새의 비행—기적

「깨어라!」 ‘오스트레일리아’ 통신원 기

극적인 광경을 목격하기 위하여 ‘스코틀란드’의 ‘스털링 캐슬’에 많은 사람들이 모이고 있다. 지붕에는, 새의 깃털이 달린 특수 설계로 된 날개를 사용하여 ‘프랑스’로 비행하겠다고 발표한 ‘이탈리아’의 한 연금술사가 있다.

그는 허공을 향해 지붕을 박찼다! 그러나 그는 어디에 내려 앉았는가? 성 밑에 떨어져 대퇴골 하나가 부러졌다! 새의 비행의 기적을 모방하려는 16세기의 시도는 그것으로 끝났다.

사람들은 언제나 새의 비행에 매혹을 느꼈다. 약 삼천년 전에, 자기 주위 세계를 예리하게 관찰한 한 사람은 “공중에 날아 다니는 독수리의 자취”가 “심히 기이”하여 이해할 수 없다고 말한 일이 있다.—잠언 30:18, 19.

많은 사람들은 오랫 동안 만일 새와 같은 깃털만 소유하고 날개를 아래 위로 치면 비행할 수 있을 것으로 생각하였다. 그러나, 지난 2세기 정도에 걸쳐, 사람은 새들이 이전의 생각보다 훨씬 더 놀라운 비행 설비를 갖추고 있다는 것을 깨닫게 되었다. 이러한 독특한 설비에는, 깃털, 날개 모양, 특수한 근육, 몸의 모양, 뼈의 구조, 그리고 물론, 비행의 여러 가지 요인을 다룰 수 있는 본능적 능력이 포함된다. 인간은 새로부터 많은 것을 배웠으며, 새의 비행을 어설프게나마 모방할 수 있는 기계들을 발명하였다. 그러나 인간은 새들과 같이 비행하도록 설계되어 있지 않다!

비행의 필요성

물론 인간은, 대부분의 새들과 달리, 생존을 위해 비행할 필요가 없다. 새들은 다량의 식품을 필요로 하는 매우 활동적인 피조물이다. 예를 들면, 새의 심장은 매분 200회 내지 1,000회 뛰며, 새의 체온은 섭씨 39도 내지 44도이다. 추산에 의하면, 보통 칼새는 정상적으로 먹이를 사냥하는 비행시에 시속 65‘킬로미터’의 속도로 매일 12시간 내지 14시간 비행한다고 한다. 새끼를 먹여야 할 경우 이 새는 하루에 약 960‘킬로미터’를 날아야 할지 모른다.

어떤 새들은 단기간 엄청난 속도로 날 수 있다. 새매는 시속 약 290‘킬로미터’의 속도로 급강하하는 것으로 알려져 있다. 인도에서, 꽁지깃이 빳빳하고 뾰죽한 칼새는 시속 약 320‘킬로미터’로 비행하는 것이 측정되었다.

관찰자는 새가 그처럼 힘들이지 않고 비행하는 것을 보고 이러한 의문을 품지 않을 수 없게 된다. 새들은 어떻게 비행하는가? 새들은 어떻게 공중에 떠 있는가?

비행의 비결

우리는 주위에 있는 공기를 보지 못할지라도, 그것이 움직일 때 강력한 힘이 될 수 있다는 것을 안다. 폭풍이 몰아칠 때는, 나무가 뽑히고 지붕이 날아 갈 수 있다. 이와 비슷하게, 특수한 모양으로 된 새의 날개 주위로 움직이는 공기는 중력의 당기는 힘을 거슬러 새가 땅에 떨어지는 것을 방지할 만큼 위로 상승시켜 준다. 움직이는 공기의 영향을 받지 않으면 새는 돌과 같이 땅에 떨어질 것이다.

새의 날개는 공기가 날개 아래보다 날개 윗쪽 위로 더 멀리가도록 고안되어 있다. 그러므로, 날개 위의 공기는 말하자면, ‘따라잡’기 위하여 더 빨리 달린다.

