如何设计一只能够突破音速的生物?(突破声音)


先说个野史,当年美国为了测试 B-58 轰炸机的跳伞安全性,真的把一头熊以超音速给弹射出去了,让它成为了第一只暴露在大气中被迫超音速的动物(莱卡还有那些探空导弹里可怜的恒河猴们表示同情)。

这头黑熊叫 Yogi,1962 年 3 月 21 日,是它永生难忘的时间,它当时才 2 岁,就在 1 万米高空从 B-58 轰炸机上被弹射出去,并在 7 分 49 秒后安全着陆。不过还没来得及它骂骂咧咧,就被安乐死了,因为医生要检查它是否有内脏破裂。

如果说人类的话,早在 1955 年 2 月 26 日,试飞员乔治·史密斯在驾驶第一架 F-100A 时,由于液压系统故障,在 1.05 马赫的空速下弹射出去,此时离地面只有不到 2000 米。据估计,他受到了 40 倍重力加速度的空阻,直接昏迷了。所幸被渔船救起。

超加音速生物

说完野史,我再说说是否能设计出一个主动超音速的动物。

写到这儿我一翻,@赵泠 已经相当冷静地分析了一下这个可能性,那就随便扯点别的吧。

我们不考虑螳螂虾那种身体局部超音速的情况,也看到有些答案写了“速度最快”但还是没能超音速的游隼。

那我说个冷门儿的,地球上加速度最快的生物。它的名字叫 Pilobolus,是一种亲粪的真菌,孢子通常一开始会出现在草上,然后随着马啊牛啊吃草的时候进入动物体内,然后随着便便再一起排出来。

当这种孢子在便便中感受到阳光时,就会可爱地发芽了,在富饶的有机物间形成蘑菇的“菌丝体”,最后长成了一个僵尸大战植物人中的豌豆射手:

这个身高在 1 厘米左右的豌豆射手有一个能力,就是指向太阳,就像可爱的向日葵一样。当体内的洪荒之力加压到 7 个大气压以上时,就会把小黑头头“噗”的一下发射出去,在 2 微秒内将它从 0 加速到 4~21 千米每小时[1],取中值 13 千米每小时的话,加速度的数量级大约相当于

比例尺小黑条的长度 a, b, d,为 50 µm, c 为 1 mm 。帧率:a, 100,000 fps, b, 250,000 fps, c, 50,000 fps, d, 210,000 fps.

虽然最终加速的结果离超音速的 1224 千米每小时差远了,但这个加速度还是很恐怖的。那为什么它要进化成这样呢?我猜是因为没有动物喜欢在便便附近觅食吧(除了狗?),为了生存,只能弹射到更远的地方了。

鸟类

事实上,如果鸟类能飞得再高一些的话,就有可能实现超音速。既然鲍姆加特纳(Felix Baumgartner)能在 2003 年从 39 千米的高空自由落体达到超音速(1,342.8 公里每小时),那么只要鸟类也能飞那么高就行。问题是,飞得最高的秃鹰也只能飞到 11 千米,这受限于地球的大气条件,因此如果想设计一个超音速生物,就必须要让它能飞到 2~3 万米高空才行。

另一方面,考虑到空气阻力与速度的平方成正比,与截面积也成正比:

因此我们要设计的鸟应该像协和飞机那样,身材要修长但胸要大,进化出更硬更轻的骨骼结构,表面还要耐高温(出汗?)。关键问题是翅膀如何在稀薄的高层大气中加力(进化出螺旋桨也不成啊),呼吸又得如何解决。

要么进化出能分解水制造氢气的能力、并用像刺豚一样的囊状物容纳它以升到高空的方法?

不过我想不出动物自然进化这个技能有什么用,高代谢单纯浪费能量,不增加生存、觅食和求偶交配的概率。为什么超音速生物比非超音速生物能繁衍更多的后代?

有了那么多氢气,直接喷火不是更好?

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