蝙蝠和雷达：人类发明的启示

2024-05-19 理论教育版权反馈

【摘要】：蝙蝠和雷达晴朗的夜空出现两个亮点，越来越近，才看清楚是一红一绿的两盏灯。原来人们从蝙蝠身上得到了启示，发明了雷达，飞机才能在夜里安全地飞行。科学家模仿蝙蝠探路的办法，给飞机装上了雷达。关于这事有两位美国生物学家格利芬和迦朗包在1940年已经证明，蝙蝠能够避免碰撞，是借一种天然雷达，不过是声波代替电磁波，在原理方面完全相仿。这就是有关雷达的初步设想。

蝙蝠和雷达

晴朗的夜空出现两个亮点，越来越近，才看清楚是一红一绿的两盏灯。接着传来了隆隆声，这是一架飞机在夜航。在漆黑的夜里，飞机怎么能安全飞行呢？原来人们从蝙蝠身上得到了启示，发明了雷达，飞机才能在夜里安全地飞行。

能在夜空灵活飞行的蝙蝠

蝙蝠在夜里飞行，还能捕捉飞蛾和蚊子；而且无论怎么飞，从来没见过它跟什么东西相撞，即使一根极细的电线，它也能灵巧地避开。难道它的眼睛特别敏锐，能在漆黑的夜里看清楚所有的东西吗？

为了弄清楚这个问题，100多年前，科学家做了一次试验。在一间屋子里横七竖八地拉了许多绳子，绳子上系着许多铃铛。他们把蝙蝠的眼睛蒙上，让它在屋子里飞。蝙蝠飞了几个钟头，铃铛一个也没响，那么多的绳子，它一根也没碰着。

科学家又做了2次试验。一次把蝙蝠的耳朵塞上，一次把蝙蝠的嘴封住，让它在屋子里飞。蝙蝠像没头苍蝇似的到处乱撞，挂在绳子上的铃铛响个不停。三次不同的试验证明，蝙蝠夜里飞行，靠的不是眼睛，它是用嘴和耳朵配合起来探路的。

科学家经过反复研究，终于揭开了蝙蝠能在夜里飞行的秘密。它一边飞，一边从嘴里发出一种声音。这种声音叫做超声波，人的耳朵是听不见的，蝙蝠的耳朵却能听见。超声波像波浪一样向前推进，遇到障碍物就反射回来，传到蝙蝠的耳朵里，蝙蝠立刻改变飞行的方向。(www.chuimin.cn)

科学家模仿蝙蝠探路的办法，给飞机装上了雷达。雷达通过天线发出无线电波，无线电波遇到障碍物就反射回来，显示在荧光屏上。驾驶员从雷达的荧光屏上，能够看清楚前方有没有障碍物，所以飞机在夜里飞行也十分安全。

雷达是一种神奇的电学器具，它由电磁波往返时间，测得阻波物的距离。假如你问雷达是谁发明的？在芬克的雷达机械中说，“雷达的发明，不能专归于某一位科学家，乃是许多无线电学工程师努力研究，加以调准而成。”在战时，美国麻省理工学院由500位科学家和工程师致力于雷达的研究。稀奇得很，在自然界中，你找得到神为某种动物所预备的雷达。在1947年1月号的英国奋勉杂志上，科学家B．Vesey－Fitzgerald发表了一篇很有趣的文本，给我们解释蝙蝠在黑暗中如何指导自己飞行，不论如何黑暗，如何狭窄的地方，绝不碰壁，这是什么原因？它怎样知道前面有无障碍呢？关于这事有两位美国生物学家格利芬和迦朗包在1940年已经证明，蝙蝠能够避免碰撞，是借一种天然雷达，不过是声波代替电磁波，在原理方面完全相仿。从蝙蝠口中发出一种频率极高的声波，超过人类听觉范围以外，两位科学家藉着一种特制的电力设备，在蝙蝠飞行时，将它所发的高频率声波记录出来。这种声波碰到墙上，必然折回，它的耳膜就能分辨障碍物的距离远近，而向适宜方向飞去。蝙蝠传输声波也像雷达一样，都是相距极短的时间而且极有规则，并且每只蝙蝠，有其固有的频率，这样蝙蝠可分清自己的声音，不至发生扰乱。因这缘故，蝙蝠飞行之时，常是张口，假如你将它口紧闭，它便失去指挥作用，假如堵上它的耳朵，便要撞到墙上，无法飞行。这个有趣的实验，道破了它的秘密。

其实，雷达的发明不仅和蝙蝠的启发有关，还和无线电通信有着密切的关系。1922年9月，美国海军实验员泰勒和扬格，在华盛顿附近的波特麦克河畔两岸无线电通信试验。在试验中他们发现，每当有船只从此地通过，耳机中就会出现异常的怪声，有时甚至导致通信中断。经分析，他们认为是行船阻碍了电磁波的传播。这就是有名的“波特麦克试验”。试验结果表明，无线电波遇到金属物体时，能够像光一样进行反射。泰勒和扬格由此受到启发，产生了用无线电波寻找障碍物，寻找敌机、敌船的念头。这就是有关雷达的初步设想。

1924年，英国剑桥的物理学家爱德华·阿普尔顿在进行无线电实验时发现了电离层。当时，他使用接收机接收从一个已知距离的地点发来的无线电波。然而，从收到的电波分析，其中一部分是直接到达接收机的；还有一些似乎经历了更长的路程。阿普尔顿反复做了试验，从大量数据资料中，他整理归纳出一条方程式，可以通过计算电波直线传播和绕道走的路程差值，很容易地求出反射点，即大气层中电离层的高度。阿普尔后来又采用美国人发明的脉冲发射系统，对地球上空电离层高度进行了验证。他的这些工作为雷达的出现奠定了基础。

用于军事的雷达

真正的雷达诞生于20世纪30年代，它首先被应用于军事目的。1934年，英国皇家物理研究所的沃森·瓦特博士，带领一批科学家对地球大气层进行无线电科学考察。一天，沃森·瓦特在观察荧光屏上的图象时，被一串亮点吸引住了。从其亮度分析，它不可能来自大气层，而像是被某个物体反射回来的无线电波信号。沃森·瓦特特由此想到“应用我们已经了解的电磁波来探测在空中飞行的飞机，这将是可能的”。沃森·瓦特博士及时开展了应用电磁波探测飞行物的研究。1935年夏，沃森·瓦特研制成功第一套实用雷达装置。

蝙蝠和雷达：人类发明的启示

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