Чи не "винайшли" кажани радар?
Гарну міфологічну легенду розповідає Овідій в «Метаморфозах» про молоду німфу, яка в один прекрасний день закохалася в молодого і дуже красивого юнака Нарциса. Однак він залишився байдужим до неї і вважав за краще проводити весь час, нахилившись до води, щоб милуватися відображенням свого красивого образу. Врешті-решт він вирішив обійняти власне зображення, впав в річку і потонув. Зневірившись, німфа збожеволіла. Її голос, блукаючи всюди, відповідає всім криків в лісах і горах.
Овідій, в'язень ТОМІС, не думав, що між "відлунням" ніжною німфи і нічним родом кажанів буде встановлена таємний зв'язок.
Перший крок зробив італійський вчений Ладзаро Спаланцані, який влітку 1783 року сотні разів відвідував дзвіницю кафедрального собору в Падуї, щоб виконати надзвичайно цікаві досліди з кажанами, які гронами висіли на запиленому виступі зводу храму. Спочатку він простягнув безліч тонких ниток між стелею і підлогою, потім зняв кілька кажанів, заліпив їм воском очі і відпустив. На другий день зловив кажанів з заліпленими очима і з подивом помітив, що їх шлунок повний комарів. Отже, цим тваринам не потрібні очі для лову комах. Спалланцани зробив висновок, що кажани мають невідоме шосте чуття, за допомогою якого вони орієнтуються в польоті.
Знаючи про досліди Спалланцани, швейцарський природодослідник Шарль Жюріна вирішив замазати вуха кажанів воском. Він отримав несподіваний результат: кажани були не здатні розрізняти навколишні предмети, билися об стіни. Чим можна пояснити таку поведінку кажанів? Хіба маленькі тварини бачать вухами?
Така гіпотеза більше 150 років існувала в світовій науці.
У 1912 році винахідник автоматичного кулемета Максим зовсім випадково висунув гіпотезу про те, що кажани орієнтуються з допомогою луни, одержуваного від шуму власних крил; він запропонував побудувати на цьому принципі апарат для попередження суден про наближення айсбергів.
Ультразвук знаходить нині широке застосування. За допомогою ультразвуку можна виявити найдрібніші тріщини або порожнечі в структурі відлитих з металу деталей. Він застосовується замість скальпеля в безкровних хірургічних операціях на мозку і при різанні і шліфовці надтвердих деталей.
Кажани використовують ультразвук для орієнтування. Ультразвук утворюється вібрацією голосових зв'язок. За своєю структурою гортань схожа на свисток. Видихається легкими повітря виходить з великою швидкістю і видає свист з частотою 30000-150000 Гц, що не вловлюється вухом людини. Тиск повітря, що проходить через гортань кажана, в два рази більше тиску пари у паровоза, що для маленької тварини є великим досягненням.
У гортані тваринного виникають 5-200 звукових коливань високої частоти (ультразвукові імпульси), які зазвичай тривають всього лише 2-5 тисячних частки секунди. Стислість сигналу є дуже важливим фізичним фактором: тільки такий сигнал може забезпечити високу точність ультразвукового орієнтування. Вихідні від розташованого на відстані 17 м перешкоди звуки повертаються до летючої миші приблизно за 0,1 секунди. Якщо тривалість звукового сигналу перевищує 0,1 секунди, відлуння, отражаемое перешкодами, які розташовані на відстані менше 17 м, сприймається вухом тваринного одночасно з породжує його звуком. Тим часом, по інтервалу часу, що розділяє кінець сигналу від перших звуків і відлуння, кажан визначає відстань, яке її відділяє від об'єкта, який відбив ультразвук. Ось чому звуковий сигнал настільки короткий.
