II. 하늘을 날기 위해

하늘을 날기 위해

조류 / 타임지 단행본에서

하늘을 날으는 새의 몸 구조는 가장 작은 벌새로부터 가장 덩치가 큰 알바트로스에 이르기까지 서로가 아주 닮아 있다. 이것은 다른 동물에서 볼 수 없는 현상이다. 날기 위해서는 가볍고 튼튼한 골격, 강하고 무게가 없는 근육, 상승과 추진 역할을 하면서 보온에 도움이 되는 깃털, 모든 동물 중에 가장 예민한 눈이 필요하다. 이 모두가 조류의 공통된 특징인 것이다.

날개의 원리와 응용

새의 날개는 완벽한 항공역학의 원리로 만들어져 있다. 그 날개는 공기를 가르면서 전진할 때 가장 저항을 적게 받도록 유선형으로 되어 있으며, 양력을 얻기 위해서 날개의 아랫면이 안쪽으로 약간 굽어져 있다. 앞쪽에서 불어오는 공기가 날개의 볼록한 윗면을 따라 흐를 때는 가속이 되기 때문에 기압이 저하되고, 반대로 오목한 아랫면에서는 공기의 흐름이 느려져 기압이 약간 높아진다. 날개 윗면과 아랫면의 이러한 기압차이는 날개를 밑에서 위로 올려 미는 양력을 낳게 한다. 날개에는 비행기에서와 같은 슬로트와 플랩 구조도 달려 있어 날개의 양력을자유로이 증감시킬 수 있는 것이다. 날개의 모양은 새의 종류에 따라 다르다. 그것은 그 모습이 새인 종류에 따른 생활양식을 각기 반영하기 때문이다. 넓게 트인 공간에서 생활하는 갈매기에는기류를 타고 날 수 있도록 가볍고도 폭이 좁은 길 날개가 발달했으며, 좁은 공간에서 사는 비둘기는 힘차게 날기 위한 짧고 강한 근약이 붙은 날개가 있다.

기류와 날개와의 관계: 기류 속에서 날개가 위쪽으로 기울어지면 양력이 증가한다. 기류가 날개 위를 매끄럽게 흐르는 동안은 양력이 유지되지만(A) 날개의 각도가 너무 커지면 날개 윗면의 기류가 흩어지므로 소용돌이가 생겨 양력이 없어진다(B). 그래서 날개에는 슬로트에 해당하는 소익이 있어 날개의 각도가 커져도 기류를 흐르게 함으로써 양력을 유지하도록 하고 있다.

아래로의 퍼덕임: 새는 날개를 아래로 퍼덕일 때 추진력을 얻는다. 날아오를 때는 첫째날개깃이 서로 포개져 한장의 판자처럼 되어 퍼덕이는 힘을 강하게 한다. 이와 반대로 위로 퍼덕일 때는 날개를 쉽게 들어올리도록 날개깃이 비틀어져 공기가 흘러나갈 틈이 생긴다. 왼쪽 그림에 나와 있는 소익은 근육으로 움직을 수 있으며, 이 날개는 필요에 따라서 적절히 사용하도록 되어 있다.

활공능력의 차이: 종류에 따라 활공능력에 상당한 차이가 있다. 이 글미에서 4종류의 새가 일정한 높이에서 활공하여 도달하는 거리를 나타냈다. 벌새는 작기 때문에 거의 활공하지 못한다.

정적인 범상: 이것은 새의 낙하속도보다 다른 세력으로 상승하는 기류를 탓을 때 볼수 있는 것이다. 무풍상태에서는 A에서 B로 강하하고, 난기류를 탓을 때는 A에서 C점으로 상승한다.

동적인 범상: 알바트로스는 윗 그림에서와 같이 바람이 파도와 마찰하여 약화된 높이인 해면으로부터 바람이 보다 빨리 불고 있는 높이(A)까지 상승해서 아래로 원을 그리면서 활공하여 강하한다. 이 강하에 의해서 충분한 힘을 얻게 되면 재차 위쪽으로 상승한다. 이같은 동적인 범상에 의해 알바트로스는 날개를 퍼덕이지 않고서도 몇 시간이나 바다 위를 쉽게 활공할 수 있다.

전진비상의 기능: 강력한 비행을 하는 갈매기와 같은 새는 보통 우리들이 생각하는 것처럼 공중을 헤엄치는 것이 아니라 비행기와 같은 원리로 프로펠러 추진을 한다. 새의 경우 프로펠러에 해당하는 것은 날개 끝에 있는 첫째날개깃으로서, 아래로 날개를 칠 때 추진력을 일으킨다. 그림은 그 상태를 왼쪽에서 순차로 나타낸 것이다. 먼저 공기에 대항해서 날개를 아래로 내려 누르면 첫째날개깃의 끝이 위쪽으로 굽어지면서 날개 전체가 일정한 각도로 비틀리게 된다. 이렇게 날개가 아래로 퍼덕일 때 추진력이 생겨 날개 전체가 전방으로 밀리면서 몸통도 따라서 전진하게 된다. 날개를 아래로 치는 것이 끝났을 때 날개 끝은 부리가 있는 높이까지 올라간다. 날개를 위로 칠 때는 첫째날개깃이 서로 떨어져 공기가 그대로 빠져나갈 수 있도록 된다. 이때 날개 끝은 공기에 대해서 위와 뒤쪽으로 움직이게 되는데, 이때도 약하나마 추진효과를 얻는다. 이렇게 위쪽으로의 날개치기가 끝나면 이번에는 다시 아래쪽으로의 날개치기가 시작되어 전진비상이 계속된다.

