Итак, мы начинаем составлять список способов, позволяющих животным оторваться от земли при воздействии силы тяжести. Самый простой и наименее трудоемкий способ оторваться от земли: нужно впасть в другую крайность, чем легендарная птица Рух или реальные страус и фороракос. Не будь большим. Будь маленьким.
Глава 4Маленьким летать проще
Жаль, что феи из Коттингли оказались выдумкой, поскольку, в отличие от ангелов, Бурака и Пегаса, этот маленький народец был как раз нужного размера, чтобы летать без затруднений. Чем ты больше, тем труднее летать. Если ты маленький, словно зернышко пыльцы или мошка, тебе не приходится даже напрягаться – тебя подхватит ветерок, и все. Но если ты большой, как лошадь, полет требует колоссальных усилий, если вообще возможен. Почему размер имеет значение? По одной любопытной причине. Обратимся к математике.
Если увеличить вдвое любой габарит предмета, увеличив пропорционально и остальные габариты, можно предположить, что его объем и вес тоже возрастут вдвое. Но на самом деле предмет станет тяжелее в 8 раз (2×2×2). Такое масштабирование применимо к предметам любой формы, в том числе к людям, птицам, летучим мышам, самолетам, насекомым и лошадям, но особенно это наглядно на примере детских кубиков. Возьмите один кубик. Теперь составьте несколько кубиков, чтобы получился предмет той же формы, но с ребром вдвое больше. Сколько маленьких кубиков в большом кубике? 8. Кубик с ребром вдвое больше исходного весит в 8 раз больше, а форма у них одинаковая.
У МАЛЕНЬКИХ ПРЕДМЕТОВ ОТНОСИТЕЛЬНО БОЛЬШАЯ ПЛОЩАДЬ ПОВЕРХНОСТИ
Если пропорционально увеличивать какой-то предмет, то его объем и, следовательно, вес увеличиваются более резко, чем площадь поверхности. Особенно это очевидно на примере кубиков, однако на самом деле этот закон относится к любым предметам, в том числе к животным.
Если вы попробуете составить кубик с ребром втрое больше, вам нужно будет 27 кубиков – 3×3×3, или 33. Если же выстроить куб с ребром в десять раз больше, у вас, скорее всего, кончатся кубики, поскольку 103 – это целая гора кубиков (1000).
Возьмите предмет любой формы и умножьте его размеры на какое-то число, чтобы пропорционально увеличить его. Объем масштабированного предмета, как и вес, в таких случаях всегда увеличивается на куб этого числа. Эта формула применима не только к кубикам, но и к предмету любой формы, который вам зачем-то нужно масштабировать. Однако, хотя вес увеличиваемого предмета растет как куб, площадь поверхности растет лишь как квадрат. Посчитайте, сколько краски нужно, чтобы покрасить один кубик. Теперь масштабируйте кубик – постройте куб побольше со стороной в два единичных кубика. Сколько вам потребуется краски, чтобы покрасить его? Не вдвое больше и не в 8 раз больше, а всего в 4 раза больше краски. Теперь сделайте куб со стороной в 10 единиц – 10 кубиков по всем измерениям. Мы уже знаем, что такой большой куб весит в 1000 раз больше единичного, потребуется в 1000 раз больше дерева, краски всего в 100 раз больше. Таким образом, чем ты меньше, тем больше отношение площади твоей поверхности к твоему весу. Мы еще поговорим о площади поверхности и о том, почему это так важно, в следующей главе. А пока достаточно сказать, что большая поверхность захватывает больше воздуха.
Продолжим полет воображения: представим себе ангела как человека с крыльями, масштабированную фею. Архангела Гавриила принято изображать примерно того же роста, что и обычного человека – скажем, 170 сантиметров. Примерно в 10 раз больше, чем фея из Коттингли. Значит, Гавриил тяжелее феи не в 10, а в 1000 раз. Только подумайте, насколько больше работы пришлось бы проделать крыльям, чтобы поднять в воздух ангела. А масштабированные крылья были бы по площади не в 1000 раз больше, а всего в 100.
ЗАДУМЫВАЛСЯ ЛИ ЛЕОНАРДО, НЕ МАЛОВАТЫ ЛИ КРЫЛЬЯ ГАВРИИЛА?
“Благовещение”, но с крыльями, которые достаточно велики, чтобы Гавриил мог подняться в воздух. Но даже если так, где архангел прячет мощные грудные мышцы, необходимые, чтобы двигать крыльями? Н где у него “киль” на грудине, к которому крепятся эти мышцы? Леонардо слишком хорошо знал анатомию, чтобы не задумываться об этом.
Если вы бывали в галерее Уффици во Флоренции, вы видели восхитительно прекрасное “Благовещение” Леонардо да Винчи. На нем у архангела Гавриила на удивление маленькие крылышки. Ими было бы трудно поднять даже младенца, не то что Гавриила размером со взрослого человека (даже женственно-хрупкого, каким изобразил его Леонардо). К тому же предполагают, что сначала Леонардо написал крылья еще меньше, а позднее их увеличил какой-то другой художник. Но увеличил недостаточно. Мы подправили репродукцию, чтобы крылья больше соответствовали своему предназначению. Увы, это, мягко говоря, навредило красоте картины. Крылья нелепо торчат из рамы.
КРОШКА-КОЛИБРИ С МОЩНЫМ КИЛЕМ
Взгляните, как велик киль на грудине даже у такой маленькой птички. Он должен быть большим, чтобы держать летательные мышцы, обслуживание которых обходится дорого.