증가된 속도로 인하여, 날개 위의 공기는 아래의 공기보다 “희박”하다. 날개 아래의 압축된 “밀집된” 공기가 더 큰 압력을 지녀 새를 밀어 올리며 새는 필요한 만큼 올라간다. 우리가 ‘스트로우’로 음료를 마실 때에도 이와 비슷한 현상이 있게 된다. ‘스트로우’를 빨면, ‘스트로우’안의 공기가 희박해진다. 바깥의 정상적인 공기는 이에 비하여 “밀집되어” 있기 때문에 액체를 ‘스트로우’ 속으로 밀어 올린다.

새의 날개의 하면을 치는 공기는 또한 날개를 올리는 경향이 있다. 그러나, 동시에 새는 끌림 항력 즉 공기의 끄는 힘을 극복하기 위하여 새의 힘의 일부를 사용해야 한다.

공중에 떠 있기 위하여 새는 보통 공기 속으로 뛰어들어 날개를 친다. 처음에는 새가 단순히 아래 위로 날개를 치는 것같이 보일지 모른다. 그러나 좀 더 자세히 조사해 보면 날개치는 이 비행은 훨씬 더 복잡하다. 새는 깃털을 든든히 접고 날개를 쭉 뻗친 자세에서 날개를 아래와 뒤로 당기어 가능한 한 많은 공기를 밀어낸다. 다음에, 새는 깃털을 갈라지게 한 상태로 날개를 앞으로 그리고 위로 올려 공기가 통과하게 한다. 또한 날개는 몸에 바싹 붙여 공기의 저항을 최소한으로 줄인다.

날개의 동작은 위로 띄워 줄 뿐만 아니라 “끌림 항력”을 극복하고 속도를 내는 데 필요한 추진력을 제공한다. 새의 날개의 동작은 수영가의 접영(蝶泳)에 비할 수 있다. 수영가가 공기속으로 팔을 뻗친 다음에 물속에서 팔을 뒤로 당길 때 그의 팔은 어깨 관절 주위를 돈다. 그러나, 날개의 회전과 날개의 여러 부분의 상대적인 동작을 포함하여 비행은 훨씬 더 복잡하다.

새가 빨리 날수록, 날개 주위로 지나가는 공기 때문에 더욱 높이 뜨게 될 것이다. 계산에 의하면, 비둘기가 처음에 이륙할 때는 안정된 비행을 하게 될 때보다 다섯배의 ‘에너지’를 사용한다.

육중한 새들은, 날개 길이가 그만큼 길지만, 특히 이륙할 때 체중과 끌림 항력을 극복하는 데 날개로 충분치 않다. 그러므로, ‘펠리컨’ 같은 새는 이륙을 위한 속도를 내기 위하여 지면을 몇 ‘피이트’ 달린다. 독수리와 같은 어떤 새들은 나무나 담에 내려 앉았다가 뛰어 오르면서 날개를 쳐서 중력의 당기는 힘을 통해 충분한 속도를 낸다.

날 수 있는 가장 무거운 새는 무게가 최고 18‘킬로그램’까지 되는 북미산 백조이다. 육중한 새들은 격렬한 노력이 필요하기 때문에 날개를 칠 수 있는 양이 제한되어 있다. 그럼에도 불구하고 그들의 비행 능력은 제한을 받지 않는다. 그들은 또 다른 형태의 비행 기술을 가지고 있기 때문이다.

