Cud lotu ptaka

Od korespondenta z Australii

TŁUM gapiów zgromadził się przed zamkiem Stirling w Szkocji, żeby popatrzeć na niezwykłe widowisko. Na dachu stał włoski alchemik, który ogłosił, że za pomocą specjalnie skonstruowanych skrzydeł pokrytych ptasimi piórami poszybuje do Francji.

Skoczył! A gdzie wylądował? U stóp zamku — ze złamaną nogą. Tak oto zakończyła się podjęta w XVI wieku próba naśladowania cudu ptasiego lotu.

Ludzi zawsze fascynował lot ptaków. Około 3000 lat temu uważny obserwator otaczającego nas świata przyznał, że „szlak orła na niebie” jest dla niego niezrozumiały (Prz. 30:18, 19, NP).

Przez długi czas utrzymywał się dość rozpowszechniony pogląd, że człowiek mógłby latać, gdyby tylko miał pióra jak ptak i gdyby odpowiednio poruszał skrzydłami. Ale dopiero w okresie mniej więcej dwóch ostatnich stuleci zaczęto coraz lepiej uświadamiać sobie fakt, że ptaki są wspanialej wyposażone do lotu, niż to się z początku wydawało. Do tego wyjątkowego wyposażenia należą pióra, kształt skrzydeł, wyspecjalizowane mięśnie, kształt ciała, budowa kości, jak również instynktowna zdolność opanowania wielu różnych składowych lotu. Człowiek niemało nauczył się od ptaków oraz wynalazł maszyny, za pomocą których potrafi niezdarnie naśladować ich lot. Jednakże sam nie jest stworzony do latania jak one.

POTRZEBA LATANIA

Rzecz jasna, człowiek nie musi latać, żeby się utrzymać przy życiu, jak to jest u większości ptaków. Ptaki są stworzeniami bardzo aktywnymi, wymagającymi dużej ilości pokarmu. Na przykład ich serca biją od 200 do 1000 razy na minutę, a temperatura ciała wynosi od 39° do 44° Celsjusza. Ocenia się, że jerzyk może podczas zwykłego polowania na pokarm latać 12 do 14 godzin dziennie z prędkością około 65 kilometrów na godzinę. Gdy karmi pisklęta, jest w stanie przebyć blisko 1100 kilometrów dziennie.

Niektóre ptaki chwilami latają z ogromną prędkością. Wiadomo, że sokoły podczas pikowania osiągają prędkość około 290 kilometrów na godzinę. Jerzyki ostrosterne, żyjące m.in. w Indii, osiągają niekiedy prędkość 320 kilometrów na godzinę.

Gdy obserwujemy ptaka lecącego bez żadnego wysiłku, mimo woli nasuwa się nam pytanie: Jak ptaki to robią? W jaki sposób potrafią się utrzymać w powietrzu?

TAJEMNICA LATANIA

Chociaż nie widzimy otaczającego nas powietrza, to jednak wiemy, że gdy jest w ruchu, może stanowić ogromną siłę. Gwałtowne huragany potrafią wyrywać drzewa z korzeniami i zrywać dachy. Dzięki temu, że powietrze opływa odpowiednio ukształtowane skrzydła ptaka, powstaje dostatecznie duża siła nośna, wystarczająca do pokonania siły ciążenia i zabezpieczająca ptaka przed opadaniem. Bez tego oddziaływania strumienia powietrza ptak runąłby na ziemię jak kamień.

Skrzydło ptaka jest tak ukształtowane, że powietrze musi przebyć po górnej stronie skrzydła drogę dłuższą niż po stronie dolnej. Wskutek tego powietrze nad skrzydłem przesuwa się szybciej, żeby niejako „nadganiać”.

W wyniku tej większej prędkości powietrze nad skrzydłem jest „rzadsze” niż powietrze pod skrzydłem. Ściśnięte, „gęstsze” powietrze pod skrzydłem wywiera większy nacisk i wypycha ptaka w górę. Coś podobnego dzieje się też podczas picia przez słomkę. Ssanie rozrzedza powietrze w słomce. Normalne powietrze na zewnątrz jest wówczas „gęstsze” i wciska płyn do słomki.

Powietrze, które trafia pod spód skrzydła, również je unosi. Jednocześnie ptak musi się zdobyć na pewien wysiłek, żeby pokonać opór powietrza.

Wzlatujący ptak zazwyczaj podskakuje i uderza skrzydłami. Z początku może się wydawać, że ptak jedynie porusza nimi do góry i na dół. Jeżeli się jednak dokładniej temu przyjrzeć, okazuje się, że ruchy skrzydeł są o wiele bardziej skomplikowane. Uderzając skrzydłami, ptak jednocześnie przemieszcza je do tyłu, przy czym pióra szczelnie przylegają do siebie, a skrzydła są rozpostarte, żeby stłoczyć możliwie najwięcej powietrza. Potem ptak unosi skrzydła, wyrzucając je do przodu, a pióra nie przylegają już do siebie, żeby powietrze mogło swobodnie przepływać między nimi. Wówczas też ptak przyciąga skrzydła blisko ciała, żeby opór powietrza był minimalny.