정지비행의 기구: 공중곡예사인 벌새는 바로 위로나 뒤쪽으로도 날 수 있다. 이보다도 더 훌륭한 기술은 꽃에서 꿀을 빠는 동안 공중 한 곳에 정지한 채 날개를 퍼덕이고 있을 수 있다는 것이다. 이것은 벌새만이 다른 새에서 볼수 없는 날개 구조를 가지고 있기 때문이다. 벌새의 날개는 전체가 거의 고정되어 있으며, 손목이나 팔꿈치에 해당하는 부분도 거의 움직이지 않고, 날개는 회전관저로서 어깨에 붙어 있다. 이 날개는 앞뒤로 배를 젖는 노처럼 퍼덕인다. 이 그림의 왼쪽은 날개를 앞으로 치는 상태를 나타낸 것이다. 날개는 보통 새들이 하는 아래로의 날개치기처럼 앞 가장자리가 앞으로 움직이지만, 이때는 양력만 생기고 추진력은 생기지 않도록 각도를 잡고 있다. 뒤로의 날개치기는 오른쪽처럼 날개 전체가 어깨에서 수평으로 180도 회전하여 날개 아래쪽이 위로 향하고, 앞 가장자리가 뒤를 향하게 하여 공기를 파헤친다. 이 경우에도 추진력은 없고 양력만 생기기 때문에 벌새는 공중에서 마치 헬리콥터가 정지비행을 하듯이 정지한 상태로 있으면서 꿀을 빨아먹을 수 있는 것이다.

가볍고 튼튼한 골격

새의 골격 내부를 들여다 볼 때 자연이 만든 구조공학과 항공공학의 훌륭함을 알게 된다. 그것은 가볍고 튼튼하며, 어느 부분이나 대단히 기능적으로 되어 있다. 모든 나는 새의 흉골은 아주 엷고 가벼우나, 깊은 용골로 흉골을 강하게 하여 강력한 흉근을 붙이는 역할을 하고 있다.

진화의 과정에서 새들은 다른 고등동물이 가지고 있는 많은 뼈들을 잃어버렸다. 그리고 압력에 더 잘 견디고 보다 무게를 줄이기 위해서 다른 동물에서는 관절로 되어 있는 부분이 유착해버렸다. 많은 새의 뼈는 속이 비어 있으며, 어떤 것은 유연성을 가지면서 강도를 늘이기 위하여 뼈 내부에 받침대가 들어 있다. 체중 2킬로그램, 날개 길이가 2미터나 되는 군함조의 골격 무게는 불과 100그램밖에 되지 않아 깃털의 무게보다 더 가벼운 골격을 가지고 있는 셈이다.

겉보기보다 큰 눈

새의 눈은 눈꺼풀 속에 숨겨져 있어 포개진 뼈의 보호환 속에서 보석처럼 박혀 있다. 때문에 겉보기에는 작게 보이나 사실은 거대하다고 말할 정도로 크다. 날개 위해서는 대상물을 크게, 작은 부분까지 정확하게 보아야하기 때문이다. 새의 눈은 먼 곳에 있는 것이나 가까운 곳에 있는 것이나 발견한 즉시로 행동으로 반응하지 않으면 안된다. 예를 들어 먹이를 찾으러 나선 칼새는 10센티 앞을 지나는 한 마리의 곤충의 움직임에도 믿을 수 없을 만큼 빨리 반응한다.

새의 눈은 종류마다 위치나 형태가 다르다. 많은 새의 눈은 안구가 약간 편편하여, 영상이 넓게 비치는 망막을 가지고 있으므로 외계를 보는데 적합하다. 맹금류의 눈은 둥글든가 또는 거의 관상으로 되어 있어 편편한 눈보다는 시야가 좁지만 보다 먼 곳을 훨씬 상세히 보며, 살아 있는 먹이를 정확하게 겨냐할 수 있다. 그리고 맹금류의 망막이 움푹 들어간 눈구멍에는 다른 동물보다 많은 시세포가 있어서, 새의 눈 중에서도 가장 시력이 예민한 눈으로 되었다. 맹금류의 눈은 물론 영상을 확대할 수도 있고, 어떤 종류는 그 배율이 30퍼센트 이상이나 증가한다. 또 매의 망막은 사람의 망막과 비교하여 8배나 예민하다.

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