Почему гуси летят клином: аэродинамика, высота и скорость полёта

Гуси летят клином потому, что так тратят меньше сил: каждая птица держится сбоку и чуть позади впереди идущей и попадает в восходящий поток воздуха от её крыла. Это подтверждено измерениями на пеликанах и ибисах, а для самих гусей — расчётом по фотографиям стай серого гуся, где экономия мощности составила в среднем 26,5 %, а вся стоимость полёта снизилась на 4,5–9 %. Ниже — что именно показали исследования, как птицы меняются местами, какие скорость и высота полёта у гусей известны по данным измерений и что в приметах про «клин в вышине» — только приметы.

Почему гуси летят клином: что показали исследования

Крыло летящей птицы создаёт за собой вихри. Позади и сбоку от птицы воздух поднимается вверх (восходящий поток), а прямо за ней опускается. Если следующая птица занимает место в зоне подъёма, ей легче удерживать высоту и скорость. Ведущей такой помощи нет, поэтому у клина всегда есть «затратная» точка — его вершина. Теоретическую основу заложили Лиссаман и Шолленбергер в 1970 году: по их расчёту, стая из 25 птиц могла бы увеличить дальность примерно на 70 % по сравнению с одиночкой, причём выигрыш больше при попутном ветре, а ведущая птица не обязательно самая загруженная.

Расчёт — это только модель. Реальные измерения делали уже в XXI веке и на птицах других видов, поэтому честно разделим, что измерено на гусях, а что на близких крупных птицах.

Практический вывод: в клине экономия реальна и измерена, но её размер зависит от вида, положения птицы и дисциплины строя. Цифры по пеликанам и ибисам нельзя механически переносить на белолобого гуся или гуменника — для них прямых измерений пульса или кислородных затрат в клине мы не нашли. Для серого гуся есть оценка по геометрии строя: мощность на создание подъёмной силы экономится, а полные затраты — на единицы процентов.

Кто ведёт клин и как гуси меняют ведущего

Вершину клина занимает птица, которая не получает помощи от впереди идущей. Отсюда вопрос: кто соглашается лететь первым. Исследование ибисов показало, что постоянного вожака у них нет: птицы часто меняются позициями, а время, которое особь тратит впереди, пропорционально тому, сколько она провела в «подмоге» у других. На уровне пар птицы «отдают» друг другу столько же времени, сколько получили. Авторы описывают это как прямую взаимность.

Для гусей мы такого точного учёта по телеметрии не нашли, поэтому утверждение «у гусей ведущего меняют так же» — это обоснованное допущение, а не измеренный факт. Наблюдателю в поле можно заметить главное: клин не стоит неподвижно, ведущая птица уходит назад по крылу строя, а её место занимает другая, поэтому форма клина «дышит».

Исследований, которые подтверждали бы жёсткую иерархию («старый гусак — вожак») у диких гусей, мы не открывали, поэтому такие утверждения не повторяем.

Какой формы бывает клин и зачем нужен строй

В научной литературе формацию называют V-образной или эшелонной: птицы идут диагональной линией, у клина — две такие линии сходятся к вершине. По расчёту Лиссамана и Шолленбергера, именно V-образный строй делит выигрыш между птицами поровну. Выигрыш зависит от расстояния: у серых гусей по снимкам снизу измеряли и боковое, и продольное расстояние между птицами.

Исследователи серого гуся проверили и вторую идею — что птицы выстраиваются клином, чтобы лучше видеть друг друга и не терять направление. Связи между продольным и боковым расстоянием, которую ждали бы при такой причине, они не нашли, а объяснение через экономию сил подтвердилось. Размер тела тоже важен: авторы допускают, что от него зависит, насколько строй выгоден, а в обзоре по ибисам отмечено, что V-образно летают именно «несколько крупных видов».

Сколько стоит перелёт и почему экономия важна

Миграция — самое опасное время года: по данным, приведённым в работе о ибисах, у больших снежных гусей (Chen caerulescens) смертность за осенний перелёт оценивали в 5 % у взрослых и до 35 % у молодых. Часть потерь прямо или косвенно связана с физической нагрузкой полёта, поэтому у птиц, особенно молодых в первую осень, давление отбора на экономию энергии велико. Клин — один из способов эту нагрузку снизить, вместе с попутным ветром, правильными остановками и временем отлёта. О том, как гуси распределяют остановки и дни пути, — в статье «Куда улетают гуси»: по белолобым гусям из Китая выходит, что весной стаи тратят на остановки почти два месяца, а осенью идут быстрее.

