奇妙的大自然-第9部分

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考和实验，人们认识到了升空和控制是飞行的两大难题，而鸟类显然是这两者的大师。通过对鸟的观察，人们有了突破『性』的发现：鸟尾巴的重要『性』不亚于它的翅膀。于是人们造出了由螺旋桨推进的实用飞机。1936年，德国工程师海因里希·福克终于设计制造出具有实际生产价值的直升机。当然，它与现代人设计制造的直升机不论是稳定『性』、垂直起降的本领、半空停留的时间等不可同日而语。

第四十三章　系在尾巴上的地动仪——蟑螂与防震（）　
小问号

　　　　地震是一种自然『性』的破坏现象，它给人们带来了意想不到的灾难。当强烈地震发生时，往往会造成地面变形、山崩地裂、海啸等。2008年5月12日，我国的四川大地震就曾造成无数人无家可归。为了预报地震，早在东汉时期，我国学者张衡就创造了世界上第一台观测地震的仪器——“候风地动仪”。其实，在3亿年以前，被人们称为活化石的蟑螂，就已经有了自己的“地动仪”，而且人类一直在破解它那系在尾巴上的“地动仪”的奥秘……

　　　　蟑螂的种类很多，扁平的身体呈黑『色』或褐『色』，有光泽，喜欢在阴暗『潮』湿的环境里生活。它能分泌出一种恶臭，玷污食物，传染疾病，被人类列为“四害”之一。可是，它能在多灾多难的地球上繁衍不绝，自有一套顽强的生存本领，尤其是在防震上的能耐令人刮目相看。

　　　　那么，蟑螂是怎么预测地震的呢？原来，蟑螂的身上有一种天生的微型地动仪：尾部那一对奇特的触须。蟑螂的尾须上覆盖着2000根密密麻麻的丝状小『毛』，它的地动仪就是由这些许许多多的丝状小『毛』构成的。蟑螂尾须上小『毛』的根部构成一个高度灵敏的微型“感震器”，不但能感觉震动的强度，而且能感觉出压力来自何方。也就是说，蟑螂尾须上的每一根丝状小『毛』，和张衡地动仪上的每一个铜丸一样，对来自某一方向的振动最敏感。它的尾须的大小，只有地动仪的万分之一那么大，可是，它的相当于“铜丸”的丝状小『毛』，却有2000根，所以它辨别方向的精密程度要比地动仪高得多。在通常情况下，地震前总会有一些轻微的震动。这些震动人体器官是无法感觉到的，可是蟑螂尾须上的丝状小『毛』，却能在地震发生前4个小时捕捉到这种微妙的波动……

　　　　无容置疑，人类非常厌恶蟑螂，但是，它那台系在尾巴上的“地动仪”对科学家来说，还是极具诱『惑』力的。目前，科学家通过对蟑螂的研究，正在模仿蟑螂的尾须，研制一种新颖的地动仪，在预报的时间、准确『性』等方面希望有新的突破。这种地动仪一旦研制成功，对地震预报的准确率将会大大提高，人类因地震的损失也会大大减少，谈“震”『色』变的时代也许就能划上句号。

　　　　【小档案】

　　　　公元132年（阳嘉元年），张衡发明了世界上第一台测定地震及其方位的仪器，即地动仪，从此开始了人类使用仪器观测地震的历史。张衡地动仪的内部机械的具体构造早已失传，我国科学技术工作者凭借所掌握的现代科学知识和《后汉书·张衡传》的有关记载，推断出张衡制造的地动仪的机构原理：一部分是竖立在仪器樽形部位中央的一根很重的铜柱，铜柱底尖、上大，相当于表达惯『性』运动的摆，张衡叫它作“都柱”；另一部分是设在“都柱”周围和仪器主体相接联的八个方向的八组杠杆机械（即在都柱周围连接八根杆子，杆子按四面八方伸出，直接和八个龙头相衔接）。遇到地震时，仪体随即震动，只有“都柱”由于本身的惯『性』而和仪体发生相对的位移，失去平衡而倾斜，推开一组杠杆，使这组杠杆和仪体外部相联的龙嘴张开，吐出铜球，掉在下面的蟾蜍口中，通过铜球击落的声响、掉落的方向等来报告地震的大小和方向。

