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10.09.2010

Als der koreanische Ingenieur Haecheon Choi von der Seoul National University seinen Kindern ein Buch über fliegende Fische vorlas, war er ziemlich beeindruckt. Denn deren Leistungen sind erstaunlich: Die Tiere können mehr als 40 Sekunden lang in der Luft bleiben und dabei mehr als hundert Meter zurücklegen, dabei erreichen sie eine Geschwindigkeit von bis zu 70 Stundenkilometer. Choi machte sich daran, das Geheimnis der Tiere zu lüften. Die Ergebnisse seiner abenteuerlichen Experimente zur Aerodynamik fliegender Fische sind gerade im Journal of Experimental Biology (2010, Bd. 213) erschienen.

Für ihre Versuche brauchten Choi und seine Kollegen zunächst fliegende Fische. Tote Tiere genügen zwar für ihre Zwecke, doch nur, wenn sie in sehr gutem Zustand sind. "Denn wenn der Fisch stirbt, schrumpfen die Flossen oft, und die aerodynamischen Kräfte, die wir im Windkanal messen können, sind geringer als in der Realität", sagt Choi im Gespräch mit SPIEGEL ONLINE. So reiste er mit einem Kollegen zum berühmten Tsukiji Fischmarkt in Japan und kaufte zwei tote fliegende Fische - doch die Qualität genügte nicht. Der nächste Versuch war erfolgreich: Chois Kollege Hyungmin Park ging kurzerhand selbst fischen und holte 40 fliegende Fische aus der ostkoreanischen See.

Die beiden Forscher suchten sich die fünf schönsten Fische aus und ließen sie trocknen und ausstopfen. Dabei wurden die Flossen bei manchen Fischen ausgebreitet - so wie bei lebenden Tieren im Flug - und bei anderen an den Körper angelegt. Nun waren die Fischmodelle bereit für den Test im Windkanal.

Choi und Park stellten den Wind an und simulierten so den Flug der Fische, dann berechneten sie das Verhältnis von Auftrieb und Luftwiderstand. Dieses bestimmt die Weite, die horizontal zurückgelegt wird, im Verhältnis zur Höhe, die dabei verloren geht. Tatsächlich schnitten die Fische ziemlich gut ab: Ihr Gleitverhalten in der Luft war genauso gut wie das von Sturmvögeln und Brautenten und sogar besser als das von Insekten. Die Leistung war bei einem flachen Neigungswinkel am besten, fast parallel zur Oberfläche - und genau so fliegen auch die lebenden Tiere über dem Meer.

Fische mit ausgebreiteten Flossen glitten im künstlichen Wind viel stabiler als die mit angelegten. Dagegen sind angelegte Flossen im Wasser ideal zum Schwimmen. Auf diese Weise haben sich die Fische perfekt sowohl an die Bewegung in der Luft als auch an die im Wasser angepasst.

Weil Choi und Park beobachtet hatten, dass fliegende Fische immer nah über der Wasseroberfläche gleiten, untersuchten sie, ob auch dieses Flugverhalten positive Effekte hat. Sie verringerten im Windkanal die simulierte Flughöhe der Fische und stellten fest, dass sich deren Leistung dabei erhöhte - die ausgestopften Tiere glitten noch besser. Als die Forscher den festen Boden durch ein Wasserbett ersetzten, stellten die Fische sogar noch neue Rekorde im simulierten Weitfliegen auf.

Dieses Phänomen lässt sich physikalisch erklären: "Wenn ein fliegendes Objekt vom Boden weit entfernt ist, produziert es Wirbel, welche den Strömungswiderstand deutlich erhöhen", sagt Choi. In der Nähe der Oberfläche dagegen ist dieser Widerstand durch den sogenannten Bodeneffekt geringer. Dort sei die Kraft, die von den Wirbeln hinter dem Flugkörper ausgeht, stark abgemildert, erklärt Choi. Dieser Effekt sei über dem Wasser noch deutlicher als über festem Boden.

Diese Erkenntnisse wollen die koreanischen Forscher nun praktisch anwenden: Sie planen, ein Flugzeug nach dem Vorbild der fliegenden Fische zu bauen. Wie alltagstauglich dieses sein wird, muss sich allerdings noch zeigen. Denn Choi beschreibt seine Vision so: "Weil wir den Bodeneffekt nutzen wollen, sollte das Flugzeug sich nah der Erdoberfläche bewegen."