SPACE SCHOOL

Houston Association for Space and Science Education.
HASSE x NNASA

人工的麥田圈

上次提到了閃電照射麥田,造就天然麥田圈;這次則是把閃電換成雷射光,製成人工麥田圈。我們只需要把一張圖案膜片放在雷射光發射器和麥田之間,讓雷射光一部份穿透膜片,另一部份被阻擋回去,一段時間之後,受雷射光照射的麥穗,因為電磁波經過所造成的電場擾動而極化,使細胞代謝異常,所以麥穗長大、變重之後,麥稈無法支撐重量而傾倒。其他沒有被雷射光照射的麥穗,則照常生長,依舊立地直挺挺。

科技發展日新月異,應用高科技製造出的麥田圈比起專家口中的「外星人足跡」,也差不了多少,它們的圖樣有些簡單有些繁複、具備「瞬時性」和「自發性傾倒」的特性。而要完美重製古代人眼中的不可思議事件,製作人工麥田圈,則需要近代發展出的幾項技術:雷射、微波、超音波。

如果雷射光度越強,製造出麥田圈所需時間越短,但太強的話,麥田圈立刻形成,亦會使麥子立刻枯萎。

但是,為什麼要選擇雷射光呢?這是因為雷射光具有以下幾點特性:

1. 只會產生一種波長的光,所以是單色的。

2. 具有高度同調性,所有光子都有相同的相位,可以疊加起來產生很大的強度。

3. 雷射光束具有良好指向性,並且十分集中,不易發散,所以具有很強的威力。


雷射原理[1]



選擇雷射光作為製造人工麥田圈的工具,主要原因是它「十分集中,不易發散」,這樣在穿過膜片、照射到麥田圈的時候才能劃分出明確的「直立vs倒伏」界線;如果採用其他光源,光射出後就會向四面八方亂竄,麥田圈的圖案也就會像相機無法對焦一樣,難以清晰成形了。

第二個製作方法是微波。俄羅斯有一位科學家曾經把麥穗和一杯水塞到微波爐裡,驚人的事發生了,麥穗都在莖節處彎曲,樣子就如同麥田圈倒伏的麥稈,然後他拆了微波爐、拔出裡面的磁控管(微波發射器),在麥田裡掃射麥穗,成功使麥稈傾倒。

微波爐結構[2]

微波爐原理[3]

為什麼會這樣呢?

所有物質都有其固有頻率(自然震盪頻率),而水分子的固有震盪頻率就在微波頻率的範圍,所以當發射微波,水分子共振。又因為微波頻率約為2450 MHz,也就是說其電場正負極每秒轉換24.5億次,水分子電荷分布不均,帶正電一端會指向電場方向,所以會隨著微波造成的電場改變每秒轉換24.5億次。如此快速的旋轉,容易摩擦生熱,水分子吸收熱量後快速蒸發。

如果水分子外包覆著密不通風的瓶子或袋子,容器內就會依據 ,氣壓急速上升,向外施壓而使容器爆開。

麥稈也是如此。當麥稈內的水分在微波加熱下迅速蒸發,桿內氣壓升高到一定程度後,莖節成受不了壓力而爆開數個小洞,平衡內外壓力差,這些小洞就如同老人的骨質疏鬆,使麥稈能承受的最大重量變小,只能卑微地倒伏在地。

微波是目前人工麥田圈最常見的製造方法,人們只需要沿著GPS規劃的路徑、拿著磁控管對麥穗掃射,就能夠繪出一幅華麗而繁複的麥田圈。

另外,麥田圈也被發現和聲波成像術有不小的關係。聲波成像術又稱音流學,這門學科能夠將聲波振動轉變為肉眼可見的圖樣:克拉尼使金屬板以高頻率振動,在上面撒上沙子,在某些特定頻率下,行進波與反射波同步振動,形成駐波,位於振動節線的沙子不再振動、位於非節線的沙子則會上下振動,並且逐漸往節線移動。此時,沙子就會描繪出形成駐波的節線線條。更換不同的頻率,其圖形也跟著變化,這些圖形被稱為克拉尼圖案。

克拉尼圖案[4]



其實這和投石入水產生漣漪非常相似,不同的只是名稱:在水面產生的叫「水紋」、由沙子產生的叫「沙紋」,那麼聲音能不能以麥子為媒介,產生「麥紋」呢?



