Эффект «Конкорда»

В течение последних двух десятков лет Йон Хагструм, геофизик, работающий в Геологической службе США, пытается убедить весь мир в том, что у голубей есть сложная навигационная система, работающая на звуке чрезвычайно низкой частоты, то есть инфразвуке. То обстоятельство, что он не профессиональный биолог, может на первый взгляд показаться странным, но его необычный профессиональный опыт очень хорошо подготовил его к изучению именно этого вопроса. Я встретился с ним в его кабинете на окраине Менло-Парка, расположенного рядом со Стэнфордским университетом, к югу от Сан-Франциско.

Отец Хагструма был физиком и хотел, чтобы сын пошел по его стопам, но тот упорно стремился выбрать профессию, которая дала бы ему возможность столкнуться с трудностями жизни на свежем воздухе. В идеале хорошо было бы стать фотографом журнала National Geographic, но он выбрал несколько более реалистичный вариант и пошел учиться биологии в Корнеллском университете. Курс был рассчитан на студентов-медиков, и, когда Хагструм узнал, сколько времени ему придется проводить в лаборатории, он перешел на геологию. В 1976 году он попал на лекцию Билла Китона (1933–1980), который был в то время одним из ведущих исследователей навигации у голубей.

Хагструма увлекли рассказы Китона – в особенности о странном поведении некоторых голубей, которых выпускали в окрестностях места под названием Джерси-Хилл. Эти птицы неизменно теряли ориентацию, и им очень редко удавалось успешно вернуться домой. У них была одна общая черта: все они были из голубятни, расположенной в Корнелле. Как ни странно, с птицами из других голубятен штата Нью-Йорк, которых выпускали в том же месте, ничего необычного не происходило. Китон никак не мог придумать правдоподобного объяснения этому странному явлению и спросил своих слушателей, нет ли у них каких-нибудь блестящих мыслей на этот счет. Этот риторический вопрос поразил воображение Хагструма и навсегда остался в его памяти.

Несколько лет спустя интерес Хагструма к этой проблеме оживила статья, появившаяся в National Geographic: как он заметил, гипотеза о том, что недостающим элементом может быть звук, рассматривалась очень мало. К тому времени он уже прошел курс сейсмологии и много знал о распространении звуковых волн; кроме того, он успел почитать и о бионавигации. Но работа геофизика вынуждала его много ездить по всем Соединенным Штатам, и он не мог как следует заняться этой темой. Наконец в 1998 году Хагструм прочитал статьи о голубиных гонках в восточной части США и в Европе, «провалившихся» по непонятным причинам: голубям не удавалось вовремя – или вовсе никогда – вернуться домой.

Уже было достоверно известно, что голуби могут использовать компасы двух типов – солнечный и магнитный. Однако компас сам по себе не позволяет птице найти дорогу к дому из незнакомого ей места. Кроме него нужна какая-то карта. Одна из широко обсуждавшихся теорий гласила, что птицы могут формировать такие карты на основе градиентов интенсивности магнитного поля Земли. Хагструм был уверен, что это решение неверно, хотя в то же время он относился с глубоким скептицизмом и к предложенной Папи гипотезе ольфакторной карты. Как бы то ни было, ни одна из этих теорий не могла удовлетворительно объяснить того, что Китон в течение двадцати лет снова и снова наблюдал в Джерси-Хилл.

Хагструма чрезвычайно сильно привлекала идея, что ключом к разгадке может быть звук. Предположения подобного рода высказывал за много лет до того и Гриффин (прославившийся исследованиями эхолокации у летучих мышей). Перефразируя афоризм, который приписывают великому физику Нильсу Бору, Хагструм думал, что «возможно, эта идея достаточно безумна, чтобы быть правильной».

Звук распространяется в воздухе на не очень большие расстояния, но некоторые животные обладают чувствительностью к звукам чрезвычайно низкой частоты, гораздо меньшей нижнего порога слышимости человека (порядка 20 Гц). Этот так называемый инфразвук распространяется гораздо медленнее и может преодолевать расстояния в тысячи километров. В принципе должна существовать возможность ориентирования по таким сигналам.