Встановлено, що летюча миша, у міру наближення до перешкоди, збільшує кількість "сигналів". При нормальному польоті гортань тваринного видає лише 8-10 сигналів в секунду. Однак, як тільки тварина виявить видобуток, його політ прискорюється, число видаваних сигналів досягає 250 в секунду. У цьому полягає "вимотування" видобутку шляхом зміни координат нападу. Апарат "локації" у кажана діє просто; і винахідливо. Тварина літає з відкритим ротом так, що видаються їм сигнали випромінюються в конусі з кутом більше 90 °. Летюча миша орієнтується шляхом порівняння сигналів, що приймаються її вухами, які залишаються піднятими протягом всього часу польоту, як приймальні антени. Підтвердженням такого припущення є те, що якщо одне вухо не діє, кажан зовсім втрачає здатність орієнтуватися.
Скандують кажанами, що видають уривчасті звуки, є rhinolofii, або кажани-підкови, які зустрічаються на Кавказі і в Центральній Азії; таку назву вони отримали через форми складок навколо носа. Підкова є репродуктор, який збирає звуки в спрямований пучок. Скандують кажани підвішуються головою вниз і, повертаючись майже вкруговую, вивчають навколишній простір за допомогою звукового пучка. Цей живий детектор залишається висячим до тих пір, поки яка-небудь комаха не потрапить в поле його звукового сигналу. Тоді кажан робить ривок, щоб схопити здобич. Під час полювання кажани-підкови видають монотонні дуже тривалі порівняно з їхніми найближчими родичами (10-20 часток секунди) звуки, частота яких постійна і завжди однакова.
Кажани в Європі і в Північній Америці вивчають навколишній простір за допомогою звуків модульованої частоти. Тон сигналу і висота відбиваного звуку постійно змінюються. Такий пристрій набагато полегшує орієнтування по луні.
У польоті кажани останніх двох груп поводяться по-особливому. Звичайні кажани тримають вуха нерухомо, прямо, а кажани з носом у вигляді підкови безперервно виробляють рухи головою, а вуха у них вібрують.
Однак рекордом в області орієнтування мають кажани, що мешкають в районах Америки і харчуються рибою. Летюча миша-рибалка літає майже біля поверхні води, різко пікірує і здійснює стрибок в воду, опускає туди лапи з довгими кігтями і вихоплює рибу. Таке полювання здається дивною, якщо врахувати, що лише тисячна частина испускаемой хвилі проникає в воду і також тисячна частина енергії луни від води повертається до локатор кажана. Якщо до цього додати, що частина енергії хвилі відбивається в рибі, м'ясо якої містить велику кількість води, можна зрозуміти, яка мізерно мала частка енергії досягає вуха тварини і яку фантастичну точність повинен мати його звуковий орган. Можна також додати, що таку дуже слабку хвилю потрібно ще відрізнити від звукового фону безлічі перешкод.
70 мільйонів років існування кажанів на землі навчили їх використовувати фізичні явища, які ще невідомі нам. Виявлення сигналу, повернутого до свого джерела, значно ослабленого і затонулого в шумі перешкод, є технічною проблемою, яка надзвичайно займає розуми вчених. Правда, в розпорядженні людини є дивовижний детектор на радіохвилях, так званий радар, який за чверть століття свого існування зробив чудеса, кульмінацією яких з'явилися зондування Місяця і точне вимірювання орбіти планети Венера. Що б робили без радара авіація, морський флот, протиповітряна оборона, географи, метеорологи, гляциологи білих континентів? І все ж радіотехніки мріють про радар на ультразвук кажана, безперечно більш досконалому, ніж той, який винайшов людина. Маленька істота вміє відбирати і посилювати мізерну залишкову фракцію сигналу, що подається серед океану перешкод. Стикаючись з надзвичайно великим шумом, званим божевільним ефіром, інженери і техніки були б щасливі, якби могли використовувати принципи уловлювання сигналу, якими користуються кажани. Якщо радар залишається блискучим детектором для великих відстаней, то локатор кажанів на основі луни залишається ідеальним засобом для малих відстаней.