蜘蛛沒有翅膀，為什麼能飛上天？
― 把蜘蛛絲往上拉的，或許不只是風，還有「天空中的電」
剛出生不久的小蜘蛛，會從尾部吐出蜘蛛絲，飛向天空。曾有案例是牠們降落在海上100公里以外的船隻上。長久以來，大家都認為牠們只是「乘著風飛」，但現在發現，晴天空中原本就有的微弱電力，似乎也是把蜘蛛絲往上拉的力量。
秋天晴朗的早晨，田埂或草原有時會泛著淡淡的銀色光芒。走近一看，會發現整片都黏著細細的蜘蛛絲。
那些絲不是蜘蛛網，而是小蜘蛛飛向天空、或是從天而降時留下的痕跡。
沒有羽毛也沒有翅膀的蜘蛛，究竟是怎麼飛上天的呢？而且就算幾乎沒有風的日子，也能看到牠們飛起來。
原因有兩個
地面帶負電，高空帶正電。因此每離地面上升1公尺，電位就會提高約100伏特。
蜘蛛腳上的細毛，能感知電位坡度而擺動。帶電的蜘蛛絲，在這個坡度中會受到向上的力。因為身體極輕，這股力量就足夠了。
如果人類想做同樣的事，完全不可能辦到。這中間的差距從何而來，讓我們依序看下去。
空中存在肉眼看不見的「電位坡度」
即使是沒有下雨的平靜日子，空氣中也存在電位坡度。地面帶負電，而遠在高空、容易導電的那一層，電位據說比地面高出約25萬伏特。
把這段距離平均下來，靠近地面處大約每1公尺傾斜100～150伏特。也就是說，我們的頭和腳之間也存在100伏特以上的電位差。不過因為身體很容易導電，所以我們什麼也感覺不到。
重要的是，在尖銳物體的頂端，這個坡度會變得陡峭。如圖1左側所示，草尖或樹枝的尖端，會聚集電力線。蜘蛛在飛起前特地爬上草尖或籬笆頂端，或許正是因為牠們選中了這樣的地方。
蜘蛛感知電力後起飛，靠輕巧取勝
2018年，英國的研究人員做了一項實驗。他們把蜘蛛放進一個不會有風吹進來的箱子裡，製造出與晴天空中相同程度的電位坡度。
通電之後，蜘蛛把腳撐直、把尾部高高舉起，吐出蜘蛛絲——這是起飛前固定的姿勢。接著，即使沒有風，牠也輕飄飄地浮了起來。切斷電力後，蜘蛛就落了下來。
蜘蛛的腳上長著極細的感覺毛。研究也證實，這些毛會在電位坡度中像被撐起來一樣擺動。因此推測，蜘蛛不只靠風，還會「用腳」感知空中電力的狀態。
另一個關鍵因素是身體的輕巧。會飛的蜘蛛大多是體重約1毫克左右的小蜘蛛。體重這麼輕，即使蜘蛛絲上只帶著微弱的電力，也足以與重量抗衡。若換成體重60公斤的人類，在相同條件下需要6千萬倍的電力，這在現實中根本不可能。
起飛的蜘蛛吐出的不是一條絲，而是好幾條絲。這些絲不會纏在一起，而是像扇子一樣展開，這樣的現象已被觀察到。由於同種電力會互相排斥，這被認為是絲帶電的線索。
實驗顯示，熊蜂能用身上的毛感知花朵周圍的微弱電力，藉此分辨哪些花有蜜。人類完全感覺不到的空氣中的電，對這些小生物來說卻是有用的資訊。
總結
空中一直存在每1公尺約100伏特的電位坡度。小蜘蛛用腳上的毛感知這股電力，爬上草尖後吐出蜘蛛絲。帶電的蜘蛛絲會受到向上的力，只要身體約1毫克重，就能被拉起。一般認為，蜘蛛正是同時運用風與電力，完成長達數百公里的旅程。
支撐蜘蛛飛行的，不是翅膀，而是輕巧的身體。
身體越小，空中微弱的電力也能成為牠們的「翅膀」。
關於其他能感知電力的生物，也可以看看靠電力找出沙中獵物的鯊魚的故事。關於電力的累積，也整理在冬天靜電的文章裡。長途旅行生物的導航方式，則介紹於候鳥的文章中。
- 在秋天晴朗、風勢微弱的早晨，日出後不久，從側面眺望草原或田埂。有時陽光下能看見蜘蛛絲閃閃發光。
- 仔細觀察草尖或籬笆樁的頂端。如果有小蜘蛛把尾部朝上，那就是牠即將起飛前的姿勢。
- 用面紙摩擦墊板使其帶電，再靠近撕成細條的面紙束。可以看到細紙條像扇子一樣展開，或被吸過去的樣子，藉此確認越輕的東西越容易被電力帶動。
請只用眼睛觀察，不要抓蜘蛛。牠們起飛的瞬間往往只有幾秒鐘，耐心等待是訣竅。
想知道更多 ― 用語、公式與教科書的連結從國中理科到大學專業科目，明確標示每個內容屬於哪個程度
- 國中國中理科課程範圍
- 高中高中「物理基礎」「物理」課程範圍
- 高中＋高中進階內容，或教科書專欄等級的內容
- 大學高中不會教、屬於大學專業科目（大氣電學、感覺生理學）的內容
- 研究連大學都還不當作「定論」教授、研究人員正在調查中的內容
國中用語：這個現象是有名字的
- 飄囊（空中移動）：蜘蛛吐絲，藉此被帶到空中移動的行為。小蜘蛛藉此從出生地擴散開來。
- 大氣電場（電位梯度）：晴天空氣中存在的電位坡度。靠近地面處大約每1公尺100～150伏特。
- 感覺毛（毛狀感覺器）：蜘蛛腳上長的極細、極輕的毛。會因氣流或電位坡度而擺動，並將訊息傳給神經。
國中高中用公式確認看看：要讓蜘蛛浮起來，需要多少電力？
如果蜘蛛絲上帶的電所受到的向上的力，與蜘蛛的重量相等，蜘蛛就會浮起來。我們來求出這時所需的電量。
| 用符號寫 | q × E ＝ m × g （所以 q ＝ m × g ÷ E） |