상승 비행과 활공 비행

큰 새들은 기류를 이용하기 때문에 날개를 움직이지 않고 먼 거리를 장시간 비행할 수 있다. 일반 경험을 예로 들어 이 기류가 무엇인지 설명할 수 있다. 우리가 뜨거운 것 위의 공기에 손을 대보면 따뜻한 공기가 올라가는 것을 느낄 수 있을 것이다. 이와 유사하게, 태양이 지구를 가열할 때, 지면의 특성에 따라 어떤 지역은 다른 지역보다 더 덥다. 따라서, 지면에서는 모든 것이 아주 정지되어 있는 것같이 보일지 모르지만, 지면의 공기는 위로 올라가 강한 기류를 조성한다. “상승 온난 기류”라고 칭하는 이 상승 기류는 ‘도우넛’ 모양의 뜨거운 공기의 거품이며 3‘킬로미터’ 고도까지 상승하는 것으로 알려져 있다.

상승 기류가 형성되는 또 다른 방법은 바람이 언덕이나 산에 부딪칠 때이다. 바람은 산을 타고 올라가게 되며 이 공기의 이동은 산꼭대기를 지나 계속된다.

새가 강하하는 것보다 빠른 속도로 상승하는 상승 기류를 발견하면, 새는 그것을 “탈” 수 있다. 새는 상승 기류 안에 머물기 위하여 보통 맴돈다. 돛과 같이, 쭉 뻗친 날개는 상승 기류를 잡을 수 있다. 그리하여 새는 거의 힘 안들이고 높이 올라갈 수 있다. 이러한 형태의 비행을 “상승 비행”이라고 한다.

이것과 관련된 것으로, “활공” 비행이 있는데, 이 때 새는 두 날개를 쭉 뻗친 상태로 강하하며 하강 속도를 늦추기 위하여 표면 전부를 팽창시킨다. 활공에 가장 능한 새들은 하강 시발점의 고도의 약 20배 거리를 날아갈 수 있다.

새매, 갈매기, ‘펠리컨’, 매와 독수리와 같은 활공 비행하는 새들은 상승 기류를 타고 상승한 다음 다른 상승기류에 이를 때까지 힘 안들이고 아주 먼 거리를 나를 수 있다. 이 새들은 날개 동작을 통하여 상승 기류에서 같은 고도로 하늘을 떠다닐 수 있으며 혹은 활공 비행에서 순식간에 상승 비행으로 바꿀 수 있다. 어떤 종류의 새들은 이러한 방식으로 거의 하루 종일 시속 48 내지 80‘킬로미터’로 이동함으로써 ‘에너지’를 보존한다. 사람은 보통 언제 새들이 이러한 형태의 비행을 하는가를 알 수 있다. 왜냐 하면 새들은 상승할 때 한 동안 원을 그리며, 다음에 길게 직선으로 활공하기 때문이다.

신천옹과 같은 새는 바다 위에서 강력한 바람을 다루는 데 능하다. 바람을 뒤에 받으며 신천옹은 물 표면을 향해 속도를 더해 가며 긴 활공을 시작한다. 물에서 2, 3‘피이트’로 가까와지면 신천옹은 몸을 돌려 바람을 타고 상승하는데, 속도는 느려진다. 다음에 몸을 돌려 다시 순환을 시작한다. 이러한 순환의 어느 부분에서 비행 거리를 조절함으로써 이 새는 원하는 방향으로 날아갈 수 있다. 이러한 기술로써, 예를 들어 ‘로열 앨버트로스’ 새는 장기간 시속 80 내지 110‘킬로미터’의 속도로 날을 수가 있다. 요구되는 것은, 새가 날개를 뻗치고 있는 것과 가끔 날개를 한 두번 치는 것 뿐이다.

날개를 치는 데는 다량의 ‘에너지’가 필요하므로, 큰 새들은 가능할 때면 언제나 상승 비행과 활공 비행을 한다. 그들은 주로 앉는 자리를 옮길 때와 이륙의 보조 수단으로 날개를 친다. 이러한 새들은 일초에 한번 내지 세번 밖에 날개를 치지 않지만, 대부분의 명금들은 그보다 약 두배 빨리 날개를 친다. 길이가 5‘센티미터’밖에 안되고 무게가 3‘그램’에 불과한 벌새는 일초에 60회 내지 70회 날개를 친다. 이 새는 ‘헬리콥터’와 같이 하늘을 떠다닐 수 있으며 실제로 뒤쪽으로 날 수 있는 유일한 새이다.

