Ptice koje putuju, čiji je doseg zaista planetarne prirode, moraju se oslanjati na polja orijentacije globalnog karaktera, zbog temeljnih fizičkih svojstava svijeta i okolnog prostora. Osobito se puno nade za razumijevanje mehanizama orijentacije ptica selica stvorilo je geomagnetsko polje među ornitolozima, čija prisutnost razlikuje Zemlju od svih najbližih planeta Sunčevog sustava.
Mehanizmi migracije ptica
Uz određeni stupanj konvencionalnosti, Zemlju možemo zamisliti kao divovsku magnetiziranu kuglu. U svakoj se točki na površini svijeta nalazi magnetsko polje, čiji se smjer lako utvrđuje pomoću igle za kompas, koja je uvijek okrenuta prema magnetskom polu. Podsjetimo da su magnetski polovi planeta malo udaljeni od zemljopisnih polova nacrtanih na karti ili globusu kroz koje prolazi os rotacije Zemlje.
Strelica konvencionalnog kompasa pomiče se samo desno i lijevo, dakle, pokazuje smjer samo vodoravne komponente polja, usmjerene duž magnetskog meridijana do magnetskog pola Zemlje. Ali sile zemaljskog magnetizma djeluju ne samo u vodoravnoj ravnini, već i prema središtu planeta, odnosno magnetsko polje ima i vertikalnu ili, kako kažu, gravitacijsku komponentu. Ako bi se igla kompasa mogla kretati u svim smjerovima, uključujući gore i dolje, tada bi se njezin položaj primjetno promijenio dok se kreće od ekvatora prema polovima.
Na ekvatoru bio bi smješten strogo paralelno s površinom Zemlje, to jest, apsolutno vodoravno, usmjeren sa magnetiziranim krajem strogo prema sjeveru. Kako se odmiče od ekvatora, njegova bi odstupanja od horizontale postala vidljivija i konačno bi se na sjevernom polu strelica okrenula u središte planeta, odnosno podigla bi se okomito. Na južnom magnetskom polu, strelica će također zauzimati vertikalni položaj, ali magnetizirani „sjeverni“ kraj bit će okrenut strogo prema gore. Kompas koji ima takav uređaj može se koristiti ne samo za označavanje smjera prema sjeveru, već i za određivanje njegovog položaja na meridijanu, odnosno kao pokazatelja zemljopisne širine.
Hipoteza magnetske orijentacije ptica selica
Mogu li ptice koristiti zemaljski magnetizam na isti način kao što koristimo konvencionalni kompas, čija se strelica, poštujući horizontalnu komponentu magnetskog polja, uvijek okrenula prema sjeveru? Mogu li ptice osjetiti i cijeniti ovu komponentu? Hipotezu o magnetskoj orijentaciji ptica selica iskazao je akademik peterburške akademije A. Middendorf prije više od stotinu godina, međutim, stvarne mogućnosti za njezinu eksperimentalnu provjeru pojavile su se u znanstvenicima tek u posljednjim godinama.
Metoda proučavanja migracije ptica
Ispada da se golubovi sa spiralama napravljenim od tanke metalne žice na glavi s električnom strujom koja prolazi kroz njih iz minijaturnih baterija u eksperimentima u oblačnom vremenu nisu se dobro vratili kući. Za vedrog vremena koristili su poznati solarni kompas i samouvjereno krenuli prema golubici, nimalo žalosno što smjer magnetskih polja koja okružuju njihove glave nema ništa zajedničko s pravcem zemaljskog magnetizma.
U oblačno vrijeme, golubovi sa spiralama na glavi činili su velike pogreške prilikom crtanja staze i odletjeli su kamo god, dok golubovi bez spirale nisu imali primjetnih poteškoća. Do danas, postoji mnogo više dokaza o sposobnosti ptica da koriste magnetski kompas. Mnogo više sumnje uzrokuje sposobnost ptica da koriste gravitacijsku komponentu magnetskog polja kako bi odredile svoje mjesto.
Rotacija Zemlje i migracija ptica
U jednom trenutku čak se sugeriralo da ptice imaju navigacijske metode temeljene na upotrebi Coriolisovih snaga. Te sile nastaju uslijed rotacije globusa; oni se povećavaju u smjeru od pola do ekvatora u skladu s povećanjem brzine rotacije točaka smještenih na površini zemljine kugle. Globalne manifestacije Coriolisovih sila na planetarnom planu su ispiranje obala rijeka koje teku u meridijanskom smjeru i uvijanje gigantskih atmosferskih vrtloga. Upotreba ovih sila temelji se na dizajnu žirokompasa - uređaja koji se na bilo kojem položaju zrakoplova ili morskog plovila spontano postavlja duž zemljopisnog meridijana. Coriolisove snage prikladne su za određivanje zemljopisne širine unutar jedne hemisfere.
Ako dodamo još jedan pokazivač mjesta, na primjer, jednu od komponenti Zemljinog magnetskog polja, tada možemo dobiti željeni sustav iz dvije koordinate (zbog neusklađenosti između osi magnetizma i rotacije), što nam omogućava stvaranje magnetske karte gravitacije. Međutim, proračuni su pokazali da je Coriolisova sila kako bi je uočili ptice i dalje premala i, posebno, beznadno preklapaju se i maskiraju ubrzanja koja utječu na pticu u letu (pri polijetanju, tijekom ubrzanja ili usporavanja, i doista kada svaka promjena brzine leta ili položaja u prostoru).
Navigacija za ptice
Razlika između orijentacije kompasa i navigacije
Ići na cilj uključuje dvije komponente. Prvo, orijentacija kompasa - sposobnost dugog održavanja odabranog predmeta, a drugo, navigacija - sposobnost crtanja kursa između dviju točaka na temelju usporedbe njihovih koordinata, to jest, na karti spremljenoj u memoriji.
Razlike između jednostavne orijentacije kompasa i navigacije ilustrirane su iskustvom prijevoza škrge. Nekoliko tisuća ptica je uhvaćeno i zvonjeno, prevezeno iz Holandije u Švicarsku i pušteno. Mlade ptice, koje su napravile prvu migraciju u svom životu, uputile su se iz Švicarske na jugozapad. Uspjeli su odabrati pravi smjer, ali na kraju su odstupili od staze i bili su primjetno južno od mjesta na koje su se uputili, te prema tome nisu imali drugog izbora nego zimi u Španjolskoj i južnim regijama Francuske.
Prema kompasu, mladići su se pravilno orijentirali, ali starleci si nisu mogli priuštiti da se isprave za određeni pomak od svoje uobičajene rute. I odrasli starlings, koji su već imali migracijsko iskustvo, savršeno su pokazali da imaju izvrsnu snajpersku navigaciju. Mogli su se navigirati i odmah su postavili novi smjer u sjeverozapadnom i zapadnom smjeru i kao rezultat toga lako su stigli do svoje uobičajene zimovanja.
Razlika između prostorne orijentacije odraslih i mladih ptica
Koja je razlika između prostorne orijentacije odraslih i mladih ptica? Najvjerojatnije, pokret za zimovanje mladih životinja, prevladavanje puta prvi put u njihovom životu, podređen je uglavnom instinktivnim programima ponašanja. Drugim riječima, mladi starling ima urođenu sposobnost da leti u pravcu zimovanja i prilično točno zamišlja točno koju udaljenost treba prijeći da bi ih dostigao.
Druga stvar su odrasle ptice koje su već posjetile zimske apartmane i tamo su dobile određene informacije. Koje je najteže i ključno pitanje, čiji točan odgovor još ne postoji. To mogu biti bilo kakve astronomske ili geofizičke informacije, putem kojih je moguće dati jedinstvenu karakteristiku bilo koje točke na površini svijeta. Dakle, odrasla ptica najvjerojatnije može usporediti pohranjene podatke o zimovanju s trenutačnim informacijama o svom položaju.Sve je to stvar tehnologije i jednostavan je zadatak za svaki subjekt koji poznaje vještine orijentacije pomoću kompasa.
Sposobnost golubova da pronađu svoj put do kuće
Nevjerovatna sposobnost golubova da pronađu svoj put do kuće poznata je od davnina. Vojske drevnih Perzijanaca, Asiraca, Egipćana i Feničana poslale su poruke iz kampanja s golubovima. Tijekom oba svjetska rata, golubi post je služio takvu službu da su postavljeni spomenici u čast pernata nosača pisama u Bruxellesu i francuskom gradu Lyonu. Na natjecanjima se golubovi nosači prevoze 150-1000 kilometara i puštaju. Vrijeme povratka ptica u golubarnika bilježi se pomoću posebnih uređaja. Dobro obučeni golubovi lete do kuće prosječnom brzinom od 80 kilometara na sat, najbolji od njih su u stanju prevladati 1000 kilometara dnevno.
Treći spomenik golubima još nije izgrađen, ali oni su odavno zasluženi zbog svog izuzetnog doprinosa proučavanju načina orijentacije ptica. Pokazalo se, na primjer, da se golubovi mogu vratiti iz daleke golubice unatoč najjačoj "kratkovidnosti". „Vidne ptice“ izrađene su u toku eksperimenta, stavljajući matirane kontaktne leće na oči, što je omogućilo razlikovanje samo obrisa najbližih predmeta. I s takvim sočivima, golubovi su pušteni 130 km od golubice. Poluslijepe ptice uzletjele su prema gore i pojurile kući s velike nadmorske visine, ne videći ništa oko sebe osim neprobojne sive magle. Gotovo svi su uspjeli sigurno doći do mjesta, iako „miopija“ nije dopuštala da pronađe samu golubicu. Golubovi su se spustili u radijusu od 200 metara od nje i strpljivo su očekivali da će se riješiti dosadnih leća.
Ptice kompasi
Kad je tečaj poznat, možete ga dugo pratiti samo uz pomoć kompasa. Ovisno o okolnostima, ptice s povjerenjem koriste "kompas" od najmanje tri različite vrste. Danju ptice s velikom točnošću određuju položaj kardinalnih točaka na suncu. To nije spriječeno ni laganim oblakom oblaka sve dok vam to još uvijek omogućuje da osjetite položaj zvijezde na nebu. Noću, zvjezdani „kompas“ dolazi zamijeniti sunce, a u umjetnosti rukovanja s njim mnoge su ptice koje vrše noćne migracije također postigle veliki uspjeh. Kad se vrijeme potpuno pogorša i nebo je obasjano oblacima iz sata, magnetski "kompas" dolazi u pomoć pernatim putnicima s kojima također vrlo vješto upravljaju.
Znanstvenici imaju gotovo sveobuhvatni odgovor na pitanje što koriste "kompas" peruti putnici. Situacija je još gora sa razumijevanjem što je "navigacijska karta" ptica i koje metode se koriste za označavanje njihovog položaja na njoj. Podsjetimo da su mornari naučili to učiniti stvarno samo pojavom točnih mjernih instrumenata.
Prije svega, kronometar - sat s vrlo preciznim napretkom, koji vam omogućuje da pratite nadmorsku visinu zvijezda iznad horizonta i njihov azimut u točno određenom vremenu tijekom višemjesečne plovidbe - to jest njihov položaj u odnosu na sjeverni smjer. Položaj svjetala određuje se uz pomoć sekstanata - prilično kompliciranog instrumenta, bez kojeg u posljednja tri stoljeća niti jedan brod na velike udaljenosti nije napustio luku. Da bi brod „dobio mjesto“, potrebno je obaviti najmanje dva mjerenja visine ili azimuta zvijezda - u bilo kojoj kombinaciji.
Dobivši potrebne brojeve uz pomoć tablica za navigaciju, djelomično oslobađajući navigatora od složenih izračuna, može odrediti zemljopisnu dužinu i širinu, s kojom je brod bio u trenutku mjerenja, s točnošću od nekoliko milja. Preciznije, ali neusporedivo skuplje metode navigacije, koje sugeriraju položaj broda ili zrakoplova s točnošću od nekoliko desetaka metara, postale su moguće tek pojavom svemirskih vozila.
Solarni i zvjezdani kompasi
Prema tome, prema položaju Sunca ili zvijezda na nebu, ne možete samo održavati kurs koristeći svjetiljke kao zamjenu za kompas, već i odrediti svoj položaj na površini planeta koristeći svjetla kao putokaze. Trenutno je čvrsto utvrđeno da ptice imaju urođenu sposobnost korištenja solarnih i zvjezdanih "kompasa", zbog prisutnosti točnih "unutarnjih satova", koji vam omogućuju odabir pravog smjera za bilo koji položaj zvijezda tijekom dana.
Mogu li ptice pomoću sunca i zvijezda odrediti lokaciju?
Ako bi evolucija navigacijskih sustava za ptice slijedila isti put kao i razvoj navigacijskih poslova, ptice bi morale pronaći zamjenu za kronometr, sekstant, kalendar i, osim toga, savladati zbroj znanja iz astronomije, barem u svesku programa srednje škole. Zatim je, nađući se u nepoznatom području, isti nosač goluba mogao odrediti svoj položaj u odnosu na kuću, procijenivši razliku između visine sunca i azimuta zvijezda na novom mjestu i pohranjene visine i azimuta istih zvijezda istog dana i tada isto vrijeme iznad zavičajne golubice.
Najlakši način je čekati na novom mjestu početak lokalnog podneva - trenutka gornje kulminacije središta Sunca. Tada bi trebalo učiniti dvije stvari. Prvo, pogledajte sat koji radi na "kućnom" vremenu i utvrdite razliku u trenutku podneva. Ako je Sunce otišlo u zenit prije 12.00, onda je kuća ostala na zapadu, ako kasnije - na istoku. Drugo, trebate pogledati Sunce i procijeniti njegovu visinu iznad horizonta. Ako je Sunce u podne veće nego kod kuće, onda vas je sudbina dovela na jug, ako je niže - jug na sjever (u Južnoj hemisferi, naravno, obrnuto).
Na prvi pogled sve je jednostavno, ali u stvarnosti su poteškoće neopisive. Za upotrebu ove metode, čak i u njenoj najjednostavnijoj modifikaciji, potrebna vam je ogromna količina memorije i najveća točnost mjerenja. Mozak ptica nema takve resurse pamćenja. Pored toga, mjerenja u navigacijske svrhe previše su složena da bi se mogla obaviti „po oku“.
Na primjer, na zemljopisnoj širini grada Simferopol, za svakih 100 kilometara puta, visina Sunca se mijenja za samo 1 °, vrijeme izlaska i zalaska sunca - za manje od 5 minuta, azimut Sunca - za manje od 1,5 °. Lakše je koristiti astronomsku orijentaciju na velikim udaljenostima - kako se smanjuju, zahtjevi za točnošću mjerenja neprestano se povećavaju.
Ornitolozi su naporno radili kako bi pronašli sličnosti u metodama plovidbe ptica i ljudi. Ali sva istraživanja u ovom smjeru još nisu bila uspješna. Najvjerojatnije ptice određuju svoj položaj na Zemljinoj površini i crtaju svoje "mape" na druge načine. Koji - to ostaje za vidjeti u budućnosti. Ovako poznati stručnjak za područje migracije ptica vidi profesora iz Sankt Peterburga V.R. Dolnik: "Moramo priznati", piše on, "da navigacijski sustav dovodi ptice do točke - u doslovnom smislu te riječi, u kojoj su jednom dobili (ili od koje nastavljaju primati) neke informacije.
Očito, granice točnosti poznatih nama sustava koji pružaju astronomsku, geomagnetsku ili gravitacijsku navigaciju kod ptica su 2-3 reda veličine koja nisu dovoljna za navigaciju do točke. Ovo opet (kao u istraživanju homing golubova) postavlja pitanje nekog nepoznatog faktora koji nam omogućava apsolutnu navigaciju ili poznatog čimbenika, ali nepoznatog načina njegova korištenja za navigaciju. "