НЕПОДВИЖНЫЕ, КАК ПОЛЯРНАЯ ЗВЕЗДА?
Чернильные отпечатки лапок индиговых овсянковых кардиналов на стенках воронки Эмлена показывают, в каком направлении птица желает мигрировать (масштаб не соблюден).
Эмлен был в выгодном положении – он имел возможность поместить клетку с воронкой в планетарий. Он проделал серию увлекательных опытов с искусственной картой звездного неба, которую так или иначе изменял. Таким образом он сумел доказать, что индиговые овсянковые кардиналы и правда ориентируются по звездам, особенно по звездам поблизости Полярной звезды, в том числе по созвездиям Большой Медведицы, Цефея и Кассиопеи (не забывайте, эти птицы живут в Северном полушарии).
Пожалуй, самым интересным из экспериментов Эмлена в планетарии был ответ на вопрос, откуда птицы знают, на какие звезды ориентироваться. Эмлен не верил, что карта звездного неба передается птицам по наследству. Он считал, что молодые птицы перед перелетами долго наблюдают вращение неба по ночам и усваивают, что один его участок практически неподвижен, поскольку звезды в нем находятся близко к оси вращения. Этот метод помогал бы им, даже если бы Полярной звезды не существовало: они все равно узнавали бы тот участок неба, который сохраняет неподвижность, и это был бы север. Или юг, если речь идет о птицах Южного полушария.
Свою мысль Эмлен проверил при помощи изобретательного эксперимента. Он вырастил птенцов, а пока они росли, показывал им звезды только в планетарии. Одни птицы видели в планетарии ночное небо, вращавшееся вокруг Полярной звезды. Осенью их проверили в клетке-воронке, и они показали, что предпочитают нормальное направление миграции. Другую группу птенцов растили по-другому: они тоже видели только звезды из планетария, но Эмлен отрегулировал механизм так, что ночное небо вращалось не вокруг Полярной звезды, а вокруг Бетельгейзе, другой яркой звезды (левое плечо Ориона, если вы живете в Северном полушарии, и его правая нога – если в Южном). Когда в дальнейшем этих птиц поместили в клетку-воронку, они относились к Бетельгейзе как к настоящему северу и, ориентируясь по ней, предпочитали неверное направление.
Но следует подчеркнуть, что карта и компас – это разные вещи. Чтобы лететь, предположим, на юго-запад, нужен только компас. Но почтовому голубю одного компаса мало, нужна еще и карта. Почтовых голубей сажают в корзину, увозят куда заблагорассудится и выпускают. И они летят домой с такой скоростью, что у них наверняка должен быть способ понять, где их выпустили. Более того, ученые, ставившие опыты с почтовыми голубями, не просто учитывали, удалось ли птице благополучно попасть домой. Нередко, выпустив птицу, они следили за ее полетом в бинокль и отмечали, в каком направлении она летела, когда скрылась из виду. Почтовые голуби в большинстве случаев исчезали в направлении дома, даже если были так далеко, что не могли пользоваться знакомыми ориентирами.
“Я ЗНАЮ, ГДЕ Я, И ЗНАЮ, КУДА ЛЕЧУ”[4]
Почтовому голубю нужен не только компас, но и карта.
До изобретения радио военные при помощи почтовых голубей обменивались сообщениями. Во время Первой мировой британская армия устраивала голубятни в переделанных лондонских автобусах. Во время Второй мировой немцы выпускали специально обученных ястребов, чтобы перехватывать британских почтовых голубей. Это стало началом орнитологической битвы – британские военные получили приказ отстреливать ястребов.
Итак, компаса почтовому голубю недостаточно. Прежде всего птице нужно понять, где она находится. Вообще любой перелетной птице нужна карта, чтобы сверяться с ней, если ветер собьет ее с курса. Более того, исследователи нарочно мешали перелетным птицам следовать курсом – ловили их во время перелета и выпускали в другом месте – например, на 150 километров восточнее. Птицы вместо того, чтобы продолжать лететь по компасу, из-за чего они оказались бы на 150 километров восточнее точки назначения, все равно умудрялись попасть в место назначения. Вероятно, умение корректировать курс впоследствии эволюционировало у птиц в умение находить дорогу домой задолго до того, как люди изобрели корзины, машины и поезда.
Предлагались самые разные теории птичьих “карт”. Несомненно, для опытных птиц важны ориентиры на местности. Есть данные, что для них значимы и запахи – тоже своего рода ориентиры. Теоретически они могли бы пользоваться инерционной навигацией, но это не очень практично. Когда сидишь в машине, даже если у тебя завязаны глаза, чувствуешь, как она разгоняется и тормозит (однако равномерное движение не ощущается, напоминает нам Эйнштейн), в том числе при смене направления. Можно представить, что голубь, сидящий в темной корзине, складывает в уме все разгоны и торможения, все левые и правые повороты, пока машина везет его из родной голубятни туда, где его предстоит выпустить. Теоретически птица могла бы после этого вычислить, где находится место, где его выпустили, относительно родной голубятни.
