Bisher unbekannter Luftwirbel trägt die Schirmchen der Pusteblume

Abb. 1: Man würde es den Schirmchen nicht ansehen, aber bei Bewegung entsteht über ihnen ein Luftwirbel, der einen Unterdruck erzeugt. (Links nach dem in den Quellen angegebenen Video; Foto rechts: R. Junker)

Der Faszination der Schirmchenflieger des Löwenzahns kann man sich kaum entziehen. Die Pusteblume entzückt nicht nur Kinder. Was ganz selbstverständlich aussieht, war bis vor Kurzem tatsächlich noch ein Rätsel. Wie schaffen es die Schirmchen, so lange in der Luft zu verbleiben? Unter günstigen Bedingungen fliegen sie viele Kilometer weit. Und wenn man genau hinschaut, bemerkt man leicht, dass es gar keine „richtigen“ Schirme sind. Sie haben keine Membran wie ein Fallschirm, sondern nur feine Härchen (Pappus), die 90 % der Fläche frei lassen. Eigentlich keine guten Voraussetzungen für effektiven Flug, könnte man meinen.

Abb. 2: Schirmchen der Früchte des Berg-Baldrians. (Foto: R. Junker)

Aber die Schirmchen aus den Pappus-Härchen fliegen hervorragend. Eine Forschergruppe hat kürzlich herausgefunden, warum das so ist (Cummins et al. 2018). Dabei entdeckten sie nicht weniger als eine bisher unbekannte Art eines aerodynamischen Verhaltens von Fluiden (Gase oder Flüssigkeiten). Sie ermittelten die Richtungen des Luftflusses um die Löwenzahn-Schirmchen und entdeckten eine außergewöhnliche Art von Wirbel. Dieser Wirbel ist ein blasenförmiger Luftring aus einem umlaufenden Fluid, der durch die Strömung, die durch den Pappus fließt, von diesem losgelöst wird (Abb. 1). Die Luft bewegt sich dabei kontinuierlich in der Mitte nach unten und am Rand nach oben. Dadurch entsteht ein Unterdruck-Effekt, der das Schirmchen nach oben zieht und es gleichzeitig in der Luft stabil hält.

Offenbar sind die kreisförmige, scheibenartige Geometrie und die Durchlässigkeit des Pappus die wichtigsten Konstruktionsmerkmale, die die Bildung des getrennten Wirbelrings ermöglichen. Die Wissenschaftler konnten das durch Tests mit künstlichen Nachbildungen bestätigen: Eine Scheibe mit ähnlicher Durchlässigkeit weist ein ähnliches Strömungsverhalten wie der Pappus auf. Die Durchlässigkeit des Löwenzahnpappus scheint präzise abgestimmt zu sein, um den Wirbel zu stabilisieren, während die aerodynamische Belastbarkeit maximiert und der Materialbedarf minimiert wird. Dieses aerodynamische System ist möglicherweise weit verbreitet, denn auch die Samen einiger anderer Pflanzen sind behaart oder mit Schirmchen ausgestattet (z. B. bei Weiden, Weidenröschen, Nelkenwurz oder Baldrian, vgl. Abb. 2). Auch manche Insektenflügel sind mit filigranen Härchenstrukturen ausgestattet und einige Wasserlebewesen nutzen vielleicht ebenfalls diesen Effekt, da er vermutlich auch im Wasser zum Tragen kommt, so die Wissenschaftler.

Die Autoren sehen Chancen, diese neu entdeckte Klasse von Flüssigkeitsverhalten technisch nutzbar zu machen. Der Flugmechanismus mit erheblicher Gewichtsreduktion ist nach ihrer Einschätzung deutlich effizienter als das, was mit konventionellen Fallschirmdesigns möglich ist.

Einmal mehr zeigt sich, dass die Schöpfung mit ausgeklügelten Konstruktionen und Mechanismen ausgestattet ist, die offenbar an das Maximum des physikalisch Möglichen heranreichen. Es scheint, als könne man die Schirmchen der Pusteblume nicht besser machen.

R. Junker

[Cummins C, Seale M et al. (2018) A separated vortex ring underlies the flight of the dandelion. Nature 562, 414–417; Video: https://www.wissenschaft.de/astronomie-physik/aerodynamisches-geheimnis-gelueftet/]