为何猫头鹰是寂静之王 - 华尔街日报

物理学家海伦·切斯基探索常见现象背后的复杂科学。阅读更多专栏请点击此处。

大灰鸮滑翔穿过森林，停落在我的手腕上，利落地收起翅膀，用眼睛打量着我索要食物。这是我与沃尔特的初次相遇——一只在人工饲养环境下孵化、现居英国猛禽保护信托基金会的猫头鹰。它的专业驯养员递来一片生鸡肉，它迅速吞食的同时，我仍震惊于能与如此大型鸟类近距离接触。

沃尔特从头顶到尾羽末端的长度约28英寸（71厘米），面部宽度约6英寸（15厘米）。当它突然扭头看向我身后，急切寻找下一只可能藏着鸡肉奖励的手套时，我突然意识到它的轻盈——尽管体型庞大，沃尔特体重仅略超2磅（0.9公斤）。它无声起飞时，我闪避着它展开的翅膀，竟未听到丝毫声响。

这是基于物理学的进化策略：猫头鹰成为自然界最隐秘的猎手，是因为它们凶猛的利爪和尖喙被包裹在能消除所有声音的蓬松羽毛中。

对多数鸟类而言，飞行产生的声音只是副产品。它们拍打翅膀时会制造空气湍流——混乱的涡流从鸟身周围剥离，形成作为声音传播的压力波。但猫头鹰多在寂静黑暗中捕猎，依靠侦测最细微的吱吱声和窸窣声定位田鼠等猎物，任何可能惊动猎物的飞行噪音都将是灾难。因此它们的羽毛结构经过进化优化，能完美控制声音。

沃尔特的面部可能看起来很大，但其实际头骨宽度仅略超2英寸。构成它"脸庞"的蓬松羽毛领饰，其实是一个卫星天线状的碗形结构，能将更多声音导入耳部，赋予它极其敏锐的听觉。身体部分仅占整体体积的八分之一左右，翼展却超过4英尺——这对巨翼提供强大升力，使其能以相对缓慢的速度（约25英里/时）保持滑翔。这种设计有效减少了空气扰动，从而降低周围的气流湍流。

但最精妙的适应特征在于羽毛本身。沃尔特翅膀前缘分布着梳齿状的微小锯齿结构，这些向前上方突起的羽齿能平滑气流初始接触翼面时的流动。而在气流离开翼面的后缘处，羽毛呈现细微的蓬松状，这同样起到稳定气流和抑制可能产生声波的压强波动的作用。

羽毛表层结构更是独具匠心。多数鸟类（如鸭子、金丝雀、天鹅等）的羽毛会紧密交叠形成光滑平面，它们需频繁整理羽衣保持外层状态。但沃尔特全身覆盖着绒羽，外层羽毛形成由毛发状延伸构成的丝绒质感表面（虽然我未实际触摸验证）。这层多孔结构含有95%空气，能进一步缓冲湍流，防止压力波动传递至内层实体。

所有这些适应性特征消除了鸟类拍翅滑翔时通常产生的声响，特别是啮齿类动物最敏感的高频声波。因此沃尔特与多数猫头鹰一样，实则是隐藏在巨型透气斗篷中的微型凶猛掠食者——这件声学隐身衣使其行动时寂若深渊。

人类工程师非常希望将这一特性复制到我们的飞机和风力涡轮机上，目前有大量研究致力于模仿猫头鹰的技巧。但就目前而言，猫头鹰仍是静音之王，这证明更柔和的工程方法为飞行技术的未来提供了许多可能性。

本文发表于2023年7月15日印刷版，标题为《为何猫头鹰是静音之王》。