神话破灭了:阿帕龙在拍打尾巴时不会产生音爆

2022年12月13日23:04:24 宠物 1031

早在1997年,微软当时的首席技术官纳森·梅尔沃德的计算机模拟表明,蜥脚下目恐龙的巨大尾巴可以像牛鞭一样裂开,打破音障,产生音爆,从而成为头条新闻。古生物学家认为这是一种有趣的可能性,尽管有些人对此表示怀疑。现在,一个新的科学家团队已经解决了这个问题,并建立了自己的阿帕龙尾巴模拟模型。新模拟中可能的最大速度比标准空气中的音速慢10倍。

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20世纪90年代还在微软的时候,长期热爱恐龙的梅尔沃德偶然发现了动物学家罗伯特·麦克尼尔·亚历山大的一本书,书中推测某些蜥脚类恐龙的尾巴是否像牛鞭一样被用来发出巨大的噪音,作为防御策略、交配召唤或其他目的。这种结构有点像牛鞭,因为尾巴上的每一个连续椎骨都比它的前身小大约6%。物理学界已经知道,鞭子的破裂是由于细尖突破声屏障的速度所产生的冲击波或音爆。

梅尔沃德想把这个推测性的建议付诸实践,并与古生物学家柯里通过电子邮件联系。两人分析了化石,开发了计算机模型,并进行了几次计算机模拟,以测试蜥脚类恐龙尾巴的生物力学。他们还将这些模拟与鞭子的力学进行了比较。

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他们得出的结论是,尾巴的左右摆动可以发出一股能量波,沿着附肢的长度加速,从而获得动量,从而使尾巴末端达到每小时750英里以上的速度。声速根据介质和环境条件而变化,但在0°C的空气中,声速通常为740 mph。梅尔沃德和柯里在他们发表的论文中指出,只有尾部的最后两到三英寸才能达到超音速。他们还认为,尾巴最远的部分可能是通过一块皮肤、肌腱或角蛋白延伸到最后一节椎骨,这类似于牛或袋鼠皮制成的鞭子的尖端,它们足够结实,可以承受超音速。

梅尔沃德在2002年的一次会议上介绍了他的最新研究成果,报告称最大潜在速度为1300英里/小时,这将产生大约200分贝的音爆。其他证据包括:一些蜥脚类化石标本在坚硬的底部和尾巴的柔性部分之间的关键过渡区融合了椎骨,就像牛鞭最终在粗柄和柔性皮革部分之间的连接处失效。

古生物学家肯尼斯·卡本特是音爆假说最直言不讳的怀疑者之一。1995年,他对《纽约时报》表示:“坦率地说,计算机模拟是垃圾进垃圾出的又一个例子。”。这花了将近20年的时间,但梅尔沃德在2015年古脊椎动物学会会议上展示了这样一个模型。

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该模型由铝、不锈钢、氯丁橡胶和特氟龙制成,长12英尺(3.6米),大约是蜥脚类恐龙尾巴的四分之一。尾巴上的82块骨头都包含了正确的关节角度,梅尔沃德在每个椎骨上放置了重物,以模拟肉的重量。最后还有一个“popper”:一点经过处理的皮革,模拟牛鞭的尖端。该模型被连接到一个相机三脚架上,代表“恐龙屁股”。梅尔沃德等人随后进行了一系列测试,拉动三脚架手柄,使模型尾部摆动,产生像牛鞭一样的尖锐“裂缝”。他们在高速视频上拍摄了所有测试,以确保准确测量。

模型尾翼的速度达到了每秒360米,约805英里/小时。卡彭特对此印象深刻,但仍心存疑虑,他指出,比例模型缺少尾部从一个椎骨到下一个椎骨的连接结构,这会限制左右运动,皮肤和肌肉层也会受到限制。至于罂粟,卡彭特告诉《现场科学》,在超音速下折断它的尾巴可能会导致顶端的皮肤破裂或出血,最终导致不灵活的疤痕组织。他说:“我很难想象进化会让蜥脚类恐龙的尾巴走上一条只能使用几次的结构,然后就毫无价值的道路。”。

这让我们看到了这篇最新的文章。葡萄牙NOVA科学与技术学院的西蒙娜·孔蒂与几位同事一起,开始采用更多的多方面方法来改进早期的计算机模拟。他们将最先进的多体模型与软组织抗应力模拟相结合,以测试阿帕龙尾巴的生物力学性能。

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它们的模型尾巴超过30英尺(12米)长,重3187磅(1446公斤)。它有82个圆柱体,代表连接在固定的髋骨底座上的椎骨,这些圆柱体以弧形运动,使尾巴以鞭状运动。它们的模型尾巴的最大速度仅为每秒33米,或低于每小时74英里,太慢了,无法产生音爆,这表明蜥脚类恐龙的尾巴比以前想象的要坚硬得多。

此外,当他们将模型尾部置于超音速时,尾部不可避免地断裂,无法承受应力。孔蒂等人还尝试在他们的模拟中添加模拟牛鞭尖端的结构:一个由三段皮肤和角蛋白组成,一个由编织的角蛋白细丝组成,另一个由软组织组成。这些都不能承受超音速的压力。

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作者总结道:“计算机模拟和软组织应力承受能力的估计所获得的证据不支持蜥脚类超音速尾巴的假设。”。由于与骶骨的关节和空气阻力的作用,尾部底部的限制降低了可达到的最大速度。软组织推进器无法承受音速运动所施加的高应力,因为增加的质量会导致尾部失效,或者增加的空气阻力会进一步降低尾部速度。

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