响尾蛇导弹(新知 | 道法自然（8）响尾蛇导弹的“秘密”)

响尾蛇导弹

1952年，美国科学家研制出了一种导弹，这种号称“无论战机做多少高难度的动作都无法摆脱”的导弹，被命名为“响尾蛇导弹”（图1）。为什么会用一种风马牛不相及的动物来命名导弹呢？原来，这种导弹和响尾蛇有着密切的关系：此导弹就是根据响尾蛇在黑暗中也能准确捕食的原理设计出来的。

图1，响尾蛇导弹
响尾蛇，它的尾巴会发出声响。其尾巴（图2）的尖端地方长着一种角质链装环，围成了一个空腔，角质膜又把空腔隔成两个环状空泡，仿佛是两个空气振荡器。当遇到敌人或剧烈活动时，迅速摆动尾部的尾环（每秒钟可摆动40～60次），空泡内形成了一股气流，一进一出地来回振荡，空泡就发出了“嘎啦嘎啦”的声音，致使敌人不敢近前，或被吓跑，因此称为响尾蛇[1]。

图2，响尾蛇和它的尾巴
响尾蛇最吸引研究人员的，不是它会发出声响的尾巴，而是确保它在黑暗中都能准确捕食的“热眼”系统。响尾蛇的“热眼”都长在眼睛和鼻孔之间，叫颊窝的地方（图3）。颊窝一般深5毫米，只有1厘米那么长。这个颊窝是个喇叭形，喇叭口斜向朝前，其间被一片薄膜分成内外两个部分（图4）。内部有一个细管与外界相通，所以其温度和蛇所在的周围环境的温度是一样的。而外部却是一个热收集器，喇叭口所对的方向如果有热的物体，它辐射的红外光（图5，红外光是一种人类无法看见的光，但是自然界的任何温度高于绝对零度的物质都时时刻刻向外辐射含有热能红外光）就经过这里照射到薄膜的外侧一面，造成薄膜外侧一面比薄膜内侧一面的温度高，布满在薄膜上的脑神经末梢就感觉到了温差，并产生生物电流，传给蛇的大脑[5]。蛇知道了前方什么位置有热的物体，大脑就发出相应的“命令”，去捕获这个物体[1]。颊窝里的这一层很薄（1/40毫米）的膜上分布着5对神经末梢，这些神经末梢对热的感应非常灵敏，其热敏感度达到了3mK（热敏感度为100mK表示当被测物发生100mK(0.1℃)的温度变化时，就可以被感应到)[2]，可以感应到3‰℃的温度变化，附近任何物体的温度，只要比颊窝所处的温度稍微高一点，就能引起反应。因此，响尾蛇即使在黑暗的环境中也能准确地辨别食物的位置并成功捕食，有的响尾蛇甚至可以清楚地发现60米之外的人。

图3（左），响尾蛇的颊窝；图4（右），颊窝的结构
图5，红外光谱
响尾蛇利用热眼系统对红外线辐射的利用，也给了人类利用红外线的启示。正如文章开头所提到的，美国人根据响尾蛇利用红外线的原理设计制造了“响尾蛇导弹”[3]。它在导引部位（图6）安装一个利用对温度极其敏感的半导体元件制成的“人造热眼”[4]，让导弹可以一直盯着飞机产生高温的喷火口，自动锁定目标，因此能准确无误的击中目标。

图6，响尾蛇导弹构造
科学家也根据响尾蛇的红外线热效应原理，发明了红外热成像仪。红外热成像仪就是利用热成像技术来探测目标的红外辐射，并通过光电转换、电信号处理等手段，目标物体的温度分布图像转换成视频图像的设备。红外热成像既反映了目标物表面不同部位辐射红外线的强弱，也可以用于测量该部位温度的高低。利用热辐射传输几乎不受大气影响的特点，白天黑夜都可以透过雨、雪、雾、霾来观察目标的热成像（图7）。所以，红外热成像在军事和民用领域具有很高的应用价值（图8）。在军事上可以用来监视、警戒、探测、侦查、跟踪和瞄准。在民用领域可以用于公安系统的刑事侦察，消防系统的火灾预警或灾害救援，监视边境的越境偷渡，飞机起降、船舶导航、车辆驾驶的视觉增强器，电器、电子设备的温度检测等[2]。

图7，白天黑夜都可以热成像

图8，红外热成像的运用?
参考文献：
[1] 百度百科 响尾蛇
[3] 杭东. 破解响尾蛇导弹的奥秘[J]. 科学24小时，2011(9): 29.
[5]Victor V. Klemas. Remote sensing and navigation in the animal world: an overview [J]. Sensor Review, 33(1): 3 -13.
图片来自网络和杂志。
感谢中国农业大学本科生科研训练计划（URP）支持。

作者：陈祎霖（工学院农业工程专业2014级本科生）
指导教师：肖红伟（工学院农业工程系副教授，博士生导师）
责任编辑：何志勇（中国农业大学出版社编辑）
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