Dzięki ruchowi skrzydeł powstaje zarówno siła nośna, jak i siła napędowa, potrzebna do pokonania oporu powietrza i rozwinięcia szybkości. Ten ruch skrzydeł można przyrównać do pływania stylem motylkowym. Pływak zakreśla ramionami koła wokół stawów barkowych, wyrzuca ręce do przodu w powietrzu, a potem przesuwa je do tyłu i przyciąga do siebie pod wodą. Lot jest jednak znacznie bardziej skomplikowany, wymaga bowiem obracania skrzydłem i wykonywania zgranych ruchów różnymi jego częściami.

Im szybciej ptak leci, tym większa jest siła nośna powietrza opływającego skrzydła. Obliczono, że gdy gołąb podrywa się do lotu, zużywa pięć razy więcej energii niż w trakcie normalnego lotu.

U większości dużych ptaków znaczna rozpiętość skrzydeł nie wystarcza, żeby sobie poradzić z większym ciężarem ciała i zwiększonym oporem powietrza, zwłaszcza podczas odrywania się od ziemi. Dlatego niektóre z nich, jak na przykład pelikan, najpierw biegną kilka kroków, żeby osiągnąć prędkość potrzebną do wzniesienia się w powietrze. Inne ptaki, jak sępy siadają na drzewach lub płotach i po zeskoczeniu, dzięki sile ciążenia nabierają rozpędu potrzebnego do powstania odpowiedniej siły nośnej.

Najcięższym ptakiem, który potrafi latać, jest łabędź trębacz, który waży 18 kg. Ciężkie ptaki nie mogą zbyt szybko uderzać skrzydłami, gdyż jest to związane z dużym wysiłkiem. Nie ogranicza to jednak ich zdolności latania, ponieważ są mistrzami innej formy lotu.

LOT SZYBOWCOWY I ŚLIZGOWY

Duże ptaki potrafią prawie bez poruszania skrzydłami unosić się całymi godzinami w powietrzu i pokonywać wielkie odległości dzięki wykorzystaniu prądów powietrznych. Powstawanie tych prądów można unaocznić prostym przykładem z życia codziennego. Kiedy trzymasz rękę nad czymś gorącym, czujesz unoszenie się ciepłego powietrza. Takie samo zjawisko zachodzi, gdy słońce ogrzewa ziemię: niektóre powierzchnie — zależnie od rodzaju — nagrzewają się silniej niż inne. W rezultacie powietrze nad takimi powierzchniami unosi się, wytwarzając silne prądy wstępujące, chociaż na ziemi może się tego nie odczuwać. Te prądy wstępujące, zwane „termicznymi”, to wydłużone pęcherze gorącego powietrza, które — jak to stwierdzono — wznoszą się do wysokości 3 kilometrów.

Prądy wstępujące powstają również wtedy, gdy wiatr napotyka na swej drodze wzniesienie lub górę. Jest wówczas wypychany po zboczu, przy czym ten skierowany ku górze ruch powietrza utrzymuje się dalej ponad szczytem.

Gdy ptak natrafi na prąd powietrza, które wznosi się szybciej niż on mógłby opadać, wówczas może niejako „jechać” na nim, zataczając w locie koła, żeby pozostać w obrębie takiego „komina”. Rozpostarte skrzydła chwytają to wznoszące się powietrze niby żagiel. Tym sposobem ptaki mogą wzbijać się coraz wyżej niemal bez wysiłku. Tę formę lotu nazywa się lotem „szybowcowym”.

Związany z nim jest lot „ślizgowy”, podczas którego ptak opada, rozpościerając skrzydła i inne powierzchnie, żeby odbywało się to możliwie najwolniej. Najlepiej szybujące ptaki potrafią przelecieć w ten sposób odległość około 20 razy większą od wysokości, z której rozpoczęły lot ślizgowy.

Ptaki szybujące, jak sępy, mewy, pelikany, sokoły i orły, mogą przy bardzo małym wysiłku przebywać znaczne odległości przez wznoszenie się dzięki wykorzystaniu wstępującego prądu powietrza, a następnie przez opadanie lotem ślizgowym, dopóki nie natrafią na kolejny prąd wstępujący. Poruszając odpowiednio skrzydłami, mogą w takiej masie wstępującego powietrza utrzymywać się na tej samej wysokości albo od razu przejść z lotu ślizgowego do szybowcowego. Niektóre gatunki ptaków potrafią w ten oszczędzający energię sposób latać przez większą część dnia z prędkością od 48 do 80 kilometrów na godzinę. Zazwyczaj można rozpoznać, kiedy ptaki latają w ten sposób, ponieważ najpierw przez jakiś czas się wznoszą, zataczając koła, a potem przechodzą w długi, prosty lot ślizgowy.

