是它，是它，就是它！月光里的小飛俠

（莘莘深/譯）「嚴寒」預警一直沒有停下過，在聽了一整天的預警並研讀了各種照相器材說明書以弄清它們的最低工作溫度之後，我還是決定按原計劃進行拍攝。經過幾小時的雪中跋涉我到達了數英里外的森林湖，就著二月漸濃的暮色，我艱難地在林冠層中架好了閃光燈和高速攝像機。這個森林湖坐落於蒙大拿州的鮑勃·馬歇爾聯合荒原（Montana』s Bob Marshall Wilderness）的邊緣。這個湖畔是棲息此地的雌性北美飛鼠（Glaucomys sabrinus）的主要活動走廊，根據前幾晚的經驗，我預計我的夜行研究對象會在凌晨2點20到凌晨2點50之間渡湖。

夜涼如水，小飛俠開始活動啦

屆時，氣溫會低至零下34攝氏度左右，極有可能造成相機失靈。但我願意賭一把，因為我知道這將是一場震撼的夜空表演。在蒙大拿，二月標誌著北美飛鼠交配季節的開始。通常在這期間的晚上，每隻雌性鼯鼠都會在一個吵吵嚷嚷的雄性鼯鼠小分隊的護送下穿過森林。這些精力充沛的雄性鼯鼠和它們令人眼花繚亂的空中求偶追逐場面就是我力圖攝製的內容。

呀，被發現了。

滑翔，沒有你以為的那麼容易

直到不久前，鼯鼠都被認為是被動滑翔者。它們毛絨絨的翼膜從脖子覆蓋到前肢，並從前肢再覆蓋到後肢。人們認為它們只是利用這層可擴張的翼膜在樹冠空隙中進行加長版的跳躍，以及減輕著陸時的衝擊力。被動滑翔時，只能沿著線性路徑做下降運動，紙飛機便是如此，利用垂直距離換取水平距離。儘管這樣的滑翔是最輕易的運動方式，但它也是最不穩定的。因為姿態、兩翼對稱性或者重量分布的任何變化都有可能擾亂滑翔，造成不可控的墜落，就好比一架紙飛機突然某一側負重，或者一側的機翼突然變換了形狀一樣。

但是當科學家們開始在實驗室中對鼯鼠進行研究後，他們很快就發現這個物種的飛行與被動或恆定毫不相干。研究人員最終發現鼯鼠對空氣動力學的操控手段和飛行模式種類繁多，超過其他任意一種可以滑翔的動物。在單獨一段飛行中，一隻鼯鼠可能會分別使用多種飛行控制技巧，不同的鼯鼠還會使用不同的方法組合——令負責標記飛行模式的研究生和研究助理們感到絕望。諷刺的是，唯一一種沒有被觀察到的飛行方式就是被動滑翔。

隨著越來越多鼯鼠飛過風洞和封鎖的生物系走廊，人們清楚地認識到它們對基本空氣動力學約束的無視。比如，科學家會經常看到鼯鼠以一個超高「攻角」隨風飄去。攻角是機翼——這裡指翼膜——和迎面氣流方向的夾角。一般地，攻角到達15至20度，飛機就會失速。鼯鼠隨隨便便就會達到60度的攻角，即使是對最先進的噴氣式飛機來說，這個角度也遠高於令其失速墜機的數值。機翼前緣上下氣壓差造成的渦旋是飛機升力的主要來源，這些渦旋在攻角很大的時候會大幅下降，升力的缺失就導致了飛機失速。顯然，鼯鼠的「翼」是個例外。

另外一項挑戰了滑翔的基本空氣動力學的發現是鼯鼠可以負重飛行，卻不必妥協飛行高度和軌跡。通過實驗科學家們發現，產生6倍於自身體重的升力對於鼯鼠來說稀疏平常，有了這項絕技，它們可以在飛行過程中攜帶偷來的花生醬三明治，或者在更自然環境下，帶走巨大的松球。實際上，即使是懷孕後期鼯鼠的飛行能力也不會受到影響。

實驗研究還發現鼯鼠可以以驚人的高速飛行，它們在飛行過程中控制加速的能力令人費解。高速的好處很明顯：提高的速度可以增強機動性，這對於需要在夜晚穿越障礙重重的森林的動物來說至關重要。然而，已知的鼯鼠飛行速度要遠遠超過滑翔本身可以產生的速度。在鼯鼠小小的身體內部隱藏著一種神秘的機制，無需振翅或內燃機就可以產生超乎尋常的升力，媲美動力飛行。

