世界上还有会飞的蜘蛛（没有翅膀蜘蛛是怎么飞行的）

当人们想到空中生物时，通常不会想到蜘蛛。然而，这些没有翅膀的节肢动物在4公里高空被发现，且散布数百公里。

早在17世纪，科学家就发现在一些新生的火山岛或者是远程航行的船只上发现蜘蛛的痕迹。

新生的火山岛，到处是温度较高的岩石，本生的蜘蛛应该是没有的，然而即使是新生的火山岛屿上科学家也可以发现蜘蛛的存在。

而远距离航行的船只脱离大陆，也是有蜘蛛大量繁衍。后来科学家通过观察研究终于发现：原来些种类的蜘蛛也是可以飞行的！

他们飞行的方式更是奇特，因为蜘蛛为了使得它能够飞的起来，蜘蛛身体会发生一种奇特的变化——“膨胀”，鼓得像气球一般，更为神奇的是之后，它们慢慢蜷缩道突起的顶部，放出丝绸，然后就这样“若无其事”地飘走了.....

飞行距离从几百米到数公里不等，飞行高度最高被发现在离地5公里的高空，且在没有食物的情况下，飞行25天甚至更长的时间，实在令人惊叹。

蜘蛛的飞行有时候不只是单体飞行，有时候成群结队的一起“乘气球”，其壮观程度你想像不到。

2015年的时候，在澳大利亚南部的高原地区，数以百万计的蜘蛛从天而降，用它们的网覆盖了乡村。当地的居民为此震惊不已。

佐治亚大学昆虫学名誉教授罗伯特·马修斯相信，这些奇特的“蜘蛛雨”是因为受到了某些刺激而爬到它们栖息地的最高点。

它们在那里织网，但很多都被气流带走，许多蜘蛛在此过程死亡或被捕食，只有一小部分存活了下来。但尚不清楚是什么刺激了蜘蛛的这种行为。那么蜘蛛是怎么飞行的呢？

加州大学的科学家夏贝尔·哈布奇和穆罕默德·卡韦德带领的研究团队假设，蜘蛛虽然没有翅膀，但却可以依靠自己吐出蛛丝的负电荷，以及地球大气中的正电势场形成的电场来飞行。

基于这一假设，研究团队正经进行了受力分析和数值模拟，实验结果于2022年3月4日发表在统计物理学、非线性物理领域的期刊Physical Review E上：

首先，科学家们建立了一个包括粘性力、蛛丝、蜘蛛的重量和尺寸、静电上升力、排斥力以及弹性弯曲力的三维数值模型，以探索蜘蛛蛛丝在气流中的膨胀和展开的动力学。

如图所示，一个吐出蛛丝的蜘蛛可以被简化为这样一个模型：

一个直径2毫米左右的实心球体，顶部有2、4或8条距离十分接近（100微米）的丝线，开始为垂直方向，每根线都附有电荷。

关于丝线上是如何带上静电荷的，研究人员认为，这可能是在蜘蛛制作蛛丝的过程中迅速加载电荷，或在制作完成之后，吐丝时与气流产生的摩擦。

为了研究流体结构与电场的相互作用，数值模拟涉及到三个部分：

通过离散弹性棒（DER）方法计算线的弹性变形，即弯曲、扭曲和拉伸等等阻力理论（RFT）方法计算蜘蛛和丝线上的流体动力学的粘性力由大气电位梯度和丝线电荷引起的静电力

具体而言，在数值模拟中，蜘蛛被建模为一个弹性棒网络。

其中一个节点x0代表蜘蛛身体，每条线有Nt个节点。对于一个有nt条线的蜘蛛，节点的总数是ntNt+1，两个连续节点之间的向量是边，每个线程由Nt条边组成：

边的拉伸、弯曲、旋转则采用这样一种框架来分析：

在模拟实验中，蜘蛛从地面静止，然后开始被电场“提起”。

带电的、最初的丝线会附着在蜘蛛身上，丝线之间的相互排斥会导致它们在一段时间内分开。随着蜘蛛向上加速，向下的阻力会增加，和蜘蛛本身的重力一起抵消向上的力。

最终，团队中的研究人员Charbel Habchi下了定论：

我们认为，至少小型蜘蛛在没有任何上升气流帮助的情况下，完全可以通过电场悬浮。而体型较大的蜘蛛则需要向上气流的推动。

相信真正搞清蜘蛛飞行的科学原理，应用在未来飞行器上面，那一定是非常神奇而有趣的事情。屏幕前的你觉得呢？