蒲公英如何在空中飄行?科學家揭露全新流體動力學機制

by:徽徽
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本文經授權轉載自友站科技新報文/ Emma stein 

你有沒有想過植物界飛行員蒲公英的種子,如何乘著風在空中飛行超過 1 公里?新研究揭開了其中奇特機制:蒲公英白色冠毛上方的空氣,會形成有如煙圈的低壓渦環以抵抗重力,延長蒲公英種子從空中落地的時間。

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你有拿起蒲公英的花莖一吹,讓蒲公英的種子隨風飄散的經驗嗎?

Photo: blickpixel

握著蒲公英的花莖接著用力一吹,你就能吹出許多蒲公英的種子隨風飄散,讓我們來細看蒲公英種子(如下圖)的構造:最底端褐色部分是種子,種子延伸出一條長喙,長喙上方就是約 100 條毛絨絨、呈放射狀散開的白色冠毛(pappus),研究人員以超精確 X 射線掃描和光學顯微鏡觀察說,冠毛平均長度 7.4 釐米、厚度 16.3 微米,遠遠看去有如飛機的螺旋槳或降落傘。

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乘風飛行的蒲公英種子。

Photo: Alexas_Fotos

新研究共同作者、英國愛丁堡大學植物科學家 Naomi Nakayama 指出,也就是這種蓬鬆的冠毛結構,藏著幫助蒲公英飛行超過 1 公里的祕密。

實驗中,團隊將蒲公英種子放在垂直風口上,使其在一個固定高度來回浮動,接著使用高速照相機長時間曝光,分析空氣穿過冠毛結構時發生了什麼事──就在這裡,研究人員發現了冠毛結構上方出現兩個有如煙圈的低壓漩渦(如下圖),團隊將其命為分離渦環(the separated vortex ring,SVR)。

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透過上圖可以發現,蒲公英種子的冠毛結構上方出現了兩個有如煙圈的低壓漩渦。

Photo: 論文

關鍵在於冠毛之間高達 92% 的空隙能讓氣流通過,當空氣自下而上穿過冠毛空隙時,會在上方由外往內吸入並沿著孔洞向下流動,到了底端後又開始往上回流循環,形成一個穩定低壓的 SVR,如此減緩種子在空中下沉的速度。

從技術來講,團隊基本上等於發現一個全新的流體動力學機制,可能激發用於各種遙測的小型無人機往無功耗飛行模式發展。新論文發表在《自然》期刊。


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參考資料:
01 Revealed: the extraordinary flight of the dandelion
02 Dandelion seeds fly using 'impossible' method never before seen in nature
03 Why Dandelion Seeds Are So Good At Floating
04 Dandelion seeds create a bizarre whirlpool in the air to fly