如果答案為是,那就得把金屬板換成麥田,沙子換成麥子,而沙子排列出的節線換成麥子傾倒的路線。比對克拉尼圖案和目前發現的麥田圈,的確有些案例有相當高的相似度(如下圖),但並非所有麥田圈都能符合克拉尼圖案。至於原因,科學家推測為整顆麥穗的慣性比較大,不像沙子能和金屬板一同以幾百赫茲振動。綜合上述,麥田圈圖案很可能是克拉尼圖案,但是會有更多變因蘊含其中,必須做一些修正,才能解釋麥田圈的現象。

麥田圈vs克拉尼圖案[5]



原始資料:

https://books.google.com.tw/books?id=CAlJAwAAQBAJ&pg=PA2&lpg=PA2&dq=%E5%81%87%E9%BA%A5%E7%94%B0%E5%9C%88%E6%89%8D%E6%98%AF%E7%9C%9F%E7%A7%91%E5%AD%B8&source=bl&ots=2nWoX3SslS&sig=OrIFPR_Hsr49q6G0bpToRWkIGzk&hl=zh-TW&sa=X&ved=0ahUKEwjz3o3j55jYAhWIsJQKHcTJBmsQ6AEITjAG#v=onepage&q=%E5%81%87%E9%BA%A5%E7%94%B0%E5%9C%88%E6%89%8D%E6%98%AF%E7%9C%9F%E7%A7%91%E5%AD%B8&f=false



參考資料:



http://www.lasertech.tw/laser_noun.php?g_id=IyQlKiYlMTMlXiQqJio=



http://discovery.panasonic.com.tw/electricity/lab/lab02mw/l020101.html



圖片來源:



[0] https://horseof11.wordpress.com/2011/01/18/%E6%88%91%E5%80%91%E7%9A%84%E9%BA%A5%E7%94%B0%E5%9C%88/



[1] http://www.lasertech.tw/laser_noun.php?g_id=IyQlKiYlMTMlXiQqJio=



[2] http://blog.udn.com/yili0322/5830981



[3] https://www.cool3c.com/article/104288



[4] http://topnews8.com/18448/



[5] https://books.google.com.tw/books?id=CAlJAwAAQBAJ&pg=PA2&lpg=PA2&dq=%E5%81%87%E9%BA%A5%E7%94%B0%E5%9C%88%E6%89%8D%E6%98%AF%E7%9C%9F%E7%A7%91%E5%AD%B8&source=bl&ots=2nWoX3SslS&sig=OrIFPR_Hsr49q6G0bpToRWkIGzk&hl=zh-TW&sa=X&ved=0ahUKEwjz3o3j55jYAhWIsJQKHcTJBmsQ6AEITjAG#v=onepage&q=%E5%81%87%E9%BA%A5%E7%94%B0%E5%9C%88%E6%89%8D%E6%98%AF%E7%9C%9F%E7%A7%91%E5%AD%B8&f=false



 

其他相關文章

  • LIGO「看」見重力波

    1916年,愛因斯坦發表了相對論,其中提及了重力波的存在;但直至2015年,LIGO才探測到了兩黑洞合併產生的重力波。

  • 我能,你也能!王贛駿博士

    提到上過太空的華人,首先想到的應該是NASA的焦立中或中國的楊利偉等人。但早在30年前,就已經有華人隨著太空梭環繞地球,他就是首位進入太空的華裔科學家太空人-王贛駿博士。

  • 帶太空人回家的大功臣 獵戶座降落傘系統

    每一次的太空探索最令人興奮的,便是發射成功的那一刻,而向星球俯衝而下的過程,更是讓人瘋狂!科學家們幾個寒暑的心血結晶全看這短短數分鐘的降落過程是否順利。2012年時,有史以來最大型的火星探測車—好奇號,在順利地張開降落傘後,配合小火箭的引導成功降落火星,而且運作正常,開始展開它的火星之旅。

到網頁最上方