沒有雷暴，勝似雷暴。
天上飛的昆蟲是帶電的。
比如，當(dāng)一只蜜蜂在空氣中飛過，它的身體會(huì)和周圍的分子或顆粒不斷地發(fā)生摩擦。在這個(gè)過程中，蜜蜂身上的電子很容易剝落。電子帶負(fù)電，失去一些電子的蜜蜂就帶有微弱的正電荷。
這正是我們熟悉的靜電。假如你還記得中學(xué)課本里講過，用絲綢摩擦過的玻璃棒帶正電，用毛皮摩擦過的橡膠棒帶負(fù)電，都是電子從一個(gè)表面轉(zhuǎn)移到另一個(gè)表面的結(jié)果。
除了飛行之外，昆蟲還有其他獲得靜電的方式：可在凹凸不平的表面上行走，也可與另一只昆蟲互相摩擦等等。科學(xué)家對此并不陌生，但一只昆蟲攜帶的電荷量通常很小很小，多以皮庫倫（10^-12 庫倫）或納庫倫（10^-9 庫倫）為單位，不免給人一種“難成氣候”的印象。
不過最近，來自英國布里斯托大學(xué)的研究者發(fā)現(xiàn)，曾經(jīng)的那種印象似乎有些刻板了。研究顯示，一群蜜蜂攜帶的電荷密度，甚至可以超過一場雷暴之中的風(fēng)暴云?；蛟S，它們真有改變天氣的能力？
超越風(fēng)暴云，得有多強(qiáng)的電場？
大約一個(gè)世紀(jì)以前，科學(xué)家就已經(jīng)知道，不僅鳥類羽毛和哺乳動(dòng)物的毛發(fā)能儲(chǔ)存靜電，昆蟲也很擅長通過摩擦來積累電荷。
昆蟲外表皮的蠟質(zhì)層，會(huì)在體內(nèi)和體外之間形成很大的電阻。當(dāng)昆蟲的身體與其他表面摩擦產(chǎn)生靜電時(shí)，高電阻可以有效抑制電荷的流動(dòng)，讓電荷能夠積聚起來。
而這些表面電荷，也對昆蟲的日常生活有所助益。例如，為了獲取營養(yǎng)，蜜蜂需要采集花蜜和花粉，而晴日里的花朵常常帶有負(fù)電荷 —— 當(dāng)一只蜜蜂在花上降落，它的正電荷就會(huì)吸引帶負(fù)電的花粉。此時(shí)，花朵附近的電場會(huì)發(fā)生改變，并維持一段時(shí)間，這也是在提醒其他的蜜蜂，那朵花已經(jīng)被取食過了。
要問蜂類如何能監(jiān)測電場，2016 年有研究者用熊蜂做過實(shí)驗(yàn)。他們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)熊蜂飛到距離花朵 10 厘米以內(nèi)的地方，它身上的毛發(fā)就會(huì)因?yàn)殡妶龆鴱澢?/strong>。這種彎曲會(huì)讓毛發(fā)下方的一些神經(jīng)元被激活，如此熊蜂便可感知電場，與植物之間達(dá)成信號交流。
不過，這樣的交流場景依然顯得溫和而平靜，似乎與“雷暴”那樣的大場面相去甚遠(yuǎn)。英國布里斯托大學(xué)的科學(xué)家在一處野外觀測站發(fā)現(xiàn)了意想不到的現(xiàn)象：
那時(shí)并沒有風(fēng)暴活動(dòng)，但電場監(jiān)測設(shè)備卻顯示，大氣電荷出現(xiàn)了奇怪的上升。與此同時(shí)，附近有一群西方蜜蜂（Apis mellifera）正在分蜂，就是指蜂王帶領(lǐng)一部分工蜂飛離原來的蜂群，尋找新址筑巢。
此處需要解釋一下，令科學(xué)家意外的只是分蜂時(shí)猛然增加的電荷，蜂群的活動(dòng)本身并非偶然。那座站點(diǎn)有幾個(gè)用于研究的蜂箱，當(dāng)蜂箱變得過于擁擠時(shí)，便容易發(fā)生分蜂事件（平均約有 12000 只蜜蜂飛離）?？茖W(xué)家正是要在此過程中，監(jiān)測電場的變化。
分蜂時(shí)，蜜蜂們會(huì)先在樹枝上聚集幾日。待偵察蜂找到適宜筑巢的位置，蜂群再集體遷移過去。研究者在附近放置了一臺攝影機(jī)，負(fù)責(zé)記錄蜂群的遷徙，還有一臺電場監(jiān)測器，負(fù)責(zé)記錄遷徙時(shí)的電場強(qiáng)度，或者說電勢梯度（potential gradient）。
在 3 分鐘里，蜂群中的一部分蜜蜂飛過了監(jiān)測設(shè)備，其間的電勢梯度（比沒有蜂群遷徙時(shí)）增加了大約 100 伏 / 米。并且，電勢梯度的大小與蜂群密度息息相關(guān)，電勢梯度檢測值越大的時(shí)候，設(shè)備周圍蜂群也越密集。在距離蜂群 50 米遠(yuǎn)處設(shè)置的對照組監(jiān)測器，就沒有發(fā)現(xiàn)同樣的效果。
在另外幾次蜂群遷徙之中，科學(xué)家同樣發(fā)現(xiàn)了電場的增強(qiáng)。其中最猛烈的一次，電勢梯度增加了大約 1000 伏 / 米。此前，從未在蜂群之中記錄過如此大的電壓。