雙飛鼠來也。

以上這些發現表明，讓鼯鼠去完成那些簡單的實驗室挑戰實在是大材小用。無論是從一根木頭跳到另一根木頭上，還是在實驗員的引導下從台階上滑行下來，都不足以讓它們施展自己的飛行才華。所以，我需要在野外從事我的研究。在這裡，飛行能力事關生死，至少事關交配的成功與否。這就是我在這個冰冷的二月中旬的夜晚來到蒙大拿西北部森林的原因。

森林湖畔，無與倫比的飛行表演

夜晚的湖畔，剛過凌晨兩點三十分，幾乎滿月，我觀賞了一場終生難忘的空中表演。開場是兩隻追逐的雄性鼯鼠，在我頭頂高聳的雲杉上部踏起的一片雪霧。一隻雄性沒有抓住樹枝，俯衝越過了湖面，第二隻鼯鼠迅速加速，緊隨其後。兩隻雄鼯鼠著陸後在湖對岸的樹冠高層繼續它們的爭吵，看起來它們滑翔了至少50米而沒有太多高度損失。

滑翔50米毫無壓力啊。

接下來很快地，我發現一隻雌性鼯鼠靜靜坐在我上方覆蓋著積雪的樹枝上。她在樹冠中層，面朝樹榦，檢視著一隻有可能是今天早些時候一隻紅松鼠留下的大松球。幾秒鐘之後，第三隻雄性從旁邊的樹上張開翼膜降落下來，在他幾乎垂直下降的最後階段，鬼使神差地方向一轉，剛剛好落在這隻雌性下方的樹榦上。過了不久，這隻雌鼯鼠蜷起身體，以40度角用力一跳，身體展開四肢伸直，縱身躍入高空。

看我這柔韌性。

在接下來大概一秒鐘的時間裡，她的翼膜保持完全收起，變得扁平的尾巴維持垂直，提供額外的升力。當她到達彈跳的最高點，閃光燈照亮了她的每個動作：她展開了翼膜，身體和尾巴上的銀色皮毛完全壓扁，她彷彿定格了幾個瞬間，隨後優雅地越過白雪覆蓋的湖面，消失在視線之中。在幾分鐘之內，我看到了偶然間冒起的雪霧，聽見了壓低的爭吵聲回蕩在結冰的湖面。接著，這群鼯鼠就這樣消失在黑夜之中，夜晚恢復一片寂靜。

翼尖和翼膜，人類工程師的終極夢想

在接下來的幾周，我會一幀一幀地分析我捕捉到的精彩表演，解讀鼯鼠們用以解決重大空氣動力學問題的優雅方法，有些實驗研究已有所揭示，而有些我們還不得而知。首要的未知問題在於鼯鼠對「翼尖」的廣泛運用，翼尖是手腕外側突出來的一根軟骨，類似一根很長的第六指。這個特徵在20年前首次由史密森尼學會的哺乳動物學家理查德·索靈頓（Richard Thorington）描述，他猜測這種翼尖與現代噴氣式飛機的小翼作用類似。自從NASA在20世紀70年代開始採用小翼以來，這些安裝在機翼末端的垂直金屬片引發了航空技術的革命。鼯鼠早在2000萬年前就進化出這種翼尖，並一直不斷完善對翼尖的運用。

對於鼯鼠和飛機來說，翼尖的作用都是轉移和留存沿兩翼前緣產生的大渦旋，並且藉此產生大量升力。但鼯鼠與飛機的一個關鍵區別在於，它可以獨立地動態控制左右翼尖，在飛行中根據需求摺疊或者伸直它們，以調整滑行的速度和軌道。這使得它們可以在半空中急轉彎以避過障礙或者進攻的貓頭鷹。

一代又一代的演化中，自然選擇打磨出了鼯鼠的空氣動力學性能。雖然空氣渦旋會在滑行過程中自然形成，鼯鼠又更進一步，它們可以積極地產生更多渦旋，同時利用一種天才的適應方法增大升力。人類工程師於1969年「山寨」了這種適應方法，設計出了世界上第一台超音速飛機。不同於多數的滑行哺乳動物，鼯鼠的脖子和手腕之間有一層額外的皮毛薄膜，這可以用來將氣流導入後面的主翼膜。這部分翼膜可以向下彎曲，引導氣流並在起飛時產生顯著的向前加速度和升力，可以在高速追逐時收縮，或在長距離滑行的時候展平與主翼膜融為一體。在單次飛行中，鼯鼠可以結合數種上世紀人類航空工程師頂尖發明的原始版本，從鴨式超音速飛機無縫切換到靈活的噴氣式飛機再到翼身融合飛機。

