خرس قطبی چگونه سرمای قطب را تحمل می کند؟

یکی از اسرار‌آمیزترین ویژگی‌های خز خرس قطبی این است که مو‌های آن توخالی است. این ویژگی رسانایی حرارتی را به حداقل می‌رساند و مانع از خروج گرمای بدن حیوان می‌شود.

همچنین این مو‌ها دارای انعطاف‌پذیری زیادی هستند که باعث می‌شود مو‌ها به جای شکستن حالت کشسان داشته باشند و علاوه بر آن آب را دفع کنند.

طبق این گزارش، تیمی از دانشگاه علم و فناوری چین با تقلید از این ویژگی، سیم‌های بسیار کوچکی را با عنصر «تلوریم» ساختند و سپس آن‌ها را با لایه‌ای از کربن پوشاندند و در نتیجه میلیون‌ها لوله کربنی توخالی را که شبیه به مو‌های خرس قطبی است، تولید شد.

پیش‌تر تصور می‌شد، پرها و پوست چنین حیواناتی با به دام‌انداختن لایه‌ای از هوا که رسانایی و از دست رفتن گرمای بدن را کند می‌کند، آنها را گرم نگه می‌دارد.

پریسیلا سیمونیس، دانشمند حوزه بیوفوتون و تیم تحقیقاتی‌اش دریافتند، از دست‌رفتن گرما بین دو بدنه‌ای که توسط هوا از یکدیگر جدا می‌شوند، بیشتر تحت تاثیر تابش و نه رسانایی گرمایی است.

وی و همکارانش با استفاده از مدل‌های رایانه‌ای نشان دادند چگونه سپرهای تابشی که برای تقلید از موهای منفرد در پوست خرس قطبی استفاده می‌شدند، به طور موثری گرما را متفرق می‌کنند. فرآیند متفرق‌کردن شامل شکستن انرژی در زاویه‌ای بالغ بر 90 درجه از منبع آن است.

در آزمایشات انجام‌شده، این انکسار نه تنها به طیف مادون‌قرمز یا گرما محدود نشد، بلکه نور مرئی را نیز منعکس می‌کرد و به حیوان در شرایط برفی با سفید نشان‌دادن پوستش کمک می‌کند. برخلاف ظاهرش، پوست خرس قطبی در واقع شفاف و عاری از رنگدانه است.

در این مطالعه، با افزودن سپرهای بیشتر(موها)، از دست‌رفتن انرژی تا حد قابل‌توجهی کاهش یافت.

مدل رایانه‌ای تیم تحقیقاتی شامل دستگاه تنظیم گرمای سرد و گرم برای تقلید از بدن حیوان و محیط سرد بود؛ این دو مولفه توسط بسته‌ای از هوا جدا شده بودند که به آن سپرهای تابشی اضافه شده بود.

سیمونیس معتقد است یافته‌های این مطالعه به توسعه انواع جدیدی از عایق‌های فوق‌نازک می‌انجامد؛ نتایج بدست‌آمده همچنین نه تنها در ساختمان‌ها موثر است، بلکه منجر به تولید نسل جدیدی از لباس‌های گرم و کیسه‌های خواب می‌شود.

جزئیات این مطالعه در مجله Optics Express منتشر شده است.