Takie ptaki, jak albatrosy, są mistrzami w wykorzystywaniu silnych wiatrów na morzu. Poruszając się z wiatrem, albatros przechodzi w długi lot ślizgowy w kierunku powierzchni wody, przy czym nabiera szybkości. Tuż nad wodą zaczyna korzystać z energii wiatru, który wypycha go w górę. W ten sposób zyskuje wysokość, ale traci na szybkości. Potem znów wykonuje zwrot i cały cykl rozpoczyna się od nowa. Przez odpowiednie dopasowanie poszczególnych odległości w takim cyklu ptak może lecieć w każdym pożądanym kierunku. Na przykład albatros królewski dzięki tej metodzie może przez długi czas lecieć z prędkością 80 do 110 kilometrów na godzinę. Jedyny wysiłek, na który musi się wtedy zdobyć, polega na tym, że rozpościera skrzydła i od czasu do czasu raz lub dwa razy nimi uderzy.

Ponieważ uderzenie skrzydłami pochłania wiele energii, więc duże ptaki, gdy tylko mogą, posługują się lotem szybowcowym i ślizgowym. Skrzydłami uderzają przede wszystkim wtedy, gdy chcą przelecieć z jednego miejsca na drugie albo gdy chcą się wznieść w powietrze. Takie ptaki uderzają skrzydłami tylko raz do trzech razy na sekundę, podczas gdy większość ptaków śpiewających czyni to dwa razy szybciej. Koliber, który ma zaledwie 5 cm długości i waży tylko 3 gramy, uderza skrzydłami 60 do 70 razy na sekundę. Potrafi nieruchomo zawisnąć w powietrzu jak helikopter i jest jedynym ptakiem, umiejącym latać do tyłu.

SZTUKA LĄDOWANIA I ZMIANY KIERUNKU

Zręczność, z jaką ptaki poruszają się w powietrzu, jest wprost zdumiewająca. Potrafią zmienić kierunek lotu przez uderzenie jednym skrzydłem szybciej niż drugim. Dzięki temu jedno skrzydło unosi się wyżej, co pozwala ptakowi wykonać ostry skręt. Odgrywają w tym również pewną rolę pióra ogona, które ponadto pomagają utrzymać równowagę, a w razie potrzeby spełniają zadanie hamulca. Sposób, w jaki ptaki podrywają się do lotu i lądują, omijają gałęzie i niekiedy w ostatniej chwili unikają zderzenia z innymi ptakami, świadczy o tym, że są prawdziwymi mistrzami poruszania się w powietrzu.

Jeśli chodzi o lądowanie, to ptaki mają wszystko, co niezbędne, żeby móc lądować w sposób wprost niewiarogodnie doskonały. Ptak musi uwzględnić wysokość, prędkość i kierunek swego lotu oraz natężenie wiatru, żeby przy lądowaniu nie runąć na ziemię albo nie koziołkować. Niektóre cięższe ptaki muszą jeszcze przebiec kilka kroków po ziemi, aby utrzymać równowagę.

Dzięki zręcznemu posługiwaniu się skrzydłami i ogonem ptaki mogą zmniejszyć prędkość lotu i tak pokierować lądowaniem, żeby siąść na gałęzi jak najłagodniej. Jest to wyczyn wprost akrobatyczny, jeśli wziąć pod uwagę prędkość, z jaką się zbliżają do miejsca lądowania. Niekiedy uderzają skrzydłami w kierunku przeciwnym do kierunku lotu, żeby w ten sposób od razu wytracić szybkość.

CUDOWNIE ZAPROJEKTOWANIE

Fakt, że ptaki są stworzone do latania, staje się oczywisty po bliższym przyjrzeniu się budowie ich kości oraz ich upierzeniu. Ptaki mają ramię, które jest połączone ze stawem barkowym, oraz przedramię złożone z dwóch kości. Sposób połączenia tych kości pozwala swobodnie poruszać nimi do góry i na dół, a także je obracać. Mostek u ptaków nie jest płaski jak u człowieka, tylko przypomina kil statku. Dzięki temu po obu stronach kości klatki piersiowej jest duża powierzchnia przyczepu wyspecjalizowanych i niezwykle silnych mięśni obsługujących skrzydła.

