自然科普:想跟龍媽一樣騎龍?也不是沒可能!
發布時間:2022-11-14
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《權力的遊戲》衍生劇《龍之家族》第一季結束了,雖然龍家情仇史隻來得及掀開區區一角,但下一季最精彩的王位爭(zheng) 奪、滅絕了幾乎所有龍的內(nei) 戰“血龍狂舞”已經呼之欲出。

在這部劇裏,除了殺來殺去的宮鬥戲,我們(men) 最喜聞樂(le) 見的還是裏麵的龍:不僅(jin) 長得帥氣,擁有逆轉戰局的力量,還忠心耿耿聽主人的話,畢竟如果沒有龍,《龍之家族》也就是低配甄嬛傳(chuan) 而已。

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“黑死神”貝勒裏恩|wikifandom

但仔細想想,在《權力的遊戲》故事發生的維斯特洛大陸並沒有魔法,龍勉強還算是在常識生物的範疇裏,這龍那麽(me) 大,還一身的腱子肉,真能飛起來嗎?本著求真務實的精神,我們(men) 今天就來算一算,理一理。

先說結論:想做龍騎士的朋友們(men) 可以歇歇了,無論從(cong) 航空動力學還是從(cong) 生物形態學的角度看,這龍都有點太胖了,不大可能飛起來。

不過如果能穿越到白堊紀,確實能找到一種類似的龍,隻不過騎上去可能非常難受。

能飛,但不是在地球上

英國倫(lun) 敦布魯內(nei) 爾大學(Brunel University London)的航空工程師蓋伊·格拉頓(Guy Gratton)根據龍媽和龍同框畫麵,估算了龍的體(ti) 型、飛行速度等信息。

假設龍媽身高1.6米,體(ti) 重60千克,再假設龍的密度與(yu) 人類基本相同,根據劇中畫麵人和龍的比例粗略估算,得出龍的體(ti) 重大約是2600千克

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然而龍媽的龍已經是迷你小龍,和“黑死神”相比就是豆芽菜|wikifandom

龍媽的龍到底多能飛?格拉頓算了算龍的升力係數。升力係數是一個(ge) 無量綱量,表達一個(ge) 飛行物體(ti) 獲得的升力和周圍流體(ti) 密度的關(guan) 係,升力係數越大,物體(ti) 飛行能力越優(you) 秀

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由標準升力方程推導出的升力係數計算公式。W為(wei) 飛行所需的升力(即龍受到的重力),ρ為(wei) 大氣密度,V為(wei) 真空速度(飛行物相對靜止空氣的運動速度),S為(wei) 翼展麵積。

假設維斯特洛大陸的環境條件(重力和空氣密度)與(yu) 地球相同,再通過觀察,發現龍的翼展大約是體(ti) 長的兩(liang) 倍,把兩(liang) 個(ge) 龍翼抽象成兩(liang) 個(ge) 8米x4米的長方形,得出龍翼麵積64平方米,把這些數據和龍飛的速度代入標準升力公式,計算得出龍的升力係數約為(wei) 36 [1]。

這個(ge) 結果就有點離譜了。有研究估計,鴿子滑翔時升力係數為(wei) 1.64 [2],一種帶翼傘(san) 的超輕型飛機的升力係數在2.2~2.7之間,這個(ge) 數值在飛行器當中已經相當優(you) 秀,但還不到龍的十分之一

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後麵長長的一根是尾巴(盡力了)|自己畫的

要想讓這樣的龍飛起來,如果不用魔法的話,就隻能假設維斯特洛大陸的空氣有問題

升力係數與(yu) 空氣密度成正比,格拉頓提出,如果維斯特洛的空氣密度大約是地球的10倍,那麽(me) 龍的升力係數就能下降到3.6,回歸相對正常。

他認為(wei) 影片中的場景也支持這種猜想:“幾乎每個(ge) 人都能把矛或者劍扔出老遠,令參加奧運會(hui) 的標槍運動員自慚形穢。鑒於(yu) 維斯特洛的重力似乎與(yu) 地球相近,這表明他們(men) 投出的武器獲得的升力比地球上要大得多,與(yu) 空氣密度更高的假設相一致。”

對人類來說,10倍空氣密度造成的大氣壓大約相當於(yu) 潛水員在100米水下的環境,習(xi) 慣習(xi) 慣就好,但這樣的大氣裏有什麽(me) 成分可不好說啊。

要不,試著給龍減減肥?

會(hui) 飛的動物通常會(hui) 演化出較輕的體(ti) 重,如果給龍減減肥,或許也能得到一個(ge) 相對合理的升力係數。實際上,有一種真實存在過的動物非常接近龍媽的坐騎,那就是風神翼龍

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風神翼龍藝術想象圖 | James Kuether / news.utexas.edu

風神翼龍是已知史上最大的能飛的生物,它們(men) 身高與(yu) 長頸鹿相當,光脖子就有1.4米長,其中最大的個(ge) 體(ti) 翼展可達12米。它在分類學上屬於(yu) 爬行類,和龍的親(qin) 緣關(guan) 係很近(如果龍算大蜥蜴的話),同時又演化出了和現生鳥類相似的疏鬆多孔的骨骼,好減輕體(ti) 重,讓飛行更加省力。

這樣的骨骼結構也給古生物學家出了道難題,有人形容,挖風神翼龍化石就好比從(cong) 石頭裏摳出一塊完整的薯片[3]。

一隻翼展10米的風神翼龍體(ti) 重約為(wei) 70~250kg,範圍波動大是因為(wei) 體(ti) 重取決(jue) 於(yu) 個(ge) 體(ti) 的營養(yang) 狀況、是否懷孕等因素,根據化石估算體(ti) 重很困難。如果取估算的上限,這個(ge) 數值僅(jin) 有維斯特洛的龍的體(ti) 重的十分之一,但仍然達到了現存最大的會(hui) 飛的鳥類——大鴇的十幾倍。

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大鴇是現存最大的能起飛的鳥類,成年雄性大鴇身高可達一米,翼展可達2.7米|BirdNote

這麽(me) 一個(ge) 大家夥(huo) ,要怎麽(me) 飛起來啊!

飛不動了,真飛不動了

從(cong) 生活方式上看,風神翼龍更接近鳥類中的鷺或者鸛,常常在水邊活動、覓食。關(guan) 於(yu) 它怎麽(me) 飛起來的,此前的理論有兩(liang) 種猜測,一個(ge) 是助跑起飛說,另一個(ge) 是站立起飛說。

風神翼龍的股骨和脛骨長度大約和一個(ge) 身高兩(liang) 米的人類相當,正常行走時步幅大約75厘米。結合奔跑速度等參數計算,助跑起飛在數學上是可能的。但是,這種起飛方式需要一個(ge) 開闊的環境,而在白堊紀,風神翼龍生活的大灣(Big Bend)地區以河流和叢(cong) 林生境為(wei) 主。

站立起飛說則主要受到了吸血蝠的啟發。吸血蝠起飛時主要依靠前肢的支撐,用類似俯臥撐的動作帶動身體(ti) 騰空起飛。後肢在這個(ge) 過程中幫不上什麽(me) 忙,因為(wei) 蝙蝠的膝蓋朝兩(liang) 側(ce) 打開,類似人深蹲時的姿態,無法提供向前的推力。

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吸血蝠奔跑|YouTube@Carl Zimmer

不過,去年12月發表的一項研究對站立起飛說進行了修正。研究團隊指出,風神翼龍和蝙蝠親(qin) 緣關(guan) 係相去甚遠,四肢構造也大不相同,很可能無法以同樣的動作起飛。

他們(men) 認為(wei) ,風神翼龍起飛時主要依靠後肢的力量,原地下蹲起跳,騰空約2.5米高,然後扇動翅膀飛行[4]。這樣的龍非要騎也不是不行,但大概怪難受的。

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彈射起飛,到底應該騎腦殼上還是背上啊?|tandfonline.com

而且,風神翼龍的飛行能力也有一些爭(zheng) 議。鳥類長距離飛行通常需要依靠滑翔,過去的觀點認為(wei) 風神翼龍可以像現代的猛禽一樣,乘著上升氣流飛行上萬(wan) 公裏。但最新研究認為(wei) ,風神翼龍即使有如此巨大的翅膀,它的身體(ti) 還是太重了,隻能飛行有限的距離 [5]。它更有可能像大鴇這樣的鳥類一樣,大部分時間在地麵生活。

大自然中的能量每一分都很珍貴。既然風神翼龍自己飛都如此艱難,還是別指望它帶上人類了。

參考文獻

[1]https://theconversation.com/could-dragons-on-westeros-fly-aeronautical-engineering-and-maths-say-they-could-60584
[2] Aldheeb M A, Asrar W, Sulaeman E, et al. A review on aerodynamics of non-flapping bird wings[J]. Journal of Aerospace Technology and Management, 2016, 8: 7-17. https://www.scielo.br/j/jatm/a/3WrcFMLN96KyHFDJjQpR85M/?lang=en
[3]https://www.smithsonianmag.com/smart-news/new-studies-unveil-details-about-the-largest-flying-creature-to-ever-live-180979193/
[4] Padian K, Cunningham J R, Langston Jr W, et al. Functional morphology of Quetzalcoatlus Lawson 1975 (Pterodactyloidea: Azhdarchoidea)[J]. Journal of Vertebrate Paleontology, 2021, 41(sup1): 218-251.



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