Дэвид Барри - Супернавигаторы. О чудесах навигации в животном мире

Как мы уже говорили, Китон обнаружил, что птицы из корнеллских голубятен, которых выпускали в районе Джерси-Хилл, обычно разлетались в случайных направлениях, и лишь около 10 % из них в конце концов добирались до дому. В районе Кастор-Хилл дело обстояло иначе, но не менее странно. Птицы, выпущенные там, летели обычно в одном и том же направлении, но оно часто бывало неверным. С еще одного места выпуска, близ Уидспорта, птицы почти неизменно находили верный путь к дому, но в одном исключительном случае им это не удалось. Можно ли было объяснить все эти странные результаты какой-нибудь одной причиной?

Инфразвук генерируют разнообразные природные явления, в том числе морские штормы и наземные торнадо, а также взаимодействие сильных ветров с элементами рельефа, например горами. Еще одним его источником является морской прибой. Однако особенно важную роль играют стоячие волны в открытом море. Подобные устойчивые волновые картины возникают на поверхности чашки кофе, если ею несколько раз подряд стукнуть по столу; стоячие волны находятся в основе тонов, которые издают музыкальные духовые инструменты.

Стоячие волны, заинтересовавшие Хагструма, имеют гораздо более крупные масштабы. Они порождаются усиливающей интерференцией огромных ветровых волн, образованных штормами или ураганами в открытом море, и возникают, когда две серии волн одинаковой частоты, распространяющиеся в противоположных направлениях, сталкиваются друг с другом. Такие стоячие волны вызывают колебания атмосферного давления (называемые микробаромами ), которые могут распространяться вверх до самой стратосферы.

На этой высоте температурные градиенты и быстрые воздушные течения могут изгибать их к поверхности земли, от которой они снова отражаются вверх. Повторяясь: этот процесс создает «волновод» — своего рода акустический канал, — по которому микробаромы могут распространяться на большие расстояния.

Но это еще не все. Те же стоячие волны порождают также похожие на землетрясение мельчайшие вибрации находящегося под ними океанского дна (так называемые микросейсмы ). Они распространяются вовне и в конце концов могут быть зарегистрированы сейсмометрами в самом центре континентальных массивов суши. На самом деле порожденные этими океанскими источниками микросейсмы и микробаромы создают, соответственно, в земной тверди и в атмосфере почти непрерывный фоновый инфразвуковой гул с частотой порядка 0,2 Гц и периодом около шести секунд. Они сильно затрудняют работу ученых, пытающихся обнаружить другие важные явления, например дальние землетрясения или сигналы, порожденные ядерными испытаниями.

Хагструм предположил, что голуби способны слышать инфразвук, возникающий в результате слабых колебаний поверхности суши, и именно эта способность лежит в основе их необычайных талантов в нахождении дороги домой. Точнее говоря, он считает, что каждый голубь научается ассоциировать свою голубятню с определенной инфразвуковой сигнатурой, или акустическим рисунком, которая определяется окружающими ее элементами рельефа. Он не уверен, что именно играет в этом процессе более важную роль — микробаромы, распространяющиеся в воздухе, или микросейсмы, проходящие сквозь землю и поднимающиеся в атмосферу (хотя имеющиеся данные по большей части говорят в пользу второго варианта — см. ниже).

Во всяком случае, окрестность голубятни издает характерный звук, подобный тону колокола (только гораздо более низкий и совершенно неслышный для нас). Звук такой сверхнизкой частоты распространяется в воздухе на огромные расстояния и может служить маяком, который позволяет голубю прокладывать точный курс к дому — в нормальных обстоятельствах.

Но если этот звук отклоняется градиентами температуры воздуха или элементами рельефа, у голубя возникают затруднения, и именно с этим, по мнению Хагструма, было связано необычное поведение птиц в Джерси-Хилл, Кастор-Хилл и Уидспорте.

При помощи компьютеризованной системы моделирования атмосферы Хагструм сумел показать, как распределение температур и ветров в атмосфере, а также изменения погоды и физическая форма рельефа влияют на распространение инфразвука. Эти факторы могут приводить к возникновению локальных «зон тишины», или зон акустической тени, попав в которые голуби не слышат характеристических звуков, издаваемых окрестностями их голубятни.

Во время Гражданской войны в Соединенных Штатах зоны акустической тени порождали серьезные проблемы. Военачальники обеих сторон часто держали значительные силы в резерве и вводили их в бой только тогда, когда по шуму битвы становилось понятно, что их участие в ней необходимо. Однако, хотя эти войска находились рядом с полем боя, иногда они ничего не слышали. Вероятно, именно из-за такой акустической тени генерал Улисс Грант не смог вовремя послать подкрепления своему подчиненному, генералу Роузкрансу, в сражении под Иукой 19 сентября 1862 года. Гром орудий до него попросту не доходил [257] См.: Grant, U. S. (1895), Personal Memoirs of U. S. Grant. Sampson Low, ch. 28. Другие примеры: www.nellaware.com/blog/acoustic-shadow-in-the-civil-war.html. .

Модели атмосферы показали, что странная дезориентация корнеллских голубей, выпущенных в Джерси-Хилл, могла быть вызвана акустической тенью. В нормальных условиях инфразвук из Корнелла не доходит до Джерси-Хилл. Однако был один-единственный случай, в котором птицам из Корнелла все же удалось добраться до дома из этого места. Хагструм продемонстрировал, что необычные погодные условия этого дня могли радикально изменить характер распространения инфразвука из Корнелла. Поэтому у птиц, находившихся в Джерси-Хилл, была в этот день необычайно хорошая акустическая связь с Корнеллом, и они смогли — в кои-то веки — найти маяк своей голубятни [258] Hagstrum, J. T. (2013). ‘Atmospheric propagation modeling indicates homing pigeons use loft-specific infrasonic ‘map’ cues’, Journal of Experimental Biology, 216 (4). P. 687–699. .

В то же время дезориентация птиц в Кастор-Хилл и Уидспорте, возможно, была результатом того, что инфразвуковые сигналы поступали с нескольких направлений сразу благодаря изменениям погодных условий и элементам рельефа, которые способствовали их распространению в разных направлениях. Некоторые из других редких аномалий, выявленных на основе данных Китона, даже можно объяснить интерференцией инфразвука, порожденного торнадо и ураганами, зарегистрированными в соответствующие дни.

В качестве возражения гипотезе Хагструма часто приводят тот аргумент, что уши голубя расположены так близко друг к другу, что эта птица никак не может извлекать какую бы то ни было полезную ориентационную информацию из низкочастотных звуков, длина волны которых составляет километр или больше. Если бы птица не могла двигаться, это возражение было бы справедливым, но, летая кругами или петлями, голубь может искусственно увеличить размеры своего слухового аппарата. А при помощи эффекта Доплера он может определить, с какой стороны к нему приходит характеристический звук родной голубятни [259] Quine, D. B., & Kreithen, M. L. (1981). ‘Frequency shift discrimination: Can homing pigeons locate infrasounds by Doppler shifts?’, Journal of Comparative Physiology, 141 (2). P. 153–155. . В точности тот же принцип, который называют апертурным синтезом, используется при проектировании радаров. Тот факт, что голуби часто летают кругами или петлями над местом выпуска и лишь потом направляются в сторону дома, согласуется с предположением, что они извлекают ориентационную информацию из инфразвука.