哇，抓到了一個好果子。

接下來就是鼯鼠的終極秘密武器，翼膜本身。在每隻鼯鼠的發育初期，它就像是一大塊後肢和前肢之間多出來的皮，這讓一窩的鼯鼠小寶寶看起來極其像一摞煎餅。隨著年輕鼯鼠的成長，在與超大翼膜匹配起來的過程中，各種肌肉和神經群會填充翼膜。這樣的結果是翼膜的分布式控制，一些肌肉受局部神經控制而另一些肌肉受遠處的中央神經控制。

這種分布式控制的重要性在於鼯鼠可以獨立調節左右翼膜各處的彎曲度和剛度。局部的拉伸感受器檢測到的氣流細微變化會發出神經信號，使得翼膜可以部分堅硬、部分柔軟。結合多種四肢運動，這種局部控制讓松鼠可以在空中追逐中主動調節翼膜的寬度、形狀和剛度——從長距離滑行中的一片完全展開的薄膜，到極速下降最後減速時的一個完全鼓起來的毛茸茸的降落傘。設計一塊可以隨局部氣壓和氣流的細微變化而即時調節剛度和配置的機翼還是人類航空工程師的夢想。

翼膜的肌肉還控制著翼膜邊緣一些特化的毛髮的方向。比如，翼膜前緣的超長硬毛髮通常在起飛和著陸時變化不同角度，產生微小的渦旋隨即會被捕獲在翼膜表面以提供升力。翼膜側面這樣的一組毛髮同樣可以在飛行過程中產生大量局部氣流——結合柔軟的翼膜表面——這些毛髮可以為滑行中翼膜邊緣的渦旋創造一個移動通路。

從我們的實地觀察可以很清楚地看出，飛行中的升力和加速變化與翼膜的鼓動變化，特別是翼膜表面的波動密切相關。難以置信的是，鼯鼠似乎可以把捕獲的渦旋主動地導向翼膜各處。人類工程領域最近似的存在是傾轉旋翼機，比如V- 22魚鷹，傾度可變的螺旋槳安裝在固定機翼上，這樣可以結合傳統飛機的速度和巡航能力以及直升機的升力和起飛靈活性。但這其中的關鍵區別在於鼯鼠可以根據氣流氣壓的細微變化即時調節「螺旋槳」的尺寸、數量和位置，這是航空工程師遙不可及的成就。

在自然面前，人類還是個孩子

漫長的田野考察結束後，我在大瀑布城國際機場等待回亞利桑那大學的飛機。候機時我參觀了那裡的飛機模型展覽，那是規模最大的私人收藏之一。大部分航空動力學設計都被包括了，既有人們熟悉的協和式三角翼和B2隱形轟炸機的翼身融合，也有不那麼為人熟知的可變後掠翼設計，這種技術可以在飛行過程中把戰鬥機變成遠程巡航機，此外我還看到了造型古怪有兩對翅膀的鴨翼飛機。

瀏覽飛機模型之際，我試圖想像如果換作是動物飛行設計的展覽會是什麼樣子。你也許會覺得這樣的展覽規模龐大，因為自然用了十億年的時間試驗了各種方法讓形形色色的動物——從昆蟲、青蛙、爬行動物到哺乳動物——飛了起來。然而事實並非如此。因為在演化的歷程中，一種代表性的動物飛行專家也許積攢了許多冗餘的應對措施來處理空氣動力學方面的問題，這些方案有的近乎完美，有的只能算半成品，但它們或多或少都在動物們的飛行中發揮著作用，同時還保證了進一步的適應能夠持續而不間斷地進行。最終結果就是，大自然的飛行方案兼具功能多樣性和出色的穩健性，這樣昂貴的組合在人類工程中尚未達成。鼯鼠就是最好的例子，那小小的、毛茸茸的一團所具備的空氣動力學特徵輕鬆囊括了多個擺在我面前的展品：重型運輸機，靈活的軍用戰機，傾轉旋翼機，傘翼機，以及很多我們尚未研發出的新技術。

（編輯：婉珺）

文中圖片全部由Alexander V. Badyaev拍攝。

題圖來源：http://www.biographic.com/posts/sto/moonlight-gliders