科学家阐释鼠海豚如何聚焦声呐束

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       鼠海豚的秘诀都在头部。

　　图片来源：Stephen Frink Collection

　　鼠海豚的头部有声学控制组合，可以使它们将定向的声呐束聚焦在猎物上。其颅骨中骨骼、气体和组织的表现就像一种超材料，可以颠覆通常的物理规律。这些海洋哺乳动物可以将非定向声波转换成一种狭窄的声脉冲。

　　像海豚一样，鼠海豚用回声定位探测水下30米之外的猎物。为了做到这一点，它们会在面部前方发出高频率的点击声，控制声呐束的方向，而不用移动头部。在接近目标时，它们也能加宽波束，帮助捕捉试图逃跑的鱼。

　　但鼠海豚如何聚焦声呐束却是个谜，尤其是它们产生声音的结构——被称为“音唇”——比其发出的点击声的波长更小。这应该会导致波形被扩散而不具有针对性。原来，其头部前方一个被称为“额隆”的大脂肪器官似乎很重要，但它所发挥的具体作用却并不清楚。

　　为此，一个中外国际合作团队对一只江豚进行了计算机断层(CT)扫描，以测量其头部不同组织的声学特性。他们的研究成果即将发表于《应用物理评论》。研究人员还收集了鼠海豚声音信号的现场录音，并建立了数学模型模拟鼠海豚如何发出和控制声音束。

　　“用这种动物做实验很难。”中国厦门大学海洋与地球学院教授张宇说，“CT和电脑模拟能帮助我们了解海豚头部的情况。”结果表明，关键在于额隆、头骨和气囊在头部的协同工作，将声波定向到一个方向。鼠海豚头部的每个部分都以不同方式反射、折射和散射声音，使声音以不同速度在它们之间通过。

　　鼠海豚可以用面部肌肉压缩额隆来扩散声波。这可以让它在追逐鱼的同时，让鱼停留在“视线”之内。它或许还能帮助人们用一种可将这些类似特性结合在一起的原子结构制作超材料。

　　来源：《中国科学报》(2017-11-20 第 2版 国际)
　　作者：冯维维