第四十四章　把冷暖时刻看在眼里——响尾蛇与响尾蛇导弹（）　
小问号

　　　　响尾蛇是生活在美洲、非洲等地的一种毒『性』剧烈的蛇。在那炎热的季节和地域里，许多动物为寻找水源而急不可待。响尾蛇就会摇动自己的尾巴发出“嘎啦嘎啦”像溪水流动的声响，引诱一些口渴的小动物误入陷阱，成为它的美餐。那么，在那伸手不见五指的漆黑夜晚，响尾蛇又是怎样发现并捕捉那些可怜而贪心的猎物？为什么有一种在现代战场大显神通的**也用它的名字来命名呢？

　　　　响尾蛇的尾巴长得非常奇特，在尾巴的尖端上长着一种角质链状环，围成一个空腔，角质膜又把空腔隔成两个环状空泡，仿佛是两个空气振『荡』器。只要响尾蛇摇动尾巴，空泡里的空气就会形成一股气流，一进一出，发出了“嘎啦”的声响。在漆黑如墨的夜晚，响尾蛇捕捉田鼠、小鸟、刺猬等几乎是百发百中，靠的不是那双眼睛，而是长在眼睛和鼻孔之间的一个叫“颊窝”的地方的“热眼”，一边一个，猛一看，还以为它长着4个鼻孔呢。有了这对“热眼”，响尾蛇可以把猎物的冷暖“看”在眼里、记在心里。

　　　　原来，田鼠、小鸟、刺猬等都会散发出一定的热量。有了热量，就会产生一种肉眼看不见的光线，即红外线。“热眼”就是通过感受红外线的辐『射』从而发现前方的热物体，并判断它的大小和距离。

　　　　人类研究响尾蛇的“热眼”起源于20世纪30年代。1937年，科学家对响尾蛇进行研究时发现，把它的眼睛蒙上，它照样能闪电般追击猎物。这说明，响尾蛇明亮的小眼睛与它追击猎物无关。1952年，科学家研究响尾蛇时再次发现，当热源或冷源接近响尾蛇时，它就受到刺激，神经脉冲发生激剧变化。即使放在30厘米以外的人手的热度也会激起它的反应。有的响尾蛇甚至能测出60米以外人的体温，这就是人为什么会遭遇响尾蛇突然袭击的原因所在。至此，人们发现了响尾蛇的“热眼”，并开始了相关的科学研究。20世纪70年代，生态学家勃鲁兹·明斯在美国的佛罗里达州的荒野上，追踪75条响尾蛇，逮住其中的28条，在它们的胃里装进了蜡封的小型传感器。带有这种仪器的响尾蛇既会响，又会发报，从而揭开了响尾蛇的食『性』、繁殖、冬眠和迁徙之谜。人们把这个实验称为“佛罗里达州实验”。也正是这个著名的实验，彻底揭开了响尾蛇的神秘而可怕的面纱。

　　　　科学家根据响尾蛇（其他的蛇类也是这样）的“热眼”工作原理，制造出了各种红外线探测仪器，把它安装在飞机和船舶上，驾驶员可以透过黑暗或云雾判明航向。侦察兵利用枪上的红外瞄准器，能检测到敌人身体发出的红外线，从而在黑暗中像白天一样“看”到并消灭他们。在人造卫星上装配红外线探测仪器，能够发现水下40米深处航行的潜艇，还可以观察到太阳光照『射』不到的行星表面的情形。