Idealnie zaprojektowane są same kości. Przeważnie są to cienkościenne rurki, u większych ptaków delikatnie wzmocnione od wewnątrz. W rezultacie kości stanowią lekki, a jednak niezwykle wytrzymały szkielet. Na przykład cały szkielet fregaty, której rozpiętość skrzydeł sięga 2 m, waży zaledwie około 110 gramów. Większe kości zawierają też worki powietrzne, połączone z płucami i w razie potrzeby zapewniające dodatkowy dopływ tlenu w celu podtrzymania ogromnej aktywności ptaka.

Cudownie zbudowane są również pióra. Ptak może mieć od 2000 do 6000 piór. Z osi każdego pióra wyrastają setki gałązek, czyli promieni, od których odchodzą setki promyków opatrzonych wieloma jeszcze drobniejszymi haczykami. Według niektórych ocen pióro jednego gołębia (długości 15 cm) ma około 990 000 promyków i miliony haczyków. Wszystkie są sczepione, dzięki czemu powstaje dość zwarta i szczelna powierzchnia, która jest lekka, wodoszczelna i zatrzymuje ciepło. Poza tym pióra w znacznym stopniu zwiększają powierzchnię skrzydeł bez istotniejszego zwiększania ich ciężaru.

Upierzenie skrzydeł składa się głównie z trzech rodzajów piór. Największe, lotki pierwszego rzędu, są rozmieszczone na krawędzi skrzydeł i odgrywają bardzo ważną rolę przy sterowaniu kierunkowym, jak również w locie aktywnym. U ptaków drapieżnych lotki pierwszego rzędu przechodzą mniej więcej w odcinku środkowym w pióra węższe. Najwidoczniej dlatego wiele ptaków może się wzbijać bardziej pionowo i w rezultacie lepiej wykorzystywać naturalne prądy powietrzne. Lotki drugiego rzędu są osadzone na przedramieniu, a lotki trzeciego rzędu — na ramieniu. Pióra te odgrywają ważną rolę podczas lotu.

CUD CZY ŚLEPY PRZYPADEK?

Już zaledwie pobieżne zapoznanie się z mechanizmem lotu ptaków zmusza do zastanowienia się. Po wielu dziesiątkach lat intensywnych wysiłków konstrukcyjnych, eksperymentowania i przeprowadzania inteligentnej analizy, człowiekowi udało się pod pewnym względem naśladować lot ptaków. Mimo to nadal jest zdany na korzystanie ze skomplikowanych przyrządów, żeby móc dokonać tego, co ptaki potrafią znacznie lepiej dzięki instynktowi. Chociaż człowiek umie budować szybowce, jak również naddźwiękowe samoloty odrzutowe, to jednak nie potrafi dokładnie naśladować ruchów skrzydeł ptaka, dzięki którym powstaje zarówno siła napędowa, jak i siła nośna. Jak doszło do tego, że ptaki potrafią latać, chociaż zależy to od wielu skomplikowanych czynników?

Niektórzy twierdzą, że ptaki w jakiś sposób rozwinęły się z gadów, przy czym łuski stopniowo zamieniały się w pióra. Powołują się na skamieliny archaicznego ptaka zwanego archeopteryksem, który miał zęby i długi, kościsty ogon, oraz utrzymują, że jest on „brakującym ogniwem”. Jednakże lekceważą przy tym cały szereg zastanawiających szczegółów. Gady są zimnokrwiste i często powolne, podczas gdy ptaki są ciepłokrwiste i należą do najbardziej ruchliwych stworzeń na ziemi. Lot zależy od wielu czynników, które muszą się zazębiać i przebiegać jednocześnie.

Warto zaznaczyć, że archeopteryks miał w pełni rozwinięte, kompletnie upierzone skrzydła (nie łuski w połowie przekształcone w pióra), a jego nogi były specjalnie przystosowane do siadania na gałęziach. Stosunek między wielkością głowy a mózgu u ptaków wyraźnie różni się od tego rodzaju proporcji u gadów. Tak więc archeopteryks nie rozwinął się z gada.

Zdolności latania na pewno nie można przypisać ślepemu przypadkowi. Staranne zbadanie faktów przekonująco dowodzi, że lot ptaków pochodzi od Boga. Wszystko, co cechuje ptaki — opływowe kształty ciała, duże, lekkie skrzydła, specjalna budowa kości oraz instynkt, którego istnienia wymagają skomplikowane uwarunkowania lotu — świadczy o inteligentnym Projektancie znacznie górującym nad człowiekiem. I właśnie Jemu, Jehowie Bogu, powinniśmy wyrazić uznanie za cud lotu ptaka (Psalm 148:1, 7, 10).

[Diagram na stronie 20]

[Patrz publikacja]

ruch powietrza

siła nośna

opór powietrza

siła ciążenia

siły oddziałujące na ptasie skrzydło

[Diagram na stronie 22]

[Patrz publikacja]

prąd termiczny

lot ślizgowy

prąd termiczny