好奇心をそそられるアサギマダ

飛行機の写真

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アサギマダラは、2,000km以上も飛んで渡りをすることで有名な蝶です。まだ海の上空を飛ぶ姿は目撃されていないようですが、どんな飛び方をして向かい風の方向に長距離飛行ができるのでしょう。

2,000kmも飛行するには、さまざまな困難がありますが、今回は飛行方法に焦点を絞って力学的な可能性を検討してみました。

アサギマダラの飛び方

アサギマダラの飛び方を調べたところ、蝶とは思えないようなさまざまな飛び方をすることが判りました。

アサギマダラの飛行パターン

  • 上昇気流を捉えて一気に驚くような高さに上昇します。
  • 翅(はね)をV字型に閉じたままで、一直線に滑空できます。
  • 同じ場所で何度もクルクル旋回できます。
  • 雑木林の中を飛ぶ時には、蜘蛛の巣の手前でヒラリとかわしながら軽快に飛びます。
  • もちろん、モンシロチョウのようにヒラヒラ羽ばたくことも出来ます。

アサギマダラの長距離飛行の方法とは?

以上のように、アサギマダラは、普通の蝶とは違って、さまざまな飛び方ができるようです。では、どのようにして長距離を飛んでいるのでしょうか。

アサギマダラは、上昇気流を捉えて舞い上がることができるため、上昇気流で高度をかせいでから、翅をV字型に閉じた滑空をするのでしょう。V字型に閉じた滑空では、風の抵抗を小さくできます。おそらく、高度が落ちてきたら、再度上に上がってから、滑空をすることを繰り返すことで長距離飛行をしているのだと思います。

アサギマダラは5月から6月頃に上層に吹いている偏西風の向きに沿った高層風を利用して北上すると考えられています。
しかし、10月〜11月ごろの渡りは、高層風とは逆向きに南下しなければなりません。向かい風の場合は、どうしているのでしょうか。

逆風を利用した飛行

秋に南下するアサギマダラは、高層風の向かい風を利用した揚力(ようりょく)で上空に舞い上がっているのでしょう。

イメージで理解しやすいように、自分が蝶になったつもりで、両腕を、やや開いて上に上げて下さい。

かなり尖ったV字形にして下さい。

この時、腕には蝶の翅がついていて、横から強風を受けます。すると横風が翅を押し上げようとします。翅の横からの向かい風に少し押し戻されますが、軽量の蝶は、十分に上空に舞い上がることができるでしょう。

横風の揚力を受けて、アサギマダラは高いところに到達しました。すると、位置エネルギーは大きくなっています。アサギマダラは、この位置エネルギーをうまく利用して風上に移動しているのでしょう。

次に、向かい風に向かって、翅を水平にして下さい。トンボが羽ばたかずに飛んでいるイメージです。向かい風の方向から蝶を見ると、蝶の頭を中心にして、薄い翅が水平に伸びているように見えます。この状態なら風の抵抗(抗力)は少なくてすみます。

この時、進行方向に対して下向きに重力が働いています。蝶には揚力(ようりょく)と、風から受ける抗力と蝶の重さで決まる重力加速度の合成力が加わっていますが、風上に対して適度な角度で下降する滑空は可能でしょう。

まとめ

アサギマダラは、2,000キロメートルも渡ることが知られています。しかも秋の渡りは、高層風とは逆向きに南下しなければなりません。どうして、そんなことが可能なのかは確認されていませんが、力学的観点で可能性を検討してみました。

アカギマダラが向かい風の方向に長い距離を飛行できるのは、横風の揚力で高いところに行って、大きな位置エネルギーを利用して長い距離を滑空しているのでしょう。そして、高度が下がってきたら、横向きに向かい風を受けて上昇してから滑空することを繰り返すことで実現できそうです。

滑空する時には、蝶には揚力(ようりょく)と、風から受ける抗力と蝶の重さで決まる重力加速度の合成力が加わっています。この合成力は風上に向かって、やや下向きになるため滑空できるのでしょう。