　　　　当然，最让响尾蛇出名的还是以它的名字命名的响尾蛇**。20世纪50年代初期，也就是人类发现响尾蛇的“热眼”不久，美国的海军武器研究中心就借鉴仿生学家的研究成果，研制出了一种空对空**的敏感器件，能够探测来自目标的红外辐『射』。**利用这种原理跟踪目标，与响尾蛇捕捉小动物原理相似。于是，该中心的研究人员把这种带有红外追踪装置的空对空**称为“响尾蛇**”。原来，飞机在飞行时，发动机尾部喷管排出的热气流会产生很强的红外线热辐『射』，飞机就成了一个很大的热辐『射』目标。这样，响尾蛇**就能紧紧地咬住飞机，直到将它击毁。

　　　　几十年来，“响尾蛇”**就像一条吞噬飞机的毒蛇。从第3次中东战争开始，几乎参加了所有的空战。现在，军事专家已经开发出10多种型号的“响尾蛇”**，形成了庞大的响尾蛇**“家族”。

　　　　【小档案】

　　　　世界是矛盾的。在武器的进攻和防御上，也是有“矛”必有“盾”。“响尾蛇”**虽然对飞机构成了严重威胁，但是它在寻找、跟踪目标时完全依赖弹头上的红外线探测器，而这种探测器又不能分别真假。于是，科学家便发明出红外“钓饵”来欺骗它。目前，这种“钓饵”有烟火型、燃烧型、复合型等。只要被“响尾蛇”**盯上的飞机投放“钓饵”，就能够将**引爆，让它扑空，从而使飞机脱离危险。

第四十五章　奇妙的回声定位术——蝙蝠与雷达（）　
小问号

　　　　蝙蝠是自然界中唯一会飞的哺『乳』动物。它的模样像鼠，但是同鼠不是一家。它善飞行，可又不是鸟。它是一种会飞的小兽。蝙蝠也有四肢，但是它的前后肢中间长着一层薄薄的翼膜，前肢的拇指上长有短爪，与薄膜是分开的，这种翼膜就是它飞行的翅膀，与鸟的翅膀有着本质区别。蝙蝠是胎生的，是吃母『奶』长大的，而鸟是卵生的。那么，蝙蝠与雷达有什么必然联系呢？

　　　　蝙蝠是一种昼伏夜出的动物，在古老的岩石洞里，在古寺的断墙残壁间，都能发现它的行踪。火热的夏季，当夜幕悄悄合拢之际，成群结队的蝙蝠就会从岩洞、林间，『乱』哄哄地飞出，忽上忽下，时左时右，一会儿急，一会儿缓……看上去，它们的飞行是那么无序，可是，即使漆黑如墨，蝙蝠仍然敏捷自如地捕捉夜间飞行的昆虫，绝不会碰得头破血流……那么，是蝙蝠的眼睛特别好吗？不，它的视力已经完全退化，像个瞎子。经过实验观察，我们发现要是把蝙蝠的眼睛蒙上，它还是能够在茂密的树林里穿越，不会碰伤一根毫『毛』；要是把它的耳朵蒙上，蝙蝠就会黔驴技穷到处『乱』撞，像一只没头苍蝇……

　　　　原来，蝙蝠在飞行时，在喉咙里产生了每秒钟振动2万次以上的超声波，通过口或鼻孔向外发『射』；超声波遇到食物或障碍物，立即形成反『射』的回波，蝙蝠那对宽大的耳朵便能够十分灵敏地接收这些回波信号。蝙蝠正是根据反『射』回来的信号来判定目标是食物还是障碍物的，以及物体的大小、距离等，从而确定是捕获，还是躲避。

　　　　科学家把蝙蝠的这种探测目标的方法叫“回声定位术”。1887年，德国科学家赫兹在证实电磁波的存在时，发现电磁波在传播的过程中遇到金属物会被反『射』回来，就如同蝙蝠的“回声定位术”一样。这实质上就是雷达的工作原理。遗憾的是，他没有继续深入地研究下去。后来，科学家经过不懈努力，受蝙蝠的“回声定位术”的启发，才发明了监测飞机的雷达。当然，雷达发『射』的不是声波，而是无线电波。雷达的发明，在军事上创造了许多战争奇迹，在抵御飞机的进攻上发挥了巨大作用。