방향 전환 및 착륙술

새들의 공중 곡예술은 놀랍다. 새들은 한쪽 날개를 다른 쪽 날개보다 더 빨리 침으로써 방향을 바꿀 수 있다. 이렇게 되면 한쪽 날개가 올라가며 따라서 새는 급회전을 할 수 있다. 이 때 꽁지깃털도 도움이 된다. 또한 꽁지깃털은 균형을 유지하는 데 도움이 되고 필요할 때는 ‘브레이크’ 역할을 한다. 새들이 돌진하면서 나뭇가지를 요리조리 빠져 다니며 서로 충돌을 피하면서 가까이 지나다니는 것을 볼 때 새들은 공중 곡예사들임이 분명하다.

착륙에 관한 한, 새들은 거의 믿기 어려운 완벽한 착륙에 필요한 모든 요소를 갖추고 있다. 새는 땅에 부딪치거나 쓰러지지 않도록 높이와 속도와 방향 및 기류를 고려해야 한다. 비교적 무거운 어떤 새들은 균형을 잡기 위하여 몇발작 달려 가야 한다.

새들은 기술적으로 그들의 날개와 꽁지를 사용하여 속도를 줄이고 착륙을 조절하여 사뿐히 나뭇가지에 내려 앉는다. 새들이 착륙 지점에 접근할 때의 속도를 고려할 때 그것은 확실히 곡예이다. 때때로 새들은 빨리 속도를 줄이기 위하여 비행 방향과 반대로 날개를 치기도 한다.

놀랍게 설계됨

새들이 비행에 알맞게 설계되었다는 것은 새의 골격과 깃털을 고려할 때 매우 분명하다. 새들에게는 어깨 관절에 잘 맞는 윗팔이 있으며 두개의 뼈로 된 전완(前腕)이 있다. 뼈의 접합 방식으로 볼 때 새들은 자유로이 아래 위로 움직일 수 있으며 또한 방향을 전환할 수 있다. 새의 가슴뼈는, 사람의 가슴뼈와 같이 편편한 것이 아니라, 배의 용골(龍骨)과 같이 생겼다. 이 때문에 특수화되고 극히 강력한 비행 근육이 가슴뼈의 양쪽에 붙어 있을 자리가 있게 된다.

뼈는 이상적으로 설계되었다. 뼈는 주로 벽이 얇은 관이다. 혹은, 큰 새들의 경우에는, 안에 정교한 버팀목이 짜여 있다. 그 결과, 뼈는 가벼우면서도 극히 강하다. 예를 들어, 군함새는 날개 길이가 2‘미터’인데, 전체 골격의 무게는 113‘그램’에 불과할 수 있다. 큰 뼈에는 또한 공기 주머니가 있다. 이러한 공기 주머니는 폐의 보조 기관 혹은 보충 기관이며 필요에 따라 새의 활동량이 많아질 때 가외의 산소를 공급해 준다.

깃털은 또한 놀랍게 설계되어 있다. 새에게는 2,000 내지 6,000개의 깃털이 있다. 각 깃털에는 속이 빈 깃촉에서 가지처럼 나온 수백개의 깃가지가 있으며, 각 깃가지에는 수백개의 작은 깃가지들이 있으며, 이것은 다시 더욱 작은 다수의 갈고리 같은 솜털로 갈라져 있다. 추산에 의하면, 비둘기의 15‘센티미터’ 길이의 깃털 하나에만도 약 990,000개의 작은 깃가지가 있으며 수백만개의 최소 깃가지가 있다고 한다. 이 모든 것이 맞물려 있어, 가장 효율적으로 공기를 밀폐시킨다. 이것은 가벼우며, 열을 보존하고 물이 스미지 못하도록 새의 몸의 표면을 보호한다. 깃털은 또한 무게를 거의 증가시키지 않으면서 날개의 면적을 크게 증가시킨다.

