Das hat komplexe, aerodynamische Gründe.
von PM
Durch die gewölbte Profilform des Flügels entsteht auf der oberen Flügelseite (Saugseite) ein Unterdruck und auf der unteren (Druckseite) ein Überdruck. Die Luft strömt an der Flügelspitze von der Druck- zur Saugseite. 1 Zusammen mit der Vorwärtsbewegung bilden sich so von der Flügelspitze abfließende Wirbelzöpfe, auch Wirbelschleppe genannt. 2 Das wird in der Aerodynamik als induzierter Widerstand bezeichnet. Die beiden Wirbel lassen sich im Nachlauf von Flugzeugen gut beobachten (siehe Bild unten auf S. 14).
Durch die gegenläufig drehenden Wirbel, die an den Flügelspitzen abfließen, entsteht direkt hinter dem ersten Vogel ein Abwind 3 , hinter seinen Flügelspitzen nach außen hin jedoch ein Aufwind 4 . Wenn der nachfolgende Vogel nun hinter seinem Vorflieger und auch gleichzeitig seitlich versetzt fliegt, hilft ihm der Aufwind der Wirbelschleppen des voranfliegenden Vogels. Studien an einer Ibisart (Waldrappen, Geronticus eremita) im realen Freiflug haben bestätigt, dass sich die Vögel in der durch theoretische aerodynamische Berechnungen vorhergesagten optimalen Position in Keilformation bringen![1] Würde der Vogel direkt hinter seinem Vorflieger fliegen, würde er gegen den Abwind noch stärkere Anstrengungen unternehmen müssen, als der Vordervogel. Nur in Keilformation kann z.B. der Goldregenpfeifer aus Alaska sein Überwinterungsziel auf Hawaii im Nonstopflug erreichen. [2]
Der Vogel an der Spitze des Keils hat diesen Vorteil nicht und muss schwerer arbeiten als seine Begleiter. Das wurde durch Messungen der Herzfrequenz bei Pelikanen herausgefunden. [3] Daher wird vorne abgewechselt.
Aber es ist noch weitaus faszinierender: Vögel im Keilflug berücksichtigen nicht nur die gerade abfließenden Wirbelschleppen, die bei eher starrer [4] Flügelform im Segelflug auftreten zur optimalen Flugposition – auch der Schlagflug ist perfekt untereinander abgestimmt! Dabei schlagen sie ihre Flügel nicht synchron mit ihrem Vorderflieger, sondern genau abgestimmt phasenversetzt, so dass sie genau im durch das Flügelschlagen wellenförmigen Wirbel des Vordervogels ihre Schlagbewegung ausführen 5 . Dadurch maximieren sie ihre Ernteleistung des Aufwinds.[1],[5]
Die Begeisterung der Forscher wird in ihrer Veröffentlichung deutlich: „Diese aerodynamischen Errungenschaften wurden bisher wegen der komplexen Flugdynamik und des sensorischen Feedbacks, die für eine solche Leistung erforderlich wären, bei Vögeln nicht für möglich gehalten.“1
Jesus aber sah sie an
und sprach zu ihnen: Bei
den Menschen ist dies unmöglich;
aber bei Gott sind
alle Dinge möglich.
Matthäus 19:26
[1] Portugal, S., Hubel, T., Fritz, J. et al. Upwash exploitation and downwash avoidance by flap phasing in ibis formation flight. Nature 505, 399–402 (2014). https://doi.org/10.1038/nature12939 .
[2] Werner Gitt, Überraschungen in der Schöpfung: https://youtu.be/4LMBLAtpyJs?t=395
[3] Siehe Weimerskirch, H., Martin, J., Clerquin, Y., Alexandre, P. & Jiraskova, S. Energy saving in flight formation. Nature 413, 697–698 (2001).
[4] Wobei von „starr“ eigentlich keine Rede sein kann. Auch im Segelflug steuert der Vogel permanent und punktgenau mit Federn, Flügeln und Schwanz nach. Luftfahrtingenieure können von dem perfekt adaptiven Flügel der Vögel nur träumen – die Vorflügel, Lande- und Bremsklappen sind nur ein billiger Abklatsch, obwohl da Abermillionen € Entwicklung drinstecken.
[5] In diesem Video stellen die Forscher aus Ref. 1 ihre Ergebnisse vor: https://youtu.be/fKkzqk3RMLc .