儿童节猜谜:小飞象耳朵多大能飞
发布时间:2017-06-01
出品:科普中国
制作:银河路16号团队
监制:中国科学院计算机网络信息中心

    

      很多年前,当小伙伴们在操场拍着双臂模仿猛禽时,我们这些被长辈夸奖“天生福相”的大耳朵,曾经心头一荡,想象过刘备迎风招展的情景,颇得八戒神韵,此念遂罢。直到后来,我们看到了又萌又帅的《小飞象》。 

    

  (大耳朵们:左:双耳垂肩的刘备;中:上海版《西游记》连环画;右:《大圣归来》电影) 

    

      在这部每个儿童节都该重映的电影中,小飞象呆宝(dumbo)克服掉耳朵太大引起的歧视和自卑,最终在马戏团展耳飞行,跻身好莱坞明星,连二战都不怕,帮迪斯尼在1941年打了个票房翻身仗。 

      而热爱科学的小朋友们也许会好奇:小飞象的耳朵究竟有多大,我们的耳朵又要长多大,才能真的飞呢? 

      脑洞问题往往只有简化答案,因为很多复杂条件和必要数据都不具备,不过这也不妨碍由此了解一些简单的动物学和空气动力学知识。 

    

  小飞象是哪种象? 

      要飞,先要考虑体重和形态,因此要确定象的种类。 

      我们知道,大象现在只剩亚洲象、非洲草原象(又称非洲丛林象)、非洲森林象三个种。非洲象更沉,个头大,耳朵大,亚洲象更轻,个头小,耳朵小。 

  (更多区别还包括:非洲象雌雄都长牙,亚洲象只某些雄象长牙) 

    

      而另一方面,亚洲象更容易驯化,尤其常用于马戏表演。电影中的其它象,包括小飞象的妈妈,显然都是耳朵小、脾气好的亚洲象。 

    

   

  (电影中小飞象的妈妈和其它象,鼻子上侧突出,成年不长牙,也说明是亚洲象) 

    

      这就引出了一个迷:小飞象的爸爸是谁? 

      电影中,小飞象是由西方传说里的送子白鹳衔到妈妈面前的,爸爸从未出现。据说在计划过的续集中,小飞象本来要率领一群河马鸵鸟什么的去大城市找爸爸。可惜续集被取消了,不然我们没准会发现,小飞象亚洲妈妈与一头天生福相的非洲雄象有过一段不了情。 

      在绯闻被卓伟拍到之前,我们姑且还是把它当作亚洲象的一个基因奇迹吧。 

    

  小飞象的空气动力学指标 

      很多人靠动物常识和电影画面估测过小飞象的身体数据,可最靠谱的数据当然来自迪斯尼的档案室,被生理学家写信讨要来了。 

    

   

  (迪斯尼档案室中小飞象的草稿图) 

    

      再加上一些代谢率的计算,小飞象官方体检结果是: 

   

  (表格译自Phillips & Heath 2001 "Heat Loss in Dumbo: A Theoretical Approach" 

    

  亚洲象出生时平均90千克重,0.9米高,三个月大的小飞象的确是“世界上个子最小、耳朵最大的象”。 

      下面,我们可以计算一些与飞行有关的指标了。 

      衡量飞行性能的指标异常复杂(比如翅膀造型),但极重要的一项叫作“翼载荷(wing loading”,是飞行体质量与翅膀面积的比值。简化地说,翼载荷越高,也就是体重越大,翅膀越小时,起飞就越难,就需要更快的速度。 

      现在,已知小飞象单耳面积,把它的双耳面积当作翅膀面积,除上体重,小飞象的翼载荷约为每平方米120千克 

      什么概念呢?鸟的翼载荷一般为每平方米120千克,超过25的胖鸟只配在地面扑棱。话说回来,波音747的翼载荷为每平方米730千克,它为什么也能起飞? 