날개 깃털에는 세 종류가 있다. 가장 큰 깃 즉 칼깃은 양쪽 날개 끝에 있으며 측면 조종 및 날개치는 비행에 매우 중요하다. 맹금의 칼깃은 반쯤 나아가서는 폭이 좁아진다. 분명히 이러한 새들은 이것 때문에 공중에서 훨씬 더 가파른 각도로 솟아오르는 것 같으며, 따라서 이들 새들은 천연 기류를 더 잘 이용할 수 있다. 완우(腕羽)는 팔 아랫부분에 붙어 있고, 후열 칼깃은 팔 윗부분에 붙어 있다. 이러한 세 가지 형태의 깃털은 비행에서 각기 중요한 역할을 수행한다.

기적인가, 맹목적인 우연인가?

새의 비행을 간단히 고찰하여 보아도, 멈추어 생각하게 된다. 인간은 수십년간 집중적인 설계와 실험과 지성적인 분석을 거쳐 새의 비행의 몇가지 면을 모방할 수 있게 되었다. 그러나 인간은 고성능 기구에 의존해야 어슬프게나마 새들이 하는 일을 할 수 있다. 인간은 ‘글라이더’와 초음속 ‘제트’기를 제작할 수 있지만, 추진과 상승 두 가지 작용을 일으킬 수 있는 새의 날개치는 법을 정확히 모방하지는 못한다. 여러 가지 복잡한 요소에 의존하고 있는 새의 비행은 어디에서 기원하였는가?

일부 사람들은 새들이 알려지지 않은 어떤 방법으로 파충류에서 진화했다고, 비늘이 서서히 깃털로 변하였다고 주장한다. 그들은 이가 있고 뼈가 든 긴 꼬리가 달린 조상새의 화석을 지적하여 그것이 “중간 생물”이라고 주장한다. 그러나, 여러 가지 중요한 면이 무시되었다. 파충류는 냉혈 동물이고, 동작이 굼뜬 것이 보통인데 비해, 새들은 온혈 동물이고, 지상에서 가장 활동적인 동물에 속한다. 비행은, 동시에 존재하는 여러 요소가 종합되어야 가능하다.

조상새는 (반쯤 깃털로 발전된 비늘이 아니라) 완전한 깃털이 붙은 온전한 날개를 갖추고 있으며 횃대에 앉을 수 있도록 갖추어진 특수한 발이 있음에 유의해야 한다. 머리와 두개(頭蓋)의 상대적 비율은 다른 새들과 같으며, 파충류의 그것과는 판이하다. 그러므로 조상새는 파충류에서 조류로 진화한 것이 아니다.

확실히, 날 수 있는 능력은 단순한 우연으로 돌릴 수가 없다. 주의깊은 연구 결과, 새의 비행은 하나님에게서 기원하였다는 확신을 주는 증거가 밝혀지고 있다. 유선형 몸, 크고 가벼운 날개, 특수한 골격, 복잡한 비행 과정을 다룰 수 있는 모든 필요한 본능—이 모든 것은 인간보다 월등한 지성있는 설계자를 지적한다. 그렇다. 우리는 새의 비행의 기적을 만드신 데 대해 그분 여호와 하나님께 찬양을 돌려야 한다.—시 148:1, 7, 10.

[15면 도해]

(온전한 형태의 본문을 보기 원한다면, 출판물을 참조하십시오)

움직이는 공기

상승

끌림 항력

중력

새의 날개에 작용하는 여러 가지 힘

[17면 도해]

(온전한 형태의 본문을 보기 원한다면, 출판물을 참조하십시오)

상승 온난 기류

활공

상승 온난 기류