都說海豚聰明，可你知道它們到底聰明在哪兒麽？

出品：科普中國

製作：劉翠翠（中科院半導體研究所）

監製：中國科學院計算機網絡信息中心

動物們的智慧往往超出了我們人類的想象，比如大海裡的它們…

大家知道嗎，在水中進行觀察和測量時，尤其是在比地面要複雜的多的深海裡，很多探測手段似乎都沒有用武之地。比如光在水中的穿透能力很有限，即使在最清澈的海水中，人們也只能看到十幾米到幾十米內的物體；普通的電磁波在水中也衰減太快，而且波長越短，損失越大，即使用大功率的低頻電磁波，也只能傳播幾十米。

因為海水中富含電解質，具有很多陰陽離子。這是一種導電介質，所以會對電磁波產生屏蔽作用，電磁波的絕大部分能量很快地以渦流形式損耗掉了。而聲波是一種機械波，簡單來說，聲音在水中傳播時會壓動一部分水，被推動的水又將另一部分水推動，就這樣傳播下去。所以，聲波的傳播不會受電磁場影響，因此聲波是水下信息傳輸的有效載體。

聲呐的“原型”

科學家研究發現，也許海豚早在幾萬年之前就發現了：聲波在水中傳播時的損耗要比光等電磁波要小得多。所以，它們選擇利用高頻率的聲波來傳達信息，它們在水下遊動時，將呼入的空氣在氣道中來回推動，引起呼吸孔蓋口和瓣膜結構的高頻震動，在共鳴腔室的幫助下進行放大，產生高頻聲波。與人類不一樣，海豚不是用嘴來“說話”的，這些高頻聲波最終通過前額定向發出。當然，海豚接收信號的方式也與人類不同，它隻用耳朵接收低頻聲波，接收高頻聲波的部位就是前額了。基於這套複雜的“聲呐”系統，海豚就可以保證這些信息不會堙滅在浩瀚無際的大海啦。

直到19世紀中葉，科學家模仿海豚傳達信息的方式，發明了一種碳粒微音器（也就是早期的水聽器）用於水底探測。經過發展，成為現代海洋科學探測時的必備設備——聲呐（sonar）！

聲呐（sonar）這個單詞是由聲音 (sound)、導航 (navigation) 和測距 (ranging) 3個英文單詞的字頭構成的。這是一種利用水中聲波對水下目標進行探測、定位和通信的電子設備，在現代科學實驗或者其他水上工作中的使用非常普遍。

其實不僅是海豚，水中的“大塊頭”——鯨魚，也是最先“破解”聲呐原理的大咖。而且，據研究，鯨魚的“聲呐系統”至少有2800萬年歷史了呢。但是與海豚不同的是，鯨魚發出的是次聲波，並且發聲的方式也不同：不同種類的鯨魚發聲方式各不相同，對於“鯨魚如何發聲”這一問題科學家還在努力探索中。

聲呐的工作原理

那麽聲呐到底是怎樣工作的呢？其實現代聲呐技術按工作方式可分為主動聲呐和被動聲呐兩類，而聲呐系統一般是由發射機、換能器（水聽器）、接收機、顯示器和控制器等幾個部件組成（被動聲呐一般無發射器）。

1.主動聲呐

主動聲呐由發射機發出電信號，經由換能器將電信號轉變為聲信號並傳入水中。聲波是一種波，和光一樣，聲信號在水下遇到障礙物便會被反射。反射的聲信號被換能器接收後，再由其轉變為電信號並傳入接收機，待接收機處理後由顯示器和控制器顯示結果。從而得出目標的位置、性質等信息。主動聲呐主要在海洋測繪，海洋漁業或者海洋信息通訊等領域發揮了巨大的作用。

2.被動聲呐

而被動聲呐和主動聲呐最大的不同就是不主動發射聲波，而是被動接收水中目標產生的異塵餘生噪聲或水聲設備發射的信號。這種方式對不想被人發現的潛艇等的監測要更適合。在現代軍事領域，人們會利用被動聲呐監測敵艦，憑借被動聲呐單程傳播的優勢，可以保護自己不被敵艦發現。

深諳流體力學的海豚

你們有沒有發現，很多電影等視頻中會經常出現這樣的鏡頭——郵輪在前進，而海豚常常伴隨輪船左右，共同前行。這是為什麽呢？難道是它們寂寞了，把輪船當成朋友了嗎？其實不是的，海豚們是在用行動來踐行流體力學的原理。

1、身形

海豚雖然看起來胖嘟嘟很可愛，但人家可是實實在在的流線型的體型呢，而且身體外側還“塗有”一層滑溜溜的脂質做潤滑劑，這種奇妙的身體構造不僅可以有效減小渦流，還大大減小了與水的摩擦力。

2、游泳動作

模擬計算表明，海豚上下擺尾的幅度和頻率能使產生的尾渦（即尾部流場）最完整，所受阻力最小，推進效率最高。而且，海豚每吸一次氣，能潛水近30分鐘。這精妙的身型，科學的游泳動作，強大的肺，都證明海豚是天生的游泳健將。

3、隨船借力

但是，這只可愛的游泳健將有時候也會“偷懶”。人們經常發現海豚經常會在輪船旁邊，伴隨輪船一同前進。其實，伴船前行的海豚是在借力、搭便車呢。因為輪船在航行的過程中，船體周圍會形成一個壓力圈，因而在其周圍會產生許多壓力波和壓力流，此時沿著壓力波和壓力流的方向前行，可以大大地減少體力的消耗。所以，海豚在輪船旁邊跳來跳去，不是因為多喜歡你。其實是和你正巧順路，正在搭順風車呢。

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