Почему птицы летят клином: аэродинамика, очередь лидеров и экономия сил

Как вихри за кончиками крыльев помогают птицам экономить силу и делить нагрузку по-честному

Смотришь в небо — и там, высоко, косой угол из птиц. Тянется, медленно смещается, не распадается. Будто кто-то нарисовал галочку, и она не стирается. Первый вопрос, который приходит в голову: наверное, самая главная птица летит впереди, а остальные держатся позади — из уважения или дисциплины. Вожак задаёт курс, остальные следуют. Логично же.

Только почему тогда угол, а не прямая цепочка? Если дело в уважении — строй не важен.

Воздух — не пустота. Когда крыло давит на него снизу, чтобы поднять тело вверх, воздух у краёв крыла начинает завиваться — в спираль, в вихрь. С каждого кончика крыла срывается такой крутящийся воздушный жгут. По внешнему краю от него воздух тянет вниз, а прямо за кончиком и чуть сбоку — тянет вверх. Вот этот узкий восходящий поток и называют апвошем.

Птица, летящая чуть сзади и сбоку от соседа, попадает точно в него. Воздух её уже немного несёт — без лишних усилий. Крыльям работать легче. Именно поэтому — угол, а не цепочка: в прямой шеренге восходящий поток не поймать.

Первым это проверил не теоретик, а орнитолог Анри Веймерскирш. В две тысячи первом он прикрепил к пеликанам крошечные датчики пульса и отправил стаю в полёт. Результат был ясным: птицы в хвосте клина держали заметно более редкий пульс, чем те, кто летел впереди. Они тратили меньше сил — просто за счёт позиции.

Как именно птица ловит этот поток — долго оставалось загадкой. Вихрь за кончиком крыла живёт мгновение, а крыло ещё и машет: нужно попасть в нужное место в нужный момент.

В две тысячи четырнадцатом группа учёных из Оксфорда и Вены прикрепила GPS-приёмники и акселерометры к северным лысым ибисам — птицам, которых специально обучили лететь следом за лёгким самолётом. Впервые удалось измерить с точностью до сантиметра: где именно каждая птица держит крыло и как им машет.

Выяснилось: птицы не просто занимают правильную позицию. Они синхронизируют взмахи. Те, кто летит сбоку от лидера, машут крылом точно в фазе с ним — чтобы крыло оказалось в нужном месте именно тогда, когда там проходит восходящий поток. А те, кто летит прямо сзади, — в противофазе, чтобы не угодить в нисходящий поток от тех же взмахов. Птицы не просто держат позицию. Они её настраивают в реальном времени.

Экономия ощутимая. Птица в клине тратит примерно на одиннадцать процентов меньше механической энергии, чем в одиночном полёте. Гуси, по некоторым данным, способны в клине преодолеть путь на семьдесят процентов длиннее, чем поодиночке.

Но вот что занятно. Если хвост клина — выгодное место, зачем кто-то соглашается лететь первым?

Лидер не получает ничего. Он прокладывает путь в нетронутом воздухе — без апвоша, без чужой подъёмной силы. Тратит больше. Когда устаёт — отступает, уходит назад, и его место занимает следующий. Потом следующий.

Те же учёные, наблюдая за ибисами, заметили кое-что неожиданное: сколько времени птица провела на острие, ровно столько же она получила в выгодных позициях позади. Не приблизительно, а достаточно точно. Стая не эксплуатировала слабых и не освобождала сильных от нагрузки. Биологи назвали это прямой взаимностью — принцип «ты мне, я тебе», который работает у птиц не хуже, чем в человеческих командах.

Птицы не ведут счёт. Но тело чувствует усилие. И стая перестраивается. Клин — это не иерархия с вожаком впереди. Это нечто похожее на договор, который никто не подписывал, но все соблюдают.

Физику вихрей объяснит любой учебник аэродинамики. А вот откуда в стае берётся что-то похожее на справедливость — это вопрос, на который у науки пока нет готового ответа.

А про что рассказать вам? Хоть про свой двор, хоть про Атлантиду — бот «О, Мой Гид».