| 用文字寫 | 電量 × 電位坡度的強度 ＝ 質量 × 重力加速度 |
| 這個公式從何而來 | 電場中電荷所受到的力（高中物理的「力 ＝ 電量 × 電場」）與重力的平衡 |
| q | 蜘蛛絲與蜘蛛所帶的電量（單位為庫侖） |
| E | 電位坡度的強度＝電場（單位為伏特每公尺） |
| m | 蜘蛛的質量（單位為公斤） |
| g | 重力加速度（約9.8，單位為公尺每秒平方） |
| 會飛的小蜘蛛質量範例 | 1毫克 ＝ 0.000001 kg |
| 靠近地面的電場（晴天） | 約100 伏特每公尺 |
| 草尖處增強的電場範例 | 1000 伏特每公尺（與實驗中使用的強度相近） |
| 用來比較的人類體重 | 60 kg |
| 蜘蛛的重量（N） | 0.000001 × 9.8 ＝ 0.0000098 |
| 靠近地面所需的電量（C） | 0.0000098 ÷ 100 ＝ 0.000000098 |
| 草尖處所需的電量（C） | 0.0000098 ÷ 1000 ＝ 0.0000000098 |
| 人類的重量（N） | 60 × 9.8 ＝ 588 |
| 人類在草尖處所需的電量（C） | 588 ÷ 1000 ＝ 0.588 |
| 人類需要的電量是蜘蛛的幾倍 | 0.588 ÷ 0.0000000098 ＝ 60000000 |
在草尖上的蜘蛛，只要約0.00000001庫侖（10奈庫侖）就能浮起。冬天摸門把「啪」一聲觸電時，人體帶的電量據說比這還多上數十倍。也就是說，這對蜘蛛而言是輕而易舉的量。相反地，人類需要6千萬倍的電量，根本不可能辦到。因為所需電量與體重成正比，所以能飛起來的，只有體型微小的生物。
高中高中＋電場與尖端的效應
高中放在電場中的電荷，會受到大小等於電量與電場乘積的力。這是由庫侖定律推導出來的關係。因為地面帶負電、高空帶正電，所以電場方向向下。帶負電的蜘蛛絲，則會被往相反的方向、也就是向上推。
高中＋在導電物體的尖銳頂端，電力線會集中，使電場增強。草或樹枝也與地面相連而能導電，因此推測在它們的頂端，電場會增強好幾倍。
大學大氣電學與蜘蛛的感覺毛
晴天時的電場稱為晴天靜電場（大氣電場），屬於大氣電學的研究範圍。一般用「全球電路」的概念來解釋：全世界的雷雨持續把電力送往電離層與地面之間，再由晴天地區緩緩向下流回地面。已用雷射測量毛的擺動方式，證實蜘蛛腳上的毛狀感覺器（trichobothria）非常輕，不只氣流，連電場也能使其改變方向。
📖 公式推導與更深入的內容：日文維基百科「大氣電學」條目 ／ 日文維基百科「庫侖定律」條目
研究目前還不清楚的地方
- 風與電，哪個才是主角？ 在野外，風與上升氣流的效應也很大，電力究竟佔多少比例，目前尚無定論。
- 蜘蛛絲是怎麼帶電的？ 有一種說法認為，是吐絲瞬間的摩擦使絲帶電，但在野外實際測量電量的案例極少。
- 究竟能飛多遠、多高？ 已知有在高空數千公尺被捕蟲網捕獲的案例，也有在遠離陸地的海面上被發現的案例。不過，單一隻蜘蛛實際飛行的路徑，目前還無法追蹤。
換句話說，本文的內容也是「目前所知範圍內」的解釋。電力所扮演的角色，才剛在2018年由實驗證實，今後隨著野外觀測的進展，看法也可能改變。
與教科書的連結（依程度分類）
| 程度 | 科目・單元 | 對應本文哪個部分 |
|---|---|---|
| 國中 | 理科2年級・靜電與電流 | 同種電力互相排斥、蜘蛛絲呈扇形展開 |
| 高中 | 物理・電場與電位 | 力 ＝ 電量 × 電場、與重量的平衡 |
| 高中＋ | 物理・導體尖端的電場 | 草尖處電場增強的原因 |
| 大學 | 大氣電學・感覺生理學 | 晴天靜電場、全球電路、毛狀感覺器 |
| 研究 | 行為生態學・生物物理學 | 風與電的分工比例、蜘蛛絲所帶電量 |
| ― | 與生活的連結 | 秋日早晨草原上的絲、小生物擴散分布的方式 |
- Morley, E. L. & Robert, D. (2018) Electric Fields Elicit Ballooning in Spiders. Current Biology 28
- 日文維基百科「大氣電學」條目
- 查爾斯・達爾文《小獵犬號航海記》（1839年。記錄了降落在外海船隻上的蜘蛛）
- Clarke, D. et al. (2013) Detection and learning of floral electric fields by bumblebees. Science 340
- Gorham, P. W. (2013) Ballooning spiders: the case for electrostatic flight.（預印本）
※本文為一般讀者取向的科普說明。文中數值僅為理解原理所用的參考概算值。蜘蛛的質量與電場強度，會因種類、地點與天氣而有很大差異。