　　　　【小档案】

　　　　1935年，英国著名的物理学家、国家物理研究所无线电研究室主任沃特森·瓦特在总结前人经验的基础上，发明了一种既能发『射』无线电波，又能接收反『射』波的装置，它能在很远的距离就探测到飞机的行动。这就是世界上第一台雷达。这台雷达能发出1。5厘米的微波，因为微波比中波、短波的方向『性』都要好，遇到障碍后反『射』回的能量大，所以探测空中飞行的飞机『性』能好。为了安全和方便，当时称这种雷达为ch系统。经过几次改进后，1938年，ch系统才正式安装在泰晤士河口附近；这个200千米长的雷达网，在第二次世界大战中给希特勒造成极大的威胁。随后，英国海军又将雷达安装在军舰上，这些雷达在海战中也发挥了重要作用。现在，雷达不仅运用在军事上，还可用来探测天气，查找地下20米深处的古墓、空洞、蚁『穴』等。

第四十六章　用耳朵看东西——蝙蝠与超声器具（）　
小问号

　　　　蝙蝠的种类很多。世界最大的蝙蝠是生活在印度尼西亚的果蝠，身长30多厘米，体重约900克，两翼张开时有的竟然能达到2米。世界上最小的蝙蝠是栖居在泰国的一种蝙蝠，人们发现这种蝙蝠只生活在两个小洞『穴』里，体长仅仅3厘米，两翼张开也不到6厘米，体重更是小得可怜，还不到2克重呢。不论是哪一种蝙蝠，它们的看家本领就是超声定位技术，都是用耳朵来“看”东西。想一想，它给人类的发明创造带来了什么重要的启发？

　　　　世界上有成千上万的盲人生活在黑暗中，出门时即使拿着拐杖也极不方便，他们很羡慕蝙蝠能在黑暗中自由地飞翔，而不会碰到任何障碍物。英国利兹大学的研究人员根据对蝙蝠超声定位系统的研究，发明了供盲人使用的“探路仪”。这种仪器外形像手电筒，由两个部分组成：一部分发『射』超声波，另一部分把周围物体反『射』回来的声音转变成容易辨别的信号。盲人“探路仪”能够帮助盲人在10米左右的距离里活动。借助这种仪器，盲人能够发现电线杆、台阶、人行道边缘、桥上的人等，不会发生危险。经过一段时间的训练，盲人还可以用它来分辨铺满砂砾的小路或草地以及前进中遇到的凹坑。难怪有人说，“探路仪”是盲人的“第三只手”。

　　　　科学家根据蝙蝠的超声定位系统还发明了超声眼镜。在眼镜的鼻梁架上装有超声波发『射』器，它在55度立体角内辐『射』出45到90千赫的超声波，被障碍物反『射』回来的超声信号，由上面两个成一定角度的传感器接收，再变成人的耳朵能够听得见的声音，从而帮助盲人辨别障碍物的方位。这种眼镜的电源和大部分电子线路装在一个小盒子里，外形不过有香烟盒那么大，非常灵巧。