      它快嘛。 

    

  小飞象的起飞和滑翔 

      太胖了,翅膀不够用时,腿脚就得麻利些。 

      小飞象的翼载荷接近著名的道格拉斯DC3。这种飞机的起飞速度是每小时322千米,而亚洲象呢?最快移动纪录是每小时24千米,虽然不算慢,还是像小碎步一阵儿紧倒,不太像奔跑,更何况,它们根本无法四足离地地跳起来…… 

      别着急允悲!记得吗?电影中,其实从未出现小飞象靠自主动力起飞的画面。导演组想必也科学论证了一下:这么胖,还是跳楼去吧! 

      所以,它的两次起飞,一次靠坠崖,一次靠跳楼。然后呢,就是展开耳朵,御风飘飞,大趋势是下降,扑扇几下,基本属于耍帅,没着陆好,就会引起动物保护主义者抗议。 

    

   

  (左:扑扇耳朵能否起飞的证据淹没在烟尘中;右:楼有多高,有兴趣的同学可以算算) 

    

      动物飞行分三种:自主动力的以扑翼为主,比如常见的麻雀;巧借外力的以翱翔为主,比如靠海风悬空的信天翁,还有某些把自己当风筝放的蜘蛛;无动力的以滑翔为主,除了从高处下飘的鼯鼠、飞鱼,大概得算上小飞象了。 

      不幸的是,即便主要靠滑翔和偶尔靠扑翼,小飞象的耳朵还是不够大。有人估算过: 

      如果把它当作一头等体重的风神翼龙Quetzalcoatlus),两耳展开得达到11 

      如果把它当作一架airborne fun 220型的悬挂式滑翔机,两耳展开得达到30 

    

   

  (小飞象长大后会比风神翼龙更暗黑……) 

    

      想一想,小飞象现在250千克,可还会长大,变成一头平均2.7吨重的成年亚洲象,要维持演艺事业,它的耳朵…… 

      想来会退出马戏团,加入奥特曼剧组吧? 

    

  耳朵逆天大的烦恼 

      我们知道,大象体积大,细胞代谢产生的热量也大,又生活在热带,如果不能有效地把体热疏导出去,简直像一个大火球。所以,它们耳朵的重要功能之一,就是散热:热血在又扁又大的耳朵内的小血管中流一遍,不复中二,风来了再扇扇,大胖子就降了温。非洲象的耳朵比亚洲象大,自然也有那里天更热的缘故。 

    

   

  (象耳中的软骨和血管) 

    

      飞,更是超级燃!小飞象飞行时的代谢水平是静止时的10,热到爆,幸亏它的耳朵大,像蝙蝠那样,把翅膀当空调用。 

      然而,如果不飞,散热过多,它就要着凉了,需要戴上大型暖耳套或者雷锋帽。 

    

   

  (天啦噜!) 

    

      更糟糕的,是它长大以后,耳朵大得那么恐怖,空调就成了冰窖。为了弥补过多的散热,它会变成一头穷凶极恶的吃货,四处饕餮。 

      科幻地讲,假设这个性状遗传下去,巨耳象代代繁衍,也许它们会吃坏生态平衡,在所有草原象森林象都改叫沙漠象之前,把自己饿死,又或者重新进化出猛犸象那样的毛大衣来,免得把自己冷死。 

    

  谢天谢地,大象不会飞 

      有人半开玩笑地估算过:一个70千克的成年人要长出至少6.7米长的翅膀才能飞,而巨翅又增加了体重,人为了有力量扇动巨翅,还要长出更重的肌肉,如此死循环下去,力量的增长永远赶不上体重的增长。所以,大耳朵的小朋友们,你们或许真能飞黄腾达,但真不能靠耳朵。 

    

   

  (人类要长成这副鸟样才能飞) 

      最后请张打油译一首贺卡英文诗,祝大家儿童节快乐! 

  一坨雀翔落蛾眉? 

  我不骂街不泪垂。 

  感恩上帝多宠惠: 

  幸好大象不会飞! 

  I saw a sparrow in the sky. 

  It dropped some white stuff in my eye. 

  I didn't curse, i didn't cry. 

  I just thanked god, 

  that elephants didn't fly. 

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