Теорию инерционной навигации проверил ученый Джеффри Мэтьюз. Он посадил голубей в светонепроницаемый барабан и вращал его все время, пока вез их из голубятни к месту, где намеревался выпустить. Даже после пережитого бедняжки сумели найти дорогу домой. Это делает теорию инерционной навигации маловероятной. Здесь я должен вступиться за ученого. В одной популярной книге предполагалось, что это экспериментальное устройство было передвижной бетономешалкой – наверняка вы видели, как они мерно вращаются на шасси грузовика. Этот яркий образ вполне соответствует чувству юмора доктора Мэтьюза, но на самом деле устройство выглядело не так.
А ЕСЛИ МОРЕХОДЫ ЗАНОВО ОТКРЫЛИ ТЕХНОЛОГИЮ, ИЗВЕСТНУЮ ПТИЦАМ?
Может быть, почтовые голуби применяют что-то похожее на морской секстант? Это не самая глупая мысль, но она нуждается в более надежных доказательствах.
Люди умеют рассчитывать свое местоположение по результатам астрономических измерений. Мореходы издавна для этого применяли секстанты. Во время Второй мировой войны мой дядя, которому не разрешалось знать, где сейчас находится его подразделение, проявил недюжинную смекалку и смастерил секстант, чтобы выяснить секретные сведения. Его едва не арестовали как шпиона.
УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫЙ МОРСКОЙ ХРОНОМЕТР ХАРРИСОНА
Какая тонкость деталей, какая отточенная сложность механизма – и каждое крошечное усовершенствование устраняет погрешность еще в несколько миль, которая могла бы стать роковой ошибкой в навигации! Казалось бы, перелетным птицам такая точность не нужна (им не грозит кораблекрушение), но как же они ее добиваются?
Секстант – это инструмент, измеряющий угол между двумя точками, например, между солнцем и горизонтом. Зная этот угол в локальный полдень, можно вычислить свою широту, но при этом надо знать, когда именно настает локальный полдень, а это зависит от долготы. Если у тебя есть точные часы, которые показывают точное время на какой-то опорной долготе, например, на Гринвичском меридиане (или в родной голубятне, если ты голубь), их показания можно сравнить с местным временем, и это теоретически позволит вычислить свою долготу. Но откуда голубь знает, который час в точке, где он находится?
Тот же Джеффри Мэтьюз предположил, что птицы замечают не только высоту солнца, но и его дуговое движение за отрезок времени. Для этого им необходимо некоторое время наблюдать за солнцем, чтобы экстраполировать дугу. Казалось бы, маловероятно, но эксперименты Эмлена показывают, что молодые овсянковые кардиналы проделывают что-то похожее, когда определяют, какой участок неба находится в центре вращения. А ученик Мэтьюза Эндрю Уайтен провел в лаборатории эксперименты на голубях, результаты которых показали, что эти птицы вполне способны на такие же чудеса наблюдательности.
Экстраполируя дугу видимого движения солнца, голуби теоретически могли бы рассчитать, где будет (или было) солнце в самой высокой точке в локальный полдень. Мы уже знаем, что высота солнца в зените указывает им, на какой широте они находятся. А горизонтальное угловое расстояние от предполагаемого зенита указывает на локальное время. Если они сравнят это локальное время со временем на своих внутренних часах, то есть со временем в родной голубятне (личным Гринвичем), это даст им долготу.
Увы, даже крошечная погрешность часов приводит к большим ошибкам в навигации. Великий мореплаватель Фернан Магеллан в свое первое плавание вокруг света взял 18 песочных часов. При использовании их в навигации погрешность была огромной. В XVIII веке британское правительство объявило конкурс с солидной денежной премией тому, кто изобретет морской хронометр – точные часы, которые не отставали бы и не забегали бы вперед даже в качку, которую маятниковые часы не выдерживают. Награду получил йоркширский плотник Джон Харрисон. И хотя у почтовых голубей действительно есть внутренние часы, они не идут ни в какое сравнение ни с хронометром Харрисона, ни даже с песочными часами Магеллана. С другой стороны, перелетной птице, возможно, и не нужна такая точность, как мореходу, который из-за неверных расчетов рискует угодить на рифы.
Чтобы разгадать загадку дальних перелетов птиц, были предложены и другие астрономические теории, такие же общие, как и гипотеза Мэтьюза.
Какими еще картами могут пользоваться птицы? Возможно, картами, основанными на магнетизме: известно, что по ним ориентируются акулы. У разных точек поверхности Земли свои магнитные характеристики. Поясню на наглядном примере. Эта теория опирается на то, что магнитный северный полюс (или южный) не вполне совпадает с истинным Северным полюсом (или Южным). Магнитный компас измеряет магнитное поле Земли, которое лишь приблизительно согласуется с осью вращающейся планеты. Это расхождение между магнитным и истинным севером называется магнитным склонением, и все пользователи компасов, которым нужна точность, вынуждены его учитывать. Магнитное склонение разное в зависимости от места (и времени: из-за движения ядра Земли магнитные полюса с течением столетий иногда меняются местами). Если вы можете измерить склонение, например, измерив угол между Полярной звездой и стрелкой магнитного компаса, указывающей на север, значит, вы можете вычислить, где вы находитесь (также опираясь на интенсивность магнитного поля). Это и будут магнитные характеристики, которые мы ищем.