В отличие от всего полотна, проработанного с необычайной тонкостью, место, где крепятся крылья, на картине прописано так неуклюже, словно мастера самого смущала нелепость этой идеи. “Где же ангелы прячут мощные летательные мышцы, без которых им не обойтись? – думал, должно быть, великий анатом. – И где грудная кость, к которой они крепятся?”
Если бы живописец изобразил необходимый киль, он торчал бы довольно далеко в сторону стола, за которым сидит Дева Мария. Пегасу потребовался бы еще более массивный киль, поскольку он конь и весит гораздо больше. Киль Бурака задевал бы землю, когда несчастное создание пыталось бы ходить. Посмотрите на относительно большой киль колибри – эта маленькая птица летает отменно, и насколько массивнее должен быть киль Пегаса! Правда, у летучих мышей нет киля, но у них увеличены и укреплены другие кости грудной клетки, выполняющие ту же задачу.
Ясно, что крылья леонардовского Гавриила слишком малы. Но насколько точно мы можем вычислить размер крыльев, которые потребовались бы живому существу размером с человека, чтобы летать? Было бы проще, если бы мы, подобно создателям “Боинга” и “Аэробуса”, могли бы прибегнуть к расчетам для летательного аппарата с неподвижными крыльями. Но и тогда было бы трудно. Между тем форма живого крыла меняется ежесекундно, при взмахе крыло описывает сложную траекторию, а возникающие при этом воздушные завихрения еще сильнее усложняют расчеты. Пожалуй, проще всего отказаться от теоретических выкладок и посмотреть, есть ли на планете птицы размером с человека.
Все самые крупные современные птицы – нелетающие, вроде страусов. Но среди вымерших было несколько летающих в той же весовой категории, что и человек. Например, гигантская морская птица пелагорнис (Pelagornis). Вероятно, она вела тот же образ жизни, что и альбатрос, и летала так же, поэтому у нее были такие же узкие крылья, но вдвое длиннее. В отличие от альбатросов, у пелагорнисов были выступы по краям клюва, которые выглядели как зубы и, по-видимому, служили зубами – помогали захватывать рыбу и удерживать ее. Вскоре мы увидим, что альбатросы обеспечивают себе подъемную силу особым хитроумным образом и задействуют для этого воздушные потоки, движущиеся по касательной к волнам, и пеларгонисы, вероятно, поступали так же. Размах крыльев у пелагорниса был около шести метров.
САМЫЕ КРУПНЫЕ ЛЕТАЮЩИЕ ПТИЦЫ В ИСТОРИИ ПЛАНЕТЫ
Вымершие пелагорнис и аргентавис с парашютистом для масштаба.
Еще крупнее пелагорнисов или по крайней мере тяжелее, но с тем же размахом крыльев были аргентависы – их латинское название Argentavis magnificens переводится как “великолепная аргентинская птица”, что вполне отражает суть. Вероятно, они были родственниками современного андского кондора, тоже могучей огромной птицы (увы, сейчас на грани вымирания), только аргентависы были значительно крупнее. Они весили около 80 кг, но существенная доля веса приходилась на сами крылья. Они у аргентависа были не такие изящные, как у альбатроса или пелагорниса, и скорее прямоугольные, как у кондора. И гораздо больше по площади, ведь они должны были нести птицу, которая весила больше 10 альбатросов. По оценкам, площадь крыльев у аргентависа составляла приблизительно 8 м2, то есть как у современного спортивного парашюта. Разумно предположить, что аргентависы в основном парили и поднимались на восходящих воздушных течениях, как и современные кондоры и грифы.
ВЕРОЯТНО, КЕТЦАЛЬКОАТЛЬ БЫЛ САМЫМ КРУПНЫМ ЛЕТАЮЩИМ ЖИВОТНЫМ НА ЗЕМЛЕ
Разумеется, кетцалькоатль никогда не встречался с жирафами, их разделяет около 70 миллионов лет. Но если бы они встретились, то смогли бы посмотреть друг другу прямо в глаза.
Только представьте, как жираф взмывает в воздух!
Пожалуй, самым крупным летающим животным в истории был птерозавр Quetzalcoatlus – кетцалькоатль. Птерозавры составляли многочисленную группу летающих рептилий, которых принято называть птеродактилями, хотя на научном языке так называется конкретная разновидность птерозавров гораздо мельче кетцалькоатлей. Строго говоря, птерозавры – не настоящие динозавры, но родственны им и исчезли примерно одновременно с ними во время великого вымирания в конце мелового периода.
Кетцалькоатли были чудовищных размеров. Размах крыльев у них достигал 10-11 метров, что сравнимо с самолетами “Пайпер Каб” и “Сессна” и больше любой птицы. Выпрямившись во весь рост, кетцалькоатль мог бы посмотреть прямо в глаза жирафу. Вероятно, он и в самом деле стоял, выпрямившись во весь рост, опираясь на задние лапы и на суставы сложенных крыльев. Правда, благодаря полым костям кетцалькоатль весил вчетверо меньше жирафа.
Кетцалькоатль задал верхний предел размеров, при которых возможно летать при помощи мышечной силы. Думается, он предпочитал парить, стартуя откуда-нибудь с высоты и подолгу оставаясь в воздухе, а если ему требовалось взлететь с земли, это, вероятно, было нелегко. Похоже, кетцалькоатль пользовался мощными передними конечностями, чтобы набрать высоту. Интересно, как такая длинная шея выдерживала в полете вес массивной головы? Недавние исследования показывают, что кости шейных позвонков были в основном полыми, а от трубки, по которой проходил спинной мозг, расходились укрепляющие распорки вроде спиц на велосипедном колесе.