研究者還估計(jì)了蜜蜂群遷徙時(shí)的電荷密度，并將數(shù)值與過往文獻(xiàn)中的雷暴云和帶電沙塵暴進(jìn)行對比。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，蜜蜂群每立方米攜帶的電荷量，甚至可以比雷暴云和帶點(diǎn)沙塵暴高出數(shù)倍。
科學(xué)家對這個(gè)結(jié)果十分驚訝。雖然，以他們觀察到的蜜蜂遷徙規(guī)模來說，要給一大片區(qū)域造成影響可能還有點(diǎn)難；但研究者由此聯(lián)想到了比蜜蜂分蜂更為壯觀的沙漠蝗蟲群行。一些蝗災(zāi)發(fā)生時(shí)，數(shù)百平方英里的土地上空，飛舞著幾十億只蝗蟲，研究者利用模型估計(jì)，部分蝗災(zāi)對大氣電場的影響足以達(dá)到雷暴的程度。
而當(dāng)電場發(fā)生顯著的變化時(shí)，大氣中的氣溶膠和離子的密度也會(huì)發(fā)生改變，從而影響云的形成。那么，一群昆蟲或許真的有機(jī)會(huì)通過電場來塑造天氣，這樣的“超能力”讓研究者想想都興奮?；蛟S，他們會(huì)在未來的研究中慢慢感受到，這種改變天氣的能力具體有多強(qiáng)大。
想用蜜蜂發(fā)電？還是用植物吧
每一米的電勢差（電壓）超過 1000 伏，這對大氣電場來說，大概算是很可觀的數(shù)字了。不過，想用蜜蜂點(diǎn)燃一顆 LED 燈泡的話，可能需要大約 500 億只蜜蜂。
看來，靠蜜蜂摩擦出的那一點(diǎn)點(diǎn)電荷來發(fā)電，可能不是很有效率的方式。但你或許還記得，那些通過電場給蜜蜂傳送信號的植物吧，它們本身也能攜帶電荷，而這些電荷也可以被收集起來。
比如，2018 年發(fā)表的一項(xiàng)研究提出，植物葉片十分適合作為接觸起電 / 摩擦起電的工具，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。當(dāng)葉子觸摸或摩擦?xí)r，表面會(huì)有電荷積聚，那些電荷隨后會(huì)被輸送到植物的各個(gè)部位，就像在電線里流淌那樣。
而同年發(fā)表的另一項(xiàng)研究便借鑒了這份靈感：科學(xué)家想到，既然植物體內(nèi)有“電線”，那么只要把“插頭”連在植物的莖部，就能收集植物產(chǎn)生的電能了。研究者發(fā)現(xiàn)，用 Ecoflex 聚合物材料接觸杜鵑花（Rhododendron）的一整片葉子時(shí)，產(chǎn)生的電壓最高可達(dá) 140 伏左右。每次觸摸杜鵑花葉子 4.5 平方厘米的面積，足以同時(shí)點(diǎn)亮 100 個(gè)綠色 LED 小燈。
想要觀察植物放電的效果，讓它點(diǎn)亮 LED 燈只是一種途徑。另外，還有一種特殊的天氣情形，能讓植物放電以更明顯的方式展現(xiàn)在人類眼前。有研究者觀察到，當(dāng)閃電劃過天空的時(shí)候，一些帶電植物的葉尖會(huì)出現(xiàn)藍(lán)色的電火花，十分耀眼。
這種現(xiàn)象有個(gè)好聽的名字，叫做電暈。
原論文：
https://www.cell.com/iscience/fulltext/S2589-0042(22)01513-9
參考資料：
https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rspb.2013.0528
https://www.science.org/doi/10.1126/science.1230883
https://www.nytimes.com/2022/10/26/science/bees-locusts-electricity-charge.html
https://www.newscientist.com/article/2343843-honeybee-swarms-generate-more-electricity-per-metre-than-a-storm-cloud/
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/aenm.201703133
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201806689
本文來自微信公眾號：環(huán)球科學(xué) （ID：huanqiukexue），撰文：栗子，審校：clefable
廣告聲明：文內(nèi)含有的對外跳轉(zhuǎn)鏈接（包括不限于超鏈接、二維碼、口令等形式），用于傳遞更多信息，節(jié)省甄選時(shí)間，結(jié)果僅供參考，IT之家所有文章均包含本聲明。