飛魚：海面滑翔的“飛烏”

飛烏：會飛的烏魚

飛魚在我國臺灣地區(qū)被稱為“飛烏”。在當(dāng)?shù)厝丝磥?，“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(xí)性也跟烏魚相似，每年春季都會準(zhǔn)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(jīng)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(qū)的蘭嶼島被稱為“飛魚的故鄉(xiāng)”。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(chǎn)業(yè)。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(huán)，將一年分成三個季節(jié)：飛魚漁撈的季節(jié)、飛魚漁撈結(jié)束的季節(jié)和飛魚將來臨的季節(jié)。

興義飛魚：已知最早的史前飛魚

飛魚最早出現(xiàn)在《山海經(jīng)·西山經(jīng)》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?？脊艑W(xué)家研究得知，最早的飛魚是“興義飛魚”?！芭d義飛魚”出現(xiàn)于距今2.42 億年的三疊紀(jì)中期，因其發(fā)現(xiàn)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(jié)構(gòu)與現(xiàn)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(xiàn)上葉小、下葉大的特征?？茖W(xué)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(xué)家發(fā)現(xiàn)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(yuǎn)，還增加了身體靈敏度，使其能更好地應(yīng)對突發(fā)事件。

現(xiàn)在，興義飛魚的化石就保存在貴州省地質(zhì)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(zhuǎn)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(jī)很接近，固定翼飛機(jī)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(dá)60 千米/ 小時。等調(diào)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(xiàn)“S”形擺動?；氐剿鏁r，它的尾巴會先入水，所以一些強(qiáng)壯的飛魚能實現(xiàn)連續(xù)多次跳躍和滑翔。

3. 滑翔的結(jié)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(fēng)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(xù)滑翔時間為43 秒，最遠(yuǎn)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(jīng)常會發(fā)現(xiàn)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(wǎng)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(zhì)飛行器

跨介質(zhì)飛行器能運行于水和空氣兩種介質(zhì)中，具有傳統(tǒng)飛行器和水下航行器無法實現(xiàn)的多種優(yōu)勢。然而由于空氣和水的密度相差很遠(yuǎn)，要設(shè)計出一款性能優(yōu)良的跨介質(zhì)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(xué)家試圖通過研究飛魚，找到跨介質(zhì)飛行器的設(shè)計靈感。

早在1988 年，美國賓州西徹斯特大學(xué)就開始研究飛魚。他們通過33 種199 只的飛魚樣本，系統(tǒng)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(guān)系，并模仿飛魚胸鰭和腹鰭的形狀、位置開展機(jī)翼設(shè)計。這項研究為后續(xù)的飛魚仿生學(xué)設(shè)計提供了理論和數(shù)據(jù)支撐。

2011 年，美國麻省理工學(xué)院研制出世界上第一款仿生飛魚的跨介質(zhì)飛行器。它的翼展達(dá)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(xué)航空航天學(xué)院設(shè)計出一種仿生飛魚的跨介質(zhì)飛行器。這種跨介質(zhì)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(tuán)隊通過流體力學(xué)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(xué)特性，驗證了該飛行器在氣動形態(tài)下依靠尾鰭擺動助跑起飛的可行性。

2023 年，同濟(jì)大學(xué)上海自主智能無人系統(tǒng)科學(xué)中心、全國重點實驗室和香港中文大學(xué)團(tuán)隊聯(lián)合研制出了一種新型跨介質(zhì)飛行器，即水空跨域巡航器原型機(jī)“同濟(jì)飛魚”?！巴瑵?jì)飛魚”采用更先進(jìn)的四旋翼構(gòu)型設(shè)計，重量為1630 克，可在空中懸停6 分鐘，在水下巡游約40 分鐘。

跨介質(zhì)飛行器綜合了飛機(jī)、水面艦和潛艇的優(yōu)點，越來越受到世界各國的重視。它不但可用于跨域探測、遙感及災(zāi)害救援等場景，未來還會在海洋安全和資源勘探等方面大顯身手。這一切都離不開小小飛魚做出的貢獻(xiàn)。

明星小檔案

飛魚

中文學(xué)名：飛魚

別名：文鰩、燕鰩、燕兒魚、飛烏

所屬科屬：飛魚科/ 須唇飛魚屬、燕鰩魚屬、飛魚屬、尖頦飛魚屬 、文鰩魚屬等

分布：熱帶及暖溫帶海域

種類：大約8 屬50 種

外貌：體形修長、稍側(cè)扁，嘴小眼大；

胸鰭又大又長，呈翼狀；

尾鰭為深叉形，下葉大于上葉；

體色一般背部較暗，腹側(cè)為銀白色，胸鰭的顏色因品種的不同而不同

體形：平均體長為17 厘米～ 30 厘米，最長可達(dá)45 厘米；體重一般不到900 克

壽命：大約5 年

性情：膽小、易受驚

特殊技能：在水面上滑翔

食物：浮游生物、小型甲殼類和小型魚類

天敵：金槍魚、海豚、鲯鰍、軍艦鳥等

食量：一般

生活方式：喜歡群集洄游

超級鏈接

現(xiàn)在的飛魚， 即我們今天在海洋中看到的能夠躍出海面飛行的一類魚，與興義飛魚之間并沒有直接的親緣關(guān)系， 而是屬于同一科的不同物種， 它們共享了某些進(jìn)化特征和適應(yīng)環(huán)境的能力?，F(xiàn)在的 飛魚分為四翼飛魚和雙翼飛魚。雙翼飛魚只有胸鰭大，四翼飛魚則胸鰭和腹鰭都大。