1

2
0

文字

分享

1
2
0

科學寶可夢 #018 比雕:鳥能飛2馬赫你敢信?

Rock Sun
・2016/09/14 ・2946字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 519 ・六年級

身為一名訓練師,你真的了解你的寶貝們嗎?寶可夢圖鑑讀熟了沒?

其實圖鑑告訴你的比想像中的還多喔!國外玩家建立了這個 Scientific Pokedex 網站,來跟大家分析這些寶可夢們是如何使用科學力來戰鬥的。

每個星期周末跟著 R 編一起來上一門訓練師的科學課吧!

pokedex
圖/Scientific Pokedex

超音速風暴來襲 #018 比雕

比起長了炮管的烏龜和能融化岩石的飛天恐龍,比雕看起來真的會像是現實世界會有的生物……嗎?

跟前兩者比起來,既然身為一隻鳥類,比雕理論上應該要有相當嚴格的身材限制,但這幾天打開手機一看差點昏倒。

R編手上有兩隻比雕,一隻寫著「體長:1.53 公尺,體重 41.41 公斤」,另一隻寫著「體長:1.54 公尺,體重 0.94 公斤」……,這體重也差太多了吧(註1)~好比一個兩個身高 180 公分的人去量體重,一個 80 公斤,另一位只有 1.8 公斤!?這已經不是營養不良可以形容了吧~儘管世界上最小的狗體重不超過 1 公斤,而最大的狗種則是超過 100 公斤(註2),但這兩隻比雕可是長的一樣高啊!

撇開同種的差異,比雕的官方體型:1.5 公尺、40 公斤就夠科學嗎?鶴鴕是體型最接近比雕的鳥類,但這些大火雞根本飛不起來。世界上最大的飛鳥是生活在南美安地斯山脈的安地斯禿鷹,這南美許多國家的國徽動物,平均身高可達 130 公分,體重可達 15 公斤。但是很明顯的,比雕更方面還是比牠大上許多(註3)。

世界上速度最快的鳥類,同時也是地球上移動最快速的動物,是遊隼。遊隼高空巡航的時候可以飛出時速 389 公里(0.32 馬赫),儘管這速度比絕大部分的直升機還快了,但比雕還是遊隼快了 6.3 倍,但人家可是 60 公分、1 公斤左右的輕量級體重,比牠還重 40 倍的比雕真的能飛出 2 馬赫嗎?還是說,牠能安心的飛出 2 馬赫嗎?

hawk
遊隼(圖/Scientific Pokedex)

寶可夢圖鑑中,一提到比雕的速度直接就是白紙黑字的「2 馬赫」(註4)。再搞清楚比雕能飛出 2 馬赫是多誇張之前,先討論一下「馬赫」是什麼?馬赫數是基於音速的速度單位,2 馬赫即代表他的是音速的兩倍,而且馬赫是相對值,因為聲音在水、固體和空氣中有不一樣的速度,絕大部分我們討論的馬赫數是指在空氣中的聲音速度(每秒 340.29 公尺),但在水中這個數字會變為每秒 1484 公尺,在鋼鐵中則是每秒 5120 公尺,所以在空氣中飛出 2 馬赫和在水中游出 2 馬赫是差很多的喔~

馬赫數有許多的分級,如小於 0.8 馬赫稱為亞音速、0.8~1.2 稱為跨音速、1.2~5 為超音速、5~10 為高超音速,一直到當太空船進入大氣層會達到的 25 馬赫(re-entry speed)等,物體要在不同的速度下會有不同的物理和影響需要考慮。對比雕而言,2 馬赫剛好落在超音速這區間,想要知道馬赫數的話可以使用公式

eq mach

M 為馬赫數
u 為局部之於邊界層的流速,簡單的說就是物體的速度。
c ‘為其所在物質的音速

比雕是在空氣中飛行的,儘管空氣中音速有溫度及氣體密度等變因需要考慮(註5),就先假設比雕是在海平面飛行。這時音速時速 1225 公里,2 馬赫的話就代表比雕能飛出時速 2450 公里,比超音速客機協和號客機還快(時速 2179 公里),經國號和 F-16 速度紀錄上都未達 2 馬赫(註6)。

British_Airways_Concorde_G-BOAC_03
協和式客機。你看,要飛2馬赫應該要長這樣。圖/ wikimedia commons

那如果比雕真的能飛出 2 馬赫,他會發生什麼事呢?馬赫數不只是個速度而已,它同時也能伴隨另一個產生的東西—衝擊波。當物體在空氣中運動時空氣會受到壓力,正常情況下是「音波」,一但物體超過音速,空氣無法跟上後面的持續變化,一段時間內的音波就會疊合在一起,產生衝擊波。除了對周遭造成破壞外,超音速移動的物體本身也難逃自己製造的衝擊波的破壞,因此超音速客機協和號的形狀才會如此與眾不同,就是為了躲避自己的衝擊波。

