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第18章 眼睛的“特异功能”——昆虫与偏振光导航

小问号

飞机诞生不久就能依靠磁罗盘来导航了。可是,有一次一架小型飞机进入北极圈上空后,驾驶员发现磁罗盘失灵了。惊恐万分之下,飞机只好迫降在茫茫的冰原之上。原来,地磁场的两极就在地球的两极附近,飞机只要进入两极地区,磁罗盘的指针就会被磁极牢牢地吸引向下,失去了往日精确指示方向的作用。那么,在高纬度的两极区域怎样才能找到正确的方向呢?

飞机在高纬度迷失方向的问题曾经长期困扰着科学家。后来,仿生学家在长期的研究中发现,昆虫的眼睛里有我们人类看不见的“秘密”。原来,自然界中有许多昆虫,如:蚂蚁、蜜蜂、甲虫、水蚤等能看到太阳的偏振光,并利用它来导航。

所谓太阳偏振光,是指在某个方向上振动,或某个方向的振动占有优势的光。天空中任何一点偏振光的偏振方向,都同太阳、观察者和那一点组成的平面相垂直。可惜,人类的眼睛不仅看不到偏振光,而且根本觉察不到偏振光。

不过,许多昆虫的眼睛有这种“特异功能”。蜜蜂的眼睛里就长着“天然的偏振光罗盘”。蜜蜂有5只眼:长在头甲上的3只眼,叫单眼。单眼能感受光线的强或弱,是照明强度的感受器。蜜蜂早晨什么时间飞出去,晚上什么时间归巢,是由单眼决定的。而长在头两侧的两只大眼,叫复眼,每只复眼由6300只小眼组成。复眼中的每个小眼是由8个作辐射状排列的感光细胞组成的。蜜蜂就是利用这些小眼感受太阳偏振光的,由此来确定太阳方位。所以,蜜蜂即使在阴云密布的日子,也能“看”到偏振光,并准确无误地飞行在蜂巢和采蜜地点之间。

生活在沙漠的蚂蚁也是利用偏振光定向的能手。为了寻找食物,沙漠蚂蚁在没有任何标志物的沙漠上奔波忙碌,即使云缠雾绕的日子,也能找到回家的路,这种奇特的本领让人类羡慕不已,而依靠的就是偏振光导航——能准确地判定出太阳的位置。

科学家从蜜蜂、蚂蚁等昆虫的偏光定向技术中得到启发,设计了用于航海和航空的偏振光罗盘。依靠这种新型罗盘的导航,在南极或北极附近的高纬度区域,轮船和飞机照“航”不误。即使是在乌云蔽日或太阳处于地平线以下之时,也不至于迷失方向,再也不用担心磁罗盘失灵了。

“小档案”

早在2000多年前的战国时期,中国人就发现了磁石能指示南北的特性,并根据这种特性制成了指示方向的仪器——司南。到了宋代,人们已经了解地磁场的原理,并利用磁力作用把铁片进行人工磁化,或将磁石磨成针锋状,做成磁针,因受地磁场的作用,针的一头大体上指向南方,利用这一性能,可以辨别方向,常用于航海、旅行和行军中。后来,宋朝人又把经过人工磁化的指南针和方位盘结合起来,制成了“罗盘”。宋朝时,对外贸易往来已经非常频繁,很多阿拉伯商人和水手来到中国的广州、泉州等地,他们从中国商船获得了有关指南针和罗盘的知识,并随中国的船舶南行到印度半岛,亲眼目睹了中国水手使用指南针和罗盘的实情。到了13世纪,指南针(包括罗盘)由阿拉伯人作为中介,传到了欧洲及世界各地,成为中国人民对世界文明的一大贡献。

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