器。膜受三叉神經支配，據說訊號會在中腦的視蓋與來自眼睛的影像整合。窄入口所形成的成像，可以當作針孔相機的光學來處理。
📖 公式的推導，以及更進一步的內容：頰窩器官（維基百科） ／ 維因位移定律（維基百科）
研究目前還不清楚的事
- 蛇看到的畫面有多「清晰」。 入口偏大，影像理應模糊，但有人討論是否是靠大腦的處理讓它變清楚。
- 能感受到多遠的獵物。 會因與背景的溫差和大小而大幅改變，也因物種而異，所以很難給出固定的數值。
- 為什麼不同的演化支系會出現相似的器官。 一般認為蝮蛇類與蟒蛇、蚺各自獨立擁有了頰窩，其演化途徑仍在研究中。
也就是說，這篇文章的內容，同樣是「就目前所知範圍內的說明」。蛇實際看到的是什麼樣的景色，只有蛇自己知道。
與教科書的連結（依程度）
| 程度 | 科目・單元 | 在這篇文章的哪裡 |
|---|---|---|
| 國中 | 理化「熱的傳遞方式」「光的行進方式」 | 體溫的物體也會發出看不見的光、光是直線前進的 |
| 高中 | 物理「電磁波」、生物「刺激的接受」 | 紅外線、膜上的神經感受溫度變化 |
| 高中＋ | 物理進階「黑體輻射」 | 維因位移定律、史特凡－波茲曼定律 |
| 大學 | 熱物理學、感覺生理學、神經科學 | TRPA1通道、視蓋的影像整合、針孔光學 |
| 研究 | 演化生物學、感覺生態學 | 影像的清晰度、感知距離、器官獨立出現的原因 |
| ― | 與生活的連結 | 暖爐的溫暖、用顏色呈現溫度的相機原理 |
- Gracheva, E. O. et al. (2010) Molecular basis of infrared detection by snakes. Nature 464, 1006–1011.
- Newman, E. A. & Hartline, P. H. (1982) The infrared "vision" of snakes. Scientific American 246(3).
- Bullock, T. H. & Diecke, F. P. J. (1956) Properties of an infra-red receptor. Journal of Physiology 134.
- Gracheva, E. O. et al. (2011) Ganglion-specific splicing of TRPV1 underlies infrared sensation in vampire bats. Nature 476.
- 國立天文台 (National Astronomical Observatory of Japan) 編《理科年表》(Chronological Scientific Tables)（物理常數：維因常數、史特凡－波茲曼常數）丸善出版 (Maruzen Publishing)
※本文是為一般讀者所寫的科學解說。文中的數值是為了理解原理而給出的參考值與概略值。在野外看到蛇時，請不要伸手碰觸，並離開現場。