飛魚：海面滑翔的“飛烏”

2024-12-29 00:00:00馬曉惠

百科探秘·海底世界 2024年11期

飛烏：會飛的烏魚

飛魚在我國臺灣地區被稱為“飛烏”。在當地人看來，“飛魚就是會飛的烏魚”，所以就簡稱“飛烏”了。

飛魚是典型的大洋洄游型魚類，不僅長得像烏魚，習性也跟烏魚相似，每年春季都會準時去臺灣島附近海域報到。飛魚的遷徙路線基本上與黑潮的流經路線重合，黑潮的主流沿臺灣島東部沿岸北上，支流則沿西岸流向臺灣海峽。沿著這條黑潮路線，更是形成了一條“飛魚文化帶”。

臺灣地區的蘭嶼島被稱為“飛魚的故鄉”。居住在蘭嶼島上的雅美人擁有悠久的海洋文化，以捕魚為主要產業。飛魚不僅是他們最重要的食物，更是影響了他們的歷法。他們以飛魚汛期的循環，將一年分成三個季節：飛魚漁撈的季節、飛魚漁撈結束的季節和飛魚將來臨的季節。

興義飛魚：已知最早的史前飛魚

飛魚最早出現在《山海經·西山經》中，被稱為“文鰩”。它的外形就像長翅膀的鯉魚，頭白嘴紅，身上布滿蒼色花紋，悠游于東海和西海，還會在夜晚飛行呢。考古學家研究得知，最早的飛魚是“興義飛魚”。“興義飛魚”出現于距今2.42 億年的三疊紀中期，因其發現地在貴州興義，故得名“興義飛魚”。

“興義飛魚”化石的魚體長度約為13 厘米，身體結構與現代四翼飛魚十分相近：1 對寬闊的胸鰭作為主翼，1 對相對較小的腹鰭作為輔翼，尾鰭也呈現上葉小、下葉大的特征。科學家推測這種史前飛魚的實際體長約為15 厘米，躍出水面后可在空中“飛”幾十米。

通過對興義飛魚等史前飛魚的研究，科學家發現了飛魚演化的先后順序，即頭部→尾鰭→胸鰭→鱗片。飛魚鱗片的退化不僅減輕了飛魚的體重，使其能“飛”得更遠，還增加了身體靈敏度，使其能更好地應對突發事件。

現在，興義飛魚的化石就保存在貴州省地質博物館。想要知道2 億多年前的飛魚長什么樣，就去那里找它吧。

噓，“飛行”的秘密！

1. 不是飛行是滑翔

有人說飛魚之所以能飛行，是因為它們擁有寬大的胸鰭。但是獅子魚同樣有又長又大的胸鰭，為什么就飛不起來呢？其實飛魚在空氣中無法自由地翻轉或改變方向，它的飛行并不是真正意義上的飛行，而是滑翔。它的滑翔原理跟固定翼飛機很接近，固定翼飛機必須通過快速滑行，才能獲得足以騰空的巨大升力，飛魚也必須通過快速游動，才能獲得足夠的升力。

2. 滑翔的過程

飛魚被旗魚、鲯鰍等天敵追趕時，會在水中收緊胸鰭以減少阻力，用特化的上短下長的尾鰭高速打水，游速可達60 千米/ 小時。等調整好角度，極快的游速足以讓飛魚打破海水的桎梏。躍出海面的那一刻，飛魚的胸鰭和腹鰭猛地張開，從空氣中獲得足以騰空的升力。與此同時，仍在水中擺動的尾鰭下葉還為其提供了額外的推力。借助巨大的升力，飛魚的身體得以騰空，并以大約16 千米/ 小時的速度在海面上方滑翔。滑翔中，飛魚仍會像在水中那樣擺動尾部，身體呈現“S”形擺動。回到水面時，它的尾巴會先入水，所以一些強壯的飛魚能實現連續多次跳躍和滑翔。

3. 滑翔的結果

飛魚的滑翔距離取決于跳出水面時的速度、角度、高度和風力等因素，一般為幾十米至上百米。目前已知的飛魚最長連續滑翔時間為43 秒，最遠滑翔距離為400 多米。飛魚除了被天敵追趕選擇滑翔，還會由于輪船的高速行駛被嚇到而躍出海面。其滑翔高度往往高于輪船的甲板，天亮后，水手經常會發現掉落在甲板上的飛魚，這也成了人類捕食飛魚的方式之一。

飛魚的滑翔也是一種兩難的選擇：如果飛魚不滑翔躍出海面，就會被天敵捕食；如果滑翔躍出海面，不僅會被海鳥抓到，還有人類的漁網在等著它們；甚至如果在滑翔中沒有掌控好方向，它們就會因撞到輪船或礁石而亡。所以，能夠活下來的飛魚可以說是幸運兒了！

小小飛魚與跨介質飛行器

跨介質飛行器能運行于水和空氣兩種介質中，具有傳統飛行器和水下航行器無法實現的多種優勢。然而由于空氣和水的密度相差很遠，要設計出一款性能優良的跨介質飛行器非常困難。自然界中的小小飛魚，卻能輕松自如地在空氣和水中切換。為此科學家試圖通過研究飛魚，找到跨介質飛行器的設計靈感。

早在1988 年，美國賓州西徹斯特大學就開始研究飛魚。他們通過33 種199 只的飛魚樣本，系統探究了飛魚的翼面積、翼展、翼載荷、長寬比與其體形大小之間的關系，并模仿飛魚胸鰭和腹鰭的形狀、位置開展機翼設計。這項研究為后續的飛魚仿生學設計提供了理論和數據支撐。

2011 年，美國麻省理工學院研制出世界上第一款仿生飛魚的跨介質飛行器。它的翼展達0.32 米，身長0.25 米，重量約為145 克。它既能夠在水中游動，又能跨越水面沖入空中滑翔。由于它的密度與水接近，在水中游動時幾乎可懸浮在水里。

2019 年，浙江大學航空航天學院設計出一種仿生飛魚的跨介質飛行器。這種跨介質飛行器長0.25 米，排水量為190 克，兼顧了飛行器的速度和潛航器的隱蔽性。研究團隊通過流體力學的方法，探究了其在水下潛行、水面滑翔和加速起飛整個過程的動力學特性，驗證了該飛行器在氣動形態下依靠尾鰭擺動助跑起飛的可行性。

2023 年，同濟大學上海自主智能無人系統科學中心、全國重點實驗室和香港中文大學團隊聯合研制出了一種新型跨介質飛行器，即水空跨域巡航器原型機“同濟飛魚”。“同濟飛魚”采用更先進的四旋翼構型設計，重量為1630 克，可在空中懸停6 分鐘，在水下巡游約40 分鐘。