Кроме строя на затраты влияет и высота над водой. Исследование пеликанов не нашло разницы в пульсе у птиц, летевших в метре над водой и в 50 м над ней, поэтому «эффект близости воды» не считают главной причиной экономии: дело именно в строе.

Как наблюдать клин в поле

Если вы хотите понять, что видите, смотрите на строй как на живую систему. По исследованию ибисов, птицы часто меняются позициями, поэтому вершина клина смещается, а ветви то вытягиваются, то подтягиваются. Отметьте, одинаковы ли ветви по длине и ровно ли держится строй: в работе 1998 года выигрыш серых гусей считали как среднюю величину по всем измеренным положениям птиц, то есть реальный строй всегда отличается от идеального угла.

Вторая задача наблюдателя — не принять клин за доказательство вида. Строй сам по себе вид не выдаёт, поэтому для определения нужны другие признаки: размер, окраска головы и клюва, голос.

Эти наблюдения не заменяют измерений. Различение видов по силуэту и по голосу — отдельная задача, о ней мы пишем в статьях о голосах диких гусей и о диких гусях.

С какой скоростью летят гуси

Скорость гуся на пролёте нельзя назвать одним числом: она зависит от ветра, строя и от того, считаем ли мы скорость относительно воздуха или земли. Радарные измерения 138 видов (Alerstam и соавторы, 2007) отнесли лебедей, гусей и уток к быстрым летунам с крейсерской скоростью порядка 15–20 м/с (примерно 54–72 км/ч) при машущем полёте. Это ориентир для группы, а не паспортное значение белолобого гуся.

У горных гусей (Anser indicus), которых метили GPS-передатчиками, медианная скорость над землёй составила 54 км/ч на небольших высотах и 67 км/ч на больших. Попутный ветер прибавляет скорость над землёй (в модели Лиссамана и Шолленбергера выигрыш от строя тоже выше при попутном ветре). Суточные цифры (300–500 км в сутки) — это уже не скорость полёта, а результат полётов минус остановки.

На какой высоте летят гуси

Для высоты полёта гусей известна рекордная цифра горного гуся, но она относится к особой ситуации — перелёту через самые высокие горы. Горные гуси чаще держатся 4500–5500 м, максимум для отдельных особей — 6540 и 7290 м, а в работе 2015 года показано, что они стараются идти по рельефу «качелями», оставаясь около 100 м над землёй, так как лётные затраты растут по мере разрежения воздуха.

Для видов, которые идут над европейской и азиатской равниной — белолобого, гуменника, серого, — надёжной цифры типичной высоты в открытых источниках, которые мы смогли открыть, нет. Известно только качественно: серый гусь во время сезонных перелётов поднимается на очень большую высоту, а в обычном перелёте между кормом и водой летит низко и редко машет крыльями. Всё остальное — оценки «на глаз»: высоту птицы над головой с земли без инструмента определяют с большой ошибкой, поэтому такие цифры измерением не считаем.

Если гуси летят высоко: приметы

Приметы о высоте полёта гусей известны давно, но научной проверки не имеют. По одной из распространённых народных примет, если гуси летят высоко на Воздвиженье (27 сентября по новому стилю), ожидают большое весеннее половодье, а если низко — малое. В других подборках то же связывают с клином в вышине и паводками. Ещё одна примета: ранний отлёт гусей к раннему похолоданию.

Для охотника и натуралиста важнее факты: высота зависит от ветра, от рельефа и от того, идёт ли стая на корм или в дальний перелёт. Приметы можно знать как фольклор, но подстраивать по ним планы нельзя. О том, когда ждать пролёта гусей по зонам, — в статьях «Пролёт гуся» и «Куда улетают гуси».

Как клин связан с наблюдением и охотой

Вид гуся по форме строя не определить: это делают по размеру, окраске, голосу и поведению птиц. О голосах мы пишем в статье «Голоса диких гусей», о видах — в статьях «Дикие гуси», о белолобом гусе, о гуменнике и о сером гусе.

Среди идущих клином птиц могут быть охраняемые виды: пискулька, краснозобая казарка и другие из приказа Минприроды № 162. Поэтому стрельба «по клину» без уверенного определения вида недопустима. Продлить сроки, указанные в Правилах, регион не вправе (п. 16); конкретные даты — по документу высшего должностного лица региона. Подробности осенней охоты — в статье об охоте на гуся осенью, о выстреле и дистанции — в материалах по стрельбе по гусю.

Сроки охоты, нормы добычи и разрешённые орудия меняются: перед выездом проверьте действующий указ своего региона и Правила охоты.