蒲公英种子的飞行秘密：生成“涡旋环” 实现奇妙“降落伞之旅”

最新研究发现，蒲公英的种子在空中飞行时，会产生一种新型空气漩涡，能有效减缓其下降的速度。

一只蒲公英，供图：Smudge 9000

来源 | AIP Inside Science

作者 | Charles Q. Choi

一个普通顽童的一次正常呼气，就足以把几十颗毛茸茸的蒲公英种子吹向空中。最近，科学家们发现，这些种子在空中飘浮时会产生一种涡流，使其能保持自身的高度，——而这种涡流，曾被认为“过于不稳定”而不可能存在。该发现将有助于揭秘花朵们是如何在地球上传播扩散。

奇妙的“降落伞”旅行

对蒲公英来说，每颗种子都附着在大约100根羽毛状的硬毛上，这些硬毛的专业术语叫“冠毛”。该名称来源于古希腊语中的单词“祖父”，——因为这些硬毛很像祖父的胡子。这种特殊的种子结构能够拖曳空气，就好像降落伞一样延长其降落的时间。这样，水平的风就可以将种子带向更远更广阔的领域。通常，大多数蒲公英的种子会落在离其花朵两米远的地方，但当环境温暖、干燥又多风时，其中有一些就可能会飞到一公里以外的地方。

在自然界，蒲公英不是唯一懂得利用风来传播种子的植物。然而，蒲公英为什么会进化出羽状的冠毛（以帮助种子长时间地在空气中飘浮），而不是像枫树的种子那样，长出翼状薄膜呢？目前，这依然是一个谜。

图注：枫树（左）和它的种子（右）

稳定的“涡旋环”

为了进一步探究这个问题，来自苏格兰爱丁堡大学的科学家们建造了一个垂直的风洞，来研究蒲公英种子飞行的物理原理。实验中，他们会在蒲公英种子的下方吹气，而这些种子有的可以自由飞行，有的则被固定在原地。同时，科学家们还在风中加入烟雾，用绿色激光加以照亮，进而能够更好地显示空气在蒲公英种子周围的运动方式。

通过超长曝光摄影技术和高速成像技术，研究人员发现了一种被称为“漩涡环”的稳定气泡，在这个过程中，它们会与种子保持固定的距离。另外，研究人员还通过使用不同孔隙的硅盘来模拟蒲公英的冠毛，研究其空气动力学。实验结果表明，蒲公英冠毛圆形的几何尺寸和空气性能是自然界精心设计的，它们可以稳定这些涡旋环，并且产生的空气阻力是相同面积固体圆盘的四倍。据此，研究人员认为，这种带羽毛状的结构可能是短小植株扩撒其小而轻的种子的理想结构，而翼状薄膜则可能更适合大型的种子。

早前的研究已经发现，物体可以在其尾流中产生旋涡翼，但这些旋涡翼或是固定在这些物体上，或是飞向下游。而此次新发现的涡旋环，在以前被认为“太不稳定”而不可能真正发生。通过这项研究，人们发现研究自然界还可以揭示出其他一些未知的流体行为。

图注：蒲公英种子的降落伞旅行

这项研究工作刊发在10月17日的《自然》杂志上。文章中，作者详细介绍了他们此次的研究发现。

翻译 | 谷大春

责编 | 高佩雯

https://www.insidescience.org/news/how-dandelion-seeds-stay-afloat-so-long

美国物理联合会（AIP/American Institute of Physics）--InsideScience专栏独家供稿