　　　　嘿，蝙蝠的超声定位术，给盲人的生活带来了意想不到的方便！

　　　　【小档案】

　　　　科学家把波分为三种，即次声波、声波、超声波。次声波的频率为20赫以下；声波的频率为20赫～20千赫；超声波的频率则为20千赫以上。其中的次声波和超声波一般人耳是听不到的，而犬、海豚以及蝙蝠等动物的耳朵可以听到超声波。超声波频率高、波长短，传播的方向『性』好、穿透能力强，因此在军事医疗及工业中有较大的用途。它的应用按功率的大小可分为功率超声和检测超声。功率超声的应用包括焊接、钻孔、粉碎、清洗、『乳』化等，它们多属于只发『射』不接受的超声设备。检测超声在军事中的应用有雷达定位等。医用超声波可以看穿肌肉及软组织，使得这项技术常用来扫描之用。超声波亦可用于清洁用途，是目前清洗效果最佳的方式，一般认为这是利用了超声在『液』体中的“空化作用”。在深圳可以用数百元购买超声波清洗机。清洗机所产生的超声波的频率约为20～40千赫，可应用在珠宝、镜片或其他光学仪器、牙医用具、外科手术用具及工业零件的清洁。

第四十七章　长翅膀的渔翁——食鱼蝠与反潜机（）　
小问号

　　　　在第一次世界大战中，潜水艇被美誉为“海底蛟龙”横空出世，直至20年后才遇上克星“猎潜艇”。到了20世纪60年代，核潜艇又诞生了，而且这种潜水艇动力大、速度快、续潜时间长，并可以携带多枚水下发『射』的中、远程**，令敌手闻之胆寒，于是在大海里称雄一时。后来，反潜机的发明使它在水下活动不得不悄然收敛许多。那么，善于仿生的科学家是怎样发明反潜机的，又是模仿哪种生物来完成这一重要发明的？

　　　　核潜艇在水下高速行驶，简直是来无影去无踪，海面上的舰船根本无法跟踪。那么，高空飞行的飞机又怎么样才能发现几百米深的海水里藏有潜艇呢？科学家受食鱼蝠的启发，终于发明出反潜机才总算让这一问题的解决有了一些眉目。

　　　　蝙蝠的食『性』各不相同，一般来说，蝙蝠以捕捉小昆虫为生。在遥远的南美洲，还有一种特别奇怪的蝙蝠，常常在水面上飞翔，一旦发现水里有鱼，那粗壮的后肢和弯曲的尖爪，立即向水里伸出，把鱼抓起来边飞边吃。人们称这种蝙蝠为“食鱼蝠”。

　　　　原来，食鱼蝠在飞掠水面时，向水里发『射』出超声波，并能收听到回波，探测水中游动的鱼类活动情况。因为鱼体90％以上是水，几乎不反『射』水下的声波，但充满空气的鱼鳔对声波却是“不透明”的屏。超声从鱼鳔上反『射』回来，回声到达空中的蝙蝠时，声音的能量会损失掉99。9％；如果声音垂直『射』入水面，也只有0。12％能够反『射』回来。据测算，食鱼蝠遇到的回声，只是普通蝙蝠探测昆虫时得到的回声的1/4。尽管声波非常微弱，可是人们发现，食鱼蝠的耳朵还是一个共振器，能将极弱的回声信号增强。它的耳廓也能活动，以便在回声最强的方向上收集信号。于是，食鱼蝠凭借灵敏的耳朵，仍然能准确地判断水面下游鱼所处的位置，然后迅速出击，抓到活蹦『乱』跳的猎物。因此，当地人称这种食鱼蝠是长翅膀的“渔翁”。

　　　　食鱼蝠依靠声波捕鱼的特技，终于引起了军事科研人员的注意。武器专家受此启发，制造发明了一种功率很大的超声波发『射』机，把它安装在直升机上，并且配备非常精密、灵敏的回波接受装置，能把微弱的声波信号放大和增强，然后输入电子计算机进行分析计算。这种配备有机载雷达的飞机就是大名鼎鼎的反潜机，它能够边飞边探测水下目标，像食鱼蝠捕鱼那样，能够迅速、准确地搜索到水下快速行动的核潜艇，使骄横一时的核潜艇不得不有所收敛，威力也大大减少。

　　　　海域那么大，核潜艇藏身其中，不是反潜机一出现就万事大吉的，但是反潜机的发明还是让核潜艇的行动受到了极大的限制。从这一点上看，食鱼蝠的贡献还是让爱好和平的人们忘不了的。

