Журнал Наука и жизнь, 1980 № 01

Две тысячи километров насчитывает отрезок над пустыней — он кончается на широте озера Чад. В воздухе путь идет над древними караванными дорогами — для этого у птиц есть серьезные основания. На караванных путях хотя и редко, но разбросаны оазисы, которые могут послужить, если стае понадобится аварийное приземление. В свою очередь, бедуины стараются кочевать, придерживаясь направлений, избранных птицами: они обязательно приводят к оазису.

В последние годы караванные пути привлекают птиц еще одной возможностью — укрыться от бурь: кузова разбитых автомобилей, которых теперь немало валяется у дорог, бесчисленные канистры, ящики и прочее, чем засоряет ныне человек пустыню, служат стаям пристанищем во время песчаных бурь. Птицы хорошо освоили эти новые элементы ландшафта. Один из исследователей — пустыни однажды где-то на дороге остановил свой автомобиль и вышел из него. Вдруг два десятка птиц спикировали через открытую дверцу внутрь машины. Потом еще и еще в дверь и окна врывались стайки птиц. Ученый поторопился к машине и едва нашел себе место — так быстро в нее набивались пичуги… Вскоре началась песчаная буря. Ее приближение птицы чувствуют заблаговременно. Но хорошо, если есть где спрятаться. Самумы губят иногда многие тысячи птиц. Высохшие тельца служат пищей лисицам и другим мелким животным пустыни.

Катастрофы при встрече с песчаной бурей, по-видимому, служат причиной того, что, например, ласточки пересекают пустыню маленькими стайками — по 15–30 птиц. Если бы они летали стаями в десятки тысяч, первая же встреча с самумом могла бы уничтожить целую популяцию. Весной они так же возвращаются малыми группками с большими интервалами. Отсюда, видно, и поговорка: «Одна ласточка весны не делает».

Целая цепь любопытных фактов стала достоянием науки после того, как один из исследователей решил с помощью радиолокаторов проследить путь стаи стенолазов от места их гнездования. Птицы удивили наблюдателя тем, что из района Цюриха направились не прямо на юг, к Африке, а взяли курс на северо-запад — в сторону Парижа. Что случилось? Потеряли стенолазы способность к ориентации?

Вскоре радио сообщило, что в Северной Италии, над которой должна была бы пролетать стая, разыгралась непогода. Исследователь предположил, что стенолазы обладают способностью необыкновенно тонко чувствовать изменение состояния атмосферы, благодаря чему могут издалека, заранее определять опасное для них ненастье. Эти быстролетные птицы, находясь над северными отрогами Альп, еще в зоне хорошей погоды, знали, что обычный маршрут приведет их в район урагана и ливня.

Все другие перелетные сделали в Северных Альпах вынужденную посадку; стенолазы же, пользуясь своей способностью развивать скорость до 90 километров в час, повернули на северо-запад, чтобы обойти фронт плохой погоды. Они пролетели над Францией, Северной Испанией, Средиземным морем и Тунисом. Любопытная деталь: несмотря на протяженные обходные маневры, лишь бы не лететь через непогоду, стенолазы не теряют генерального направления на юг, в Африку.

И так везде, где на их пути оказывается плохая погода, стенолазы обходят ее широкими дугами. Это не просто каприз птиц, любящих солнечное небо. Это жизненная необходимость, поскольку стенолазы добывают свой корм исключительно в воздухе — они питаются летающими насекомыми. Благодаря этому стенолазы имеют важное преимущество перед другими птицами — они кормятся на лету, не делая для этого остановок. Но именно эта же особенность делает стаю стенолазов жестко зависимой от погоды: когда поднимается сильный ветер или начинается дождь, насекомые прячутся в укрытия — корм уходит из воздуха. Некоторые насекомые, правда, спускаются ниже, летают над землей. Это добыча ласточек: стенолазы летают быстрее их, но менее проворны и не рискуют охотиться у поверхности земли. Длительное, без перерывов пребывание в воздухе выработало у этих птиц способность спать в полете, планируя на высоте порядка двух километров.

Аист.

Эту потребность кормиться на лету труднее удовлетворить летом в Европе, где птицы вьют гнезда и выводят птенцов. Потомство вроде бы привязывает родителей к одному месту, однако если погода в районе гнезда становится очень плохой, стенолазы покидают птенцов и улетают за кормом порой за сотни километров в солнечные места. Когда «дома» погода устанавливается, родители возвращаются к сверим проголодавшимся детям. Иногда они вынуждены отсутствовать по нескольку дней.

Способность стенолазов и других птиц прогнозировать погоду — жизненно необходимое свойство. Многие виды давно бы вымерли, если бы не умели уклоняться от встречи с губительными бурями.

Солнечный зайчик остро сверкнул на неспокойной глади моря и через мгновение поблек, расплылся вязью зыбких бликов. Сквозь тонкий, мягко волнующийся слой прибрежной воды солнечные лучи чертят на гладком дне непрестанно сменяющиеся световые узоры.

Эти световые письмена удалось расшифровать совсем недавно, хотя ключом к их расшифровке ученые владели, казалось бы, давно. Этот ключ — законы преломления и отражения света, дифракции и интерференции световых волн. Со школьных лет нам запомнились рисунки из учебника по физике из раздела «Оптика»: световые лучи собираются в фокусе, преломившись в линзе, отразившись в вогнутом зеркале. В достоверности таких рисунков мы не сомневаемся, мы уверены, что за ними стоят строгие математические расчеты, предписывающие, какими по форме должны быть линзы и зеркала, чтобы лучи света собрались в одной точке.

Но вот вопрос: если такие математические предписания и существуют, удастся ли воплотить их в реальных оптических системах? А если даже и удастся, способны ли реальные оптические конструкции навсегда сохранить неизменной желательную форму? Тот же свет, упав на зеркало, чуточку нагрел его — и его идеальная форма исказилась, а пучок отраженных лучей, пусть даже и сходившийся когда-то в одной точке, уже рассыпался… Как теперь описать его строение? И какие возможные конфигурации может вообще принять пучок лучей, отраженных в реальных поверхностях, преломленных в реальных средах?

Одна из простейших возможностей представлена схемой. Лучи, отраженные от фокусирующего зеркала, в районе предполагаемого фокуса складываются в характерное, так называемое каустическое острие. В общем виде строение такой световой поверхности было выяснено еще в прошлом веке, рассчитать же его математически стоило немалых трудов. Без ответа оставался вопрос: какие поверхности такого рода возможны еще?

Ответ на этот вопрос помог дать один из разделов современной математики, который создали в недавние годы советский ученый В. И. Арнольд, французский математик Р. Том и другие. С легкой руки своих создателей это направление математических исследований стало именоваться теорией катастроф. (О ней наш журнал рассказывал в № 12 за 1977 год.) Описать же возникающий узор световых пятен позволил математический метод, разработанный советским теоретиком В. П. Масловым. В область оптических и радиофизических явлений выводы этих теорий впервые перенесли научные сотрудники Московского физико-технического института Д. С. Лукин и Е. А. Палкин [5] 4 С 1966 года — независимое государство Гайана ( Прим. ред .). и одновременно с ними это сделал работающий в Бристоле М. В. Берри.