Heißes Flattern

Wärmebildtechnik für Oberflächen von Schmetterlingsflügeln
Laut einer in Nature veröffentlichten Studie von Forschern der Columbia Engineering und der Harvard University ist es möglich, mittels Wärmebildtechnik die thermodynamischen Eigenschaften von Schmetterlingsflügeln und die Bedeutung der Strahlungskühlung zu untersuchen, die diese zarten Strukturen am Flattern hält.

In der Studie identifizierte das Team um Nanfang Yu, außerordentlicher Professor für angewandte Physik an der Columbia University, die komplexen lebenden Strukturen in den Schmetterlingsflügeln, die bei der Wärmeregulierung behilflich sind. In der Thermografie verschwinden die leuchtenden Farben und Muster eines Schmetterlingsflügels und stattdessen sieht man die grundlegende Struktur des Flügels selbst. Mit einer Wärmebildkamera wie der Flir T865 „sieht man im Wesentlichen das Skelett des Schmetterlings“, so Yu. „Es ist fast wie ein Röntgenbild – man sieht das Gerüst, die Flügeladern, die Membran… den gesamten Querschnitt des Flügelmaterials.“

Frühere Studien von Schmetterlingsflügeln wurden durch die Verwendung von Geräten wie Thermoelementen zur Temperaturmessung eingeschränkt. Selbst die kleinsten Sonden sind im Vergleich zur Dicke eines Schmetterlingsflügels groß, und der Messvorgang kann die lokale Temperatur beeinflussen. Weitere Ungenauigkeiten können auftreten, weil die Messungen nur punktuell erfolgen. Mit der Wärmebildtechnik kann man die gesamte Temperaturverteilung messen und kartieren“, so Yu. Sein Team war in der Lage, die Temperaturunterschiede zwischen den Flügeladern, der Membran und anderen Strukturen wie den Duftpolstern zu beobachten und zu messen. Sie fanden heraus, dass die Bereiche der Schmetterlingsflügel, die lebende Zellen enthalten (Flügeladern), eine höhere Wärmeabstrahlung haben als die leblosen Bereiche des Flügels (Membran).

Allerdings ist die Messung der Temperatur von Schmetterlingsflügeln mit Wärmebildkameras nicht unproblematisch. „Die Herausforderung besteht darin, dass die Wärmebildkamera im Falle des Schmetterlingsflügels zwar einen Temperaturwert liefert, man sich aber nicht auf diesen Wert verlassen kann“, sagt Yu. „Der Schmetterlingsflügel ist im infraroten Spektrum halbtransparent. Wenn man also einen Schmetterlingsflügel mit einer Wärmebildkamera betrachtet, empfängt man nicht nur die Wärmestrahlung des Flügels selbst, sondern auch die Wärmestrahlung, die vom Hintergrund hinter dem Flügel ausgeht.“ Ein ähnliches Phänomen lässt sich bei einer dünnen Plastikfolie beobachten, z. B. bei einer Plastiktüte, die genau wie ein Schmetterlingsflügel im sichtbaren Lichtspektrum undurchsichtig, im infraroten jedoch transparent ist.

Neben der Kartierung der thermischen Verteilung auf Schmetterlingsflügeln führten die Forscher auch Verhaltensstudien durch, die sie im Wärmebild beobachteten. Mithilfe einer kleinen Lampe als Wärmequelle zeigten sie, dass Schmetterlinge ihre Flügel benutzen, um die Richtung und Intensität des Sonnenlichts zu erkennen. Bei der Auslösetemperatur von etwa 40°C drehten sich alle untersuchten Arten innerhalb weniger Sekunden um, um das Licht zu meiden und ihre Flügel vor Überhitzung zu schützen.

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