　　　　【小档案】

　　　　在蝙蝠家族中，也有的蝙蝠爱吃植物果实，这种蝙蝠叫食果蝠。它生活在东南亚的热带丛林里，特别喜欢摘食一种类似荔枝的红『毛』丹果。食果蝠在热带丛林中飞来飞去，在觅食水果时，依靠的就是微弱的超声波。它的外耳特别大，而且内耳也很发达，能够灵敏地捕捉到反『射』回来的声波。所以，即使在茂密的丛林里快速飞行，也能巧妙地避开树林的枝枝叶叶，不会发生碰伤或撞死的意外。有时，食果蝠的口中会含着食物飞行，同样能发『射』出超声波，成功地避开突然出现在眼前的障碍物，化险为夷，这身绝技让鸟类或其他动物望尘莫及。

第四十八章　长在触角上的耳朵——蚊子与声学测向仪（）　
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　　　　提起蚊子，我们能说出许多相关的知识，如：世界上蚊子约有3150种，我国约有140种；它把卵产在水中，一二天后就能孵化成幼虫，四次蜕皮后化成蛹，在水中生活两三天就羽化成蚊子；完成一代的发育大约只要10～12天；雌蚊子叮咬人和动物，以吸血为生，雄蚊子依靠吸食花粉为生……可是，有多少人知道蚊子也曾给人类带来许多启示，催生了许多发明创造呢？

　　　　蚊子具有现代飞行器的各种优点。它的翅膀是一对玲珑剔透的双层薄膜，边缘中间有翅脉支撑。两只翅膀每秒能振动250～600次，它推动空气往返运动。它可以回旋、翻筋斗、侧飞、倒飞和侧转飞，还可以突然加速、减速、急刹车等，几乎是样样精通，无所不能。据科学家观察，蚊子竟然能在雨点间穿行而不湿翅膀。瞧，多厉害！这些飞行绝技是当今世界上任何先进的飞行器望尘莫及的。

　　　　不过，人类在研究蚊子的飞行技术中还是很有收获的。人们在研究发现，蚊子飞行产生的声波，实际是它的翅膀推动空气分子往返运动的结果，还发现雄蚊对自己发出的嗡嗡声“充耳不闻”，却发现长在触角的绒『毛』上的“耳朵”是专门聆听雌蚊子的声音，并能够判断对方所处的位置，而后立即张开翅膀赶去“约会”。原来，雄蚊子在触角上长着奇妙的“测向仪”。受此启发，科学家研制出一种被动式声学测向仪。这种测向仪体积小、造价低，可以定位雾角（在雾天警告船只的号角）信号，跟踪鱼群，或者帮助潜水员定向。

　　　　蚊子吸血有一套特殊的本领，令人既烦又怕，只要它闻到了人或动物的气息，即使在伸手不见五指的黑夜，也会立即扇动翅膀飞到人或动物的身上，准确地找到皮肤下的『毛』细血管，然后“钻孔打洞”，用尖尖的喙扎进肌肉，把鲜血吸进肚子里。

　　　　蚊子吸血“本领”令科学家大为震惊！经过多年的研究，发现蚊子的身上竟有着多种传感器，所以能轻而易举地吮吸人或动物的血。日本科学家受蚊子身上传感器的启发，研制出一种医疗用的微型机器，可以用来医治患心血管疾病的人。像心脏病人不必做手术，只要将它注入血管中，让它达到病灶，就能清除病人血管中的肿瘤、血栓等。1988年5月，美国科学家受蚊子吸血的启发，又发明了蚊式电机。这种电机只有一根头发那么粗，在一张普通的邮票上能放上10万个这种电机。它的耗电量极小，亿万只微型电机只相等于一个电动削刀的能量。

　　　　【小档案】

　　　　全世界蚊子的种类虽