但是比雕的形狀有與眾不同嗎?由於網路上找不到比雕俯視圖,我們拿老鷹的俯視圖來驗證一下。當比雕飛出兩馬赫時,喙的尖端已經比旁邊的音波超出兩倍的距離,因此我們能繪出馬赫錐如圖:

pidgeot
翅膀掰掰。圖/becuo.com

嗚呼哀哉~如果比雕真的飛出了 2 馬赫,這 60゚ 角的以外的東西都將不付存在,比雕會變成像餐桌上的火雞一樣,墜落地面(註7)……

當筆者正在絕望的時候發現了一件事:比雕高速飛行時會將翅膀向後收!這實在太好了,這樣牠或許能過衝擊波的影響,但筆者又發現了一件更威猛的事

pidgeot 2
比雕,拜託你飛慢點,我覺得我的頭皮……(圖/Pokemon Wiki)

小智盡然曾坐在比雕身上飛行!幸好他剛剛好躲在馬赫角中,如果這時比雕真的飛出了 2 馬赫,我想小智的頭皮一定開始發涼(註8)。

所以先不管比雕是怎麼用這種火雞體型飛出 2 馬赫的,只能說在天時地利人和下,比雕和坐在他背上的小智都能逃過 2 馬赫衝擊波的傷害,這真是萬幸。但請寶可夢世界一定要立法限制比雕的航空權啊!要不然也要在比雕遷徙的時候考慮到周邊居民的安危,不然到時候災情可能如龍捲風過境一般啊~

編註:

  1. 當 R 編在自己的臉書上分享這則發現時,好友們紛紛跳出來分享各式各樣的減肥傳奇,如「7 公尺長,重 7 公斤的暴鯉龍」、「2 公尺高、重 3 公斤的椰蛋樹」、「163 公分、體重 19 公斤的豪力」,真的很好奇,難不成這些寶可夢是氣體分子組成的。
  2. 世界上最小的狗是一隻名為卜卜的吉娃娃,不到 20 公分長,重不到 1 公斤;最重的狗為一隻名為巨人喬治的大丹狗,高超過 110 公分,體重超過 100 公斤,這兩隻犬科生物於 2010 年受金氏世界紀錄邀約,於紐約中央公園見面,後者似乎不認為前者是一隻狗。
  3. 安地斯禿鷹又稱安地斯神鷹,不難理解,因為牠也是世界上最長壽的鳥類,可以活到 100 歲。另外一種可以和他的體型比拚的大型飛鳥是生活在南非的灰頸鷺鴇,在體重上可以達到更重的 18 公斤,但翼展和身高較低,但不管是哪一種都比不上比雕。
  4. 除了比雕之外,寶可夢世界還有另一隻可以飛出 2 馬赫的傢伙,就是大家朝思暮想的快龍,根據 Pokémon GO 內部的圖鑑敘述,快龍能在 16 小時內繞地球一圈,地球於赤道的周長為 40075 公里,經過計算,快龍時速為 2504.68 公里,只比比雕快了一點。
  5. 古典的音速公式為 c=331+0.6T (其中 為攝氏溫標),但隨著物理的發展,許多變因如介質密度及定壓比熱與定容比熱之比也被納入考慮。
  6. 協和號紀錄上速度也是 2 馬赫,但大家可以發現比雕明顯快了很多,因為協和號是以它的飛行高度(20700 公尺)時的環境音速為 1 馬赫,當高度越高、空氣密度越小、音速隨之變小,所以才會有這些差距。至於其他戰鬥機的速度可能因為機密關係,所以公布的資料有所低估。
  7. 假設比雕在 10000 公尺高空一個不小心張開翅膀,如果不計空氣阻力,被切成子彈形狀的身體會在 45 秒後墜落地面,差不多行進 30 公里,可以從台北飛到林口。
  8. 從動畫版的畫面來看,假設 10 歲的小智身高有 140 公分的話,他的比雕身高絕對有 170 公分,真是比雕界的巨無霸啊。

參考資料:

  1.  Scientific Pokedex
  2. Whatbird.com
  3. Pokemon wiki
  4. Wikipedia(Mach numberslargest bird list 鶴鴕灰頸鷺鴇協和式客機遊隼

數感宇宙探索課程,現正募資中!

文章難易度
所有討論 1
Rock Sun
62 篇文章 ・ 433 位粉絲
前泛科學的實習編輯,曾經就讀環境工程系,勉強說專長是啥大概是水汙染領域,但我現在會說沒有專長(笑)。也對太空科學和科普教育有很大的興趣,陰陽錯差下在泛科學越寫越多空想科學類的文章。多次在思考自己到底喜歡什麼,最後回到了原點:我喜歡科學,喜歡科學帶給人們的驚喜和歡樂。 "我們只想盡我們所能找出答案,勤奮、細心、且有條理,那就是科學精神。 不只有穿實驗室外袍的人能玩科學,只要是想用心了解這個世界的人,都能玩科學" - 流言終結者


1

0
0

文字

分享

1
0
0

控制進食時間與熱量,小鼠可以更長命?

台灣科技媒體中心_96
・2022/05/22 ・2156字 ・閱讀時間約 4 分鐘

目前越來越多動物實驗的研究結果顯示,「特定時段禁食」在延緩老化或延長壽命上的效果,不比「限制總熱量攝取」差,甚至效果更好。

圖/envato elements

控制吃飯時間,可以延長壽命?

美國德克薩斯大學西南醫學中心的小彼得.奧唐納腦研究所 (Peter O’donnell Jr. Brain Institute) 研究團隊,今(2022)年 5 月 5 日在國際期刊《科學》(Science)公開研究論文,使用小鼠為實驗對象,研究進食熱量與進食時間,與小鼠壽命之間的關係。

團隊先讓小鼠自由的取食飼料 6 週後,再分成 5 個不同組別,分別是:

  1. 只能在日間每隔 90 分鐘進食、
  2. 只能在晚間每隔 90 分鐘進食、
  3. 只能在日間開始兩小時內進食、
  4. 只能在晚間開始兩小時內進食、
  5. 全天內每隔 160 分鐘允許進食。

這 5 組小鼠被限制攝取的熱量相同,實驗過後,再和完全自由取食且沒有限制熱量攝取的小鼠比較。

研究結果顯示,與完全自由進食的小鼠相比,有限制進食時間的小鼠平均壽命較長,其中第 2.4 組(只能在晚間每隔 90 分鐘進食,以及只能在晚間開始兩小時內進食)延長壽命的效果最好,平均可延長 35% 壽命;而只能在日間進食的兩組小鼠,平均可延長20%壽命。

與完全自由進食的小鼠相比,有限制進食時間的小鼠平均壽命較長。示意圖/envato elements

研究也觀察到其它有趣結論:

  • 隨著年齡增長,五組小鼠的體重,都比自由進食的小鼠更輕,且在非主要活動的時間(白天)進食的小鼠,白天的活動變多了。
  • 在完全自由取食的小鼠肝臟中,原本與老化相關的基因表現隨年齡增長而改變,有些基因表現降低,有些增加,且基因表現的晝夜節律性也隨老化而降低。但在只能晚間進食的兩組小鼠身上,這些因老化而造成的改變較少。

作者根據研究結果指出,僅僅限制熱量攝取而不在特定時間禁食,可以延長小鼠的壽命,禁食可以對延長壽命效果有加分的作用,而不是主要造成效果的原因。

研究凸顯了「晝夜節律」的重要性

國立陽明交通大學生化暨分子生物研究所教授 許翺麟 表示,目前越來越多,動物實驗的研究結果顯示,「特定時段禁食」在延緩老化或延長壽命上的效果,不比「限制總熱量攝取」差,甚至效果更好。

特定時段禁食,有可能比限制總熱量更能延緩老化。圖/envato elements

過去研究飲食中,熱量限制對老化與壽命的影響時,常常無法分辨原因到底是因為「總卡路里攝取較少」還是「固定且有規律的長時間禁食」。最近幾年,科學家開始針對此一問題進行更深入的研究。

去年一項使用小鼠的研究顯示,限制飲食的熱量可延緩老化的效果,可能大部分來自於長時間且有規律的禁食[1]。此外,另一項在果蠅的研究中也指出,不但是要有規律的禁食,何時禁食也同樣重要。最有效延緩老化的方式,要與動物本身的生理時鐘配合,在本來就比較少進食的時候進行禁食[2]

  • 編註:小鼠是夜行性動物,上述文字中的「日間」指的是白天光線照射,對小鼠而言是休息和睡眠的時段,「晚間」沒有光照,才是小鼠活動和主要進食的時段。

這次的研究中更進一步證實,單純只是限制總熱量攝取,只能提供很少的延長壽命效果,反而熱量限制並配合生理時鐘進行間歇性禁食的效果最好。小鼠是夜行性動物,日間禁食對延長壽命的效果,遠比夜間禁食的效果更加顯著,至於每日禁食 12 小時或 22 小時則差異不大。此外本研究也顯示,調控生理時鐘的基因在調控老化上的重要性。

配合生理時鐘進食很重要。圖/envato elements

人類比照辦理也會有用嗎?

許翺麟教授 說明,本研究最大的限制來自於其僅用單一品系、單一性別的小鼠來進行研究。從過去其他研究已知,飲食限制對不同品系與不同性別的動物,效果不盡相同。因此本研究雖然頗具參考價值,但是能否推論到其他品系的小鼠,甚至其他物種與人類,仍有待未來更多研究來支持。

雖說人類遠比實驗動物複雜,會影響老化的因素也不僅止於飲食,然而維持平衡且有規律的飲食習慣,加上適當的限制進食時間,也許是一種相對可行,且有效促進健康老化的方式。也期待未來更多相關研究,能協助我們進一步釐清這些結果在人類中是否相同。

參考文獻


數感宇宙探索課程,現正募資中!

所有討論 1
台灣科技媒體中心_96
8 篇文章 ・ 15 位粉絲
台灣科技媒體中心希望架構一個具跨領域溝通性質的科學新聞平台,提供正確的科學新聞素材與科學新聞專題探討。