Đánh sách: Công nghệ vô tuyến của Sputnik đã tạo ra một cuộc cách mạng trong nghiên cứu di cư của loài chim

“Chim bay về phương Nam vào mùa đông và phương Bắc vào mùa hè,” đã được lịch sử chứng minh là câu châm ngôn chỉ kém tin cậy hơn một chút so với mặt trời luôn mọc ở phương Đông và lặn ở phương Tây. Nhân loại đã bị mê hoặc bởi sự đến và đi của những người hàng xóm là gia cầm của chúng ta trong nhiều thiên niên kỷ, nhưng lý do tại sao và như thế nào về thói quen du hành nhất thời của chúng vẫn còn là một bí ẩn cho đến những năm gần đây. Trong Đường bay, khoa học tác giả

Rebecca Heisman trình bày chi tiết về lịch sử hấp dẫn của nghiên cứu di cư của loài chim hiện đại và các nhà điểu học tiên phong đã giúp lĩnh vực này phát triển. Trong đoạn trích dưới đây, Heisman nhớ lại những nỗ lực của Tiến sĩ Bill Cochran, một người tiên phong trong kỹ thuật gắn thẻ vô tuyến, để theo dõi mỏ đá trên không và đang truyền tích cực của ông qua biên giới Canada.

HarperCollins

Từ Đường bay, Bản quyền © 2023 Bởi Rebecca Heisman. In lại ở đây với sự cho phép của Harper, một dấu ấn của Nhà xuất bản HarperCollins

Theo dõi tiếng bíp đó

Hoét Swainson trông hơi giống một phiên bản nhỏ màu nâu của họ hàng quen thuộc của nó là chim cổ đỏ Mỹ. Lưng màu nâu xám của nó tương phản với phần ngực nhợt nhạt, có đốm và những dấu “kính mắt” nhạt quanh mắt. Những con chim hét này là những loài chim nhút nhát tìm kiếm côn trùng trong lớp lá trên nền rừng, nơi chúng hòa mình vào ánh sáng lốm đốm và bóng tối sâu. Những người chơi chim biết đến chúng nhờ bài hát bay bổng, xoắn ốc của chúng, khiến các khu rừng ở Canada và miền bắc Hoa Kỳ tràn ngập âm nhạc thanh tao vào mùa hè. Nhưng chúng không sống ở đó quanh năm; chúng trải qua mùa đông ở Mexico và miền bắc Nam Mỹ, sau đó quay trở lại phía bắc để sinh sản.

Vào sáng ngày 13 tháng 5 năm 1973, một con chim hét Swainson dừng lại trên hành trình của nó từ ngôi nhà mùa đông đến ngôi nhà mùa hè của nó lọt vào một màn sương mù ở phía đông trung tâm Illinois. Các nhà nghiên cứu nhẹ nhàng kéo nó ra khỏi lưới đã trải qua tất cả các nghi thức thông thường—cân và đo nó, quấn một dải kim loại có đánh số quanh chân nó—nhưng họ đã thêm vào một yếu tố khác thường: một máy phát vô tuyến nhỏ chỉ nặng bằng 5 phần nghìn ounce. Họ cẩn thận tỉa lông từ một mảng nhỏ trên lưng con chim, sau đó sử dụng keo dán lông mi để gắn thiết bị truyền phát, gắn trên một mảnh vải, vào vị trí trên da chim (Nhiều thế hệ nhà điểu học đã biết chính xác nơi tìm thấy keo dán lông mi tại cửa hàng mỹ phẩm địa phương của họ. Được thiết kế để không gây kích ứng cho làn da mỏng manh của mí mắt khi gắn lông mi giả, nó cũng không gây kích ứng da chim và sẽ hết sau nhiều tuần hoặc nhiều tháng.)

Đăng ký Bản tin Ưu đãi của Engadget

Ưu đãi lớn về điện tử tiêu dùng được gửi thẳng đến hộp thư đến của bạn, do nhóm biên tập của Engadget quản lý.

Xem mới nhất

Vui lòng nhập địa chỉ email hợp lệ

Vui lòng chọn một bản tin

Bằng cách đăng ký, bạn đồng ý với Engadget Điều khoảnChính sách bảo mật.

Khi Khi con chim hét được thả ra, nó có thể xáo trộn bộ lông của mình một vài lần để làm quen với phụ kiện mới, sau đó quay trở lại nghỉ ngơi và kiếm ăn để chuẩn bị tiếp tục chuyến đi của mình. Với chỉ khoảng 3 phần trăm tổng trọng lượng cơ thể của con chim, máy phát sẽ không cản trở đáng kể con chim khi nó thực hiện thói quen hàng ngày. Sau đó, vào khoảng 8:40 tối hôm đó, sau khi mặt trời lặn đủ xa dưới đường chân trời và ánh chiều tà bắt đầu mờ đi, con chim hét phóng mình lên không trung, hướng về phía tây bắc.

Nó sẽ không thể nào biết được rằng nó đang bị theo dõi. Bill Cochran – cũng chính là kỹ sư mà một thập kỷ rưỡi trước đó đã lắp ráp một máy ghi âm với một trục xe đạp và sáu nghìn feet băng để Richard Graber có thể ghi lại cả một đêm các cuộc gọi trên chuyến bay về đêm – đã chờ đợi gần đó trong một toa xe ga Chevy đã được chuyển đổi với một chiếc ăng-ten lớn thò ra từ một cái lỗ trên mái nhà. Khi con chim hét bay vào bầu trời buổi tối, Cochran và một sinh viên tên là Charles Welling đang đi theo những con đường bên dưới.

Tất cả những gì họ có thể nhìn thấy trong đêm sâu là đoạn đường cao tốc được chiếu sáng bởi đèn pha của họ, nhưng âm thanh của tiếng “bíp . . . tiếng kêu bíp . . . bíp” của máy phát nối chúng với con chim hét trên đầu như thể bằng một sợi chỉ vô hình. Họ sẽ giữ nó trong bảy đêm điên cuồng, đuổi theo con chim hét hơn 930 dặm trước khi mất tín hiệu vĩnh viễn ở vùng nông thôn phía nam Manitoba vào sáng ngày 20 tháng Năm.

Trên đường đi, họ sẽ thu thập dữ liệu về độ cao của nó (thay đổi từ 210 đến 6.500 feet), tốc độ trên không và mặt đất (tương ứng là 18 đến 27 và 9 đến 50 dặm một giờ, với tốc độ mặt đất tùy thuộc vào sự hiện diện của gió ngược hoặc gió xuôi), khoảng cách bao phủ mỗi đêm (65 đến 233 dặm), và quan trọng là hướng của nó. Bởi vì họ có thể bám sát con chim trong một khoảng cách dài như vậy, Cochran và Welling có thể theo dõi hướng chính xác mà con chim đặt ra trong mỗi đêm thay đổi như thế nào khi vị trí của nó thay đổi so với phương bắc từ trường. Những thay đổi dần dần mà họ thấy trong tiêu đề của nó phù hợp với hướng của từ trường bắc, cung cấp một số bằng chứng thực tế đầu tiên cho thấy các loài chim biết hót di cư sử dụng một số loại la bàn từ tính bên trong như một trong những công cụ để điều hướng. Ngày nay, Bill Cochran là một huyền thoại trong giới điểu cầm học vì công việc tiên phong của ông là theo dõi các loài chim được gắn thẻ radio trên hành trình di cư của chúng. Nhưng đó không phải là loài chim đầu tiên thu hút anh ta vào lĩnh vực đo từ xa vô tuyến; đó là cuộc đua vào không gian.

Từ Sputnik đến Vịt

Tháng 10 năm 1957, Liên Xô phóng vệ tinh nhân tạo đầu tiên trên thế giới lên quỹ đạo. Về cơ bản chỉ là một quả cầu kim loại phát ra tiếng bíp, Sputnik 1 đã truyền tín hiệu vô tuyến trong ba tuần trước khi hết pin. (Nó bị đốt cháy trong bầu khí quyển vào tháng 1 năm 1958.) Tín hiệu đó có thể được thu bởi bất kỳ ai có máy thu thanh và ăng-ten tốt, và các nhà khoa học cũng như những người đam mê radio nghiệp dư đã theo dõi tiến trình của nó trên khắp Trái đất.

Nó gây chấn động khắp thế giới — bao gồm cả ở Illinois, nơi nhà thiên văn vô tuyến George Swenson của Đại học Illinois bắt đầu theo dõi các tín hiệu của Sputnik 1 và những người kế nhiệm nó để tìm hiểu thêm về các đặc tính của bầu khí quyển Trái đất. Khoảng năm 1960, Swenson được phép thiết kế đèn hiệu vô tuyến của riêng mình để tích hợp vào vệ tinh Discoverer, câu trả lời của Hoa Kỳ cho chương trình Sputnik. Cần người dân địa phương có kinh nghiệm về kỹ thuật điện để làm việc trong dự án, ông đã tuyển dụng Bill Cochran (người vẫn chưa chính thức hoàn thành bằng kỹ sư của mình – ông sẽ không hoàn thành lớp cuối cùng cho đến năm 1964) để hỗ trợ.

Cochran, như bạn có thể nhớ lại, đã làm việc tại một đài truyền hình ở Illinois vào cuối những năm 1950 trong khi học thêm về kỹ thuật và dành cả đêm để giúp Richard Graber hoàn thiện hệ thống ghi âm các cuộc gọi của chuyến bay đêm . Đến năm 1960, không còn hài lòng với các cuộc gọi chuyến bay đơn thuần như một phương tiện để tìm hiểu về sự di cư, Graber đã mua một đơn vị radar nhỏ và nhận cho Cochran một công việc bán thời gian tại Cơ quan Khảo sát Lịch sử Tự nhiên Illinois để giúp vận hành nó. Nhưng trong quá trình làm việc, rõ ràng Cochran đã chứng minh được “cơ sở đặc biệt với các mạch bán dẫn”, đó là điều đã giúp anh có được công việc với Swenson. Chính bóng bán dẫn, được phát minh vào năm 1947, cuối cùng đã làm cho cả cuộc đua vũ trụ và phép đo từ xa động vật hoang dã trở nên khả thi.

Trái tim đang đập của một máy phát vô tuyến là bộ tạo dao động, thường là một tinh thể thạch anh nhỏ. Khi điện áp được đặt vào một tinