Пауки используют электрические поля для полета, и, возможно, мы наконец-то знаем, как это делается

Не имея крыльев, многие виды пауков вместо этого приобрели удивительную способность подниматься в небо, используя лишь несколько коротких нитей сплетения, свисающих с их изящных задниц.

Как работает этот беспозвоночный ответ парапланеризму, до конца не ясно, хотя исторически биологи предполагали, что это связано с вихревыми потоками нагретого воздуха вблизи поверхности Земли.

Однако альтернативное предположение привлекает все больше внимания, поскольку накапливаются доказательства в пользу довольно стимпанковского механизма. Пауки, вместо того чтобы оседлать термальные потоки, могут подниматься в небо на приливах электричества.

Исследования, проведенные учеными из Бристольского университета в 2018 году, показали, что электрические поля, генерируемые погодными явлениями, могут в достаточной степени оторвать от земли одну электростатически заряженную нить паутины и ее арахнида-воздухоплавателя.

Теперь новое исследование, моделирующее математику электромагнитных взаимодействий на нескольких свисающих паутинных нитях, внесло новые важные детали в дискуссию.

Это не означает, что электрические заряды обязательно ответственны за явление, которое ученые называют воздухоплаванием, полностью или частично. Но это дает ответ на ряд вопросов, касающихся реальной физики.

Тот факт, что пауки могут добавлять небольшой заряд к своей паутине, чтобы поймать добычу (и, возможно, собрать загрязняющие вещества), уже некоторое время является предметом экспериментальных исследований.

К сожалению, измерить электростатическую активность короткого отрезка нити в лабораторных условиях гораздо сложнее.

Поэтому исследователи упростили задачу, используя простое моделирование, чтобы определить, как одна электростатически заряженная нить, сплетенная из паучьего брюшка, может взаимодействовать с собственным слабозаряженным полем атмосферы.

В реальности пауки, летающие на воздушных шарах, могут плести две, три или даже десятки тонких нитей, чтобы поднять их вверх, вверх и вверх. Вопрос о том, как каждая нить, покрытая отрицательно заряженным материалом, может взаимодействовать с другими нитями, остается открытым.

Чтобы изучить этот вопрос, физики Шарбель Хабчи из Университета Нотр-Дам-Луиз в Ливане и Мохаммад К. Джавед из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе объединили результаты предыдущих исследований с алгоритмом, который обычно используется в компьютерной графике для прорисовки волос.

Прикрепив от двух до восьми виртуальных волосков к сфере шириной 2 миллиметра, представляющей крошечный вид паука, они могли изменять ряд переменных, таких как распределение заряда, атмосферные электрические поля и сопротивление воздуха, и наблюдать за полетом.

Сначала все нити оставались более или менее вертикальными. Но по мере того, как моделирование разворачивалось, отрицательные заряды на нитях раздвигались, расширяя набор нитей в форму перевернутого конуса.

Это, в свою очередь, замедляло их подъем, заставляя их опускаться, а нити снова собираться вместе, делая напряжение между электростатическим отталкиванием и атмосферным сопротивлением важным фактором в определении количества нитей паучьего шара.

"Мы думаем, что, по крайней мере, для маленьких пауков электрическое поле без какой-либо помощи со стороны восходящих воздушных потоков может вызвать вздутие, - сказал Хабчи Рейчел Берковиц в журнале Physics.

Что касается более крупных пауков, то, возможно, для них необходим хороший толчок со стороны восходящего воздушного потока, а значит, конкурирующие гипотезы о полете пауков могут быть не такими уж взаимоисключающими.

Иметь обоснованную модель - это одно. Подкрепить ее экспериментально будет еще сложнее.

С другой стороны, если математика работает, это может стать основой для нового направления в технологии полета, вдохновленного пауками, для отправки наноразмерных беспилотников по воздушным потокам Земли или в далекие миры.

Это исследование было опубликовано в журнале Physical Review E.