Почтовые голуби, несомненно, способны слышать инфразвуки, хотя причины, по которым у них развилась эта способность, точно не известны. Один из возможных вариантов состоит в том, что голуби (и, возможно, другие птицы) используют инфразвук, чтобы узнавать о приближении атмосферных фронтов, которые несут с собой сильный ветер и дождь. Такое умение очень пригодилось бы любой птице, совершающей перелеты на дальние расстояния.

Хагструм задумался, нельзя ли найти какие-нибудь акустические возмущения – вероятно, инфразвуковые, – которые могли исказить «картографическое чувство» птиц в этих провалившихся гонках.

Безуспешно исследовав несколько возможных вариантов, он наконец нашел тот фактор, который мог быть правильным ответом: хлопок, производимый сверхзвуковым авиалайнером «Конкорд» (который в то время еще не был снят с эксплуатации). Не мог ли этот чрезвычайно мощный источник инфразвука сбивать с толку навигационную систему голубей или, может быть, временно оглушать птиц?

Хагструм узнал, что 29 июня 1997 года в городе Нанте на севере Франции «подбросили» (так, довольно бесцеремонно, голубей отправляют в полет) более 60 000 голубей из английских голубятен; эта гонка была устроена в честь столетия британской Королевской ассоциации голубиных гонок. Как правило, 95 % птиц возвращались домой в целости и сохранности, но на этот раз прилетели лишь очень немногие из них. Катастрофа была такой масштабной, что было даже проведено специальное расследование, но его выводы оказались неопределенными. Озадаченные организаторы гонки списали свои потери на обычного виновника – плохую погоду.

Однако Хагструм вычислил, что большинство голубей должно было оказаться над Ла-Маншем в точности в то же время, когда над ними пролетал «Конкорд» ежедневного рейса Париж – Нью-Йорк, набиравший сверхзвуковую скорость после пересечения береговой линии Франции. Что важно, те немногие птицы, которые все же добрались до дома, были из числа отстающих, то есть к этому моменту они еще не успели долететь до моря. Таким образом, это объяснение казалось правдоподобным.

Затем Хагструм стал изучать данные нескольких неудавшихся гонок, проводившихся в 1998 году, – одной во Франции и еще двух в США. Хотя выяснилось, что птицы, участвовавшие в этих гонках, не могли столкнуться с конической ударной волной, которую создает самолет, летящий со сверхзвуковой скоростью, судя по времени (и погодным условиям), они могли встречать медленно движущиеся акустические волны, распространяющиеся перед самолетом, когда он сбрасывает скорость перед посадкой.

Было, однако, одно исключение – провалившаяся гонка в Пенсильвании. Исследуя это событие, Хагструм выяснил, что по расписанию «Конкорд» должен был прилететь слишком рано. Оставалось всего одно возможное объяснение, и оно казалось в высшей степени маловероятным. Если теория Хагструма была верна, это значило, что в этот день «Конкорд» прилетел в Нью-Йорк с более чем двухчасовым опозданием. Хагструм позвонил в представительство авиакомпании Air France в аэропорту имени Кеннеди. Сначала сотрудник авиакомпании, с которым он говорил, высокомерно отмахнулся от этой идеи: как мог могучий «Конкорд» так сильно опоздать? Но когда Хагструм объяснил, что спрашивает об этом ради научного исследования, его собеседник неохотно согласился навести справки.

Через некоторое время Хагструм перезвонил представителю Air France, и тот спросил его: «Вы что, фокусник?» Действительно, в тот день в Париже возникли механические неполадки, из-за которых рейс был задержан на два с половиной часа, так что пенсильванские птицы все же могли столкнуться с ударной волной. Хагструм подчеркивает, что поведение птиц позволило ему не только догадаться о задержке самолета, но даже определить ее длительность. Как он говорит, это был, возможно, самый потрясающий момент его научной карьеры; однако даже после этого ему было трудно добиться публикации своих результатов.

В своей работе Хагструм опирался не только на совпадение нескольких неудавшихся гонок с рейсами пролетавших поблизости «Конкордов». Он также изучил данные 2500 выпусков 45 000 птиц, сохранившиеся со времен работы в Корнелле Китона. Китон был в высшей степени уважаемым ученым, и тот факт, что его данные не были свежими, ни в коей мере не умалял их значения. Более того, это исключало возможность какого-либо неосознанного искажения, которое мог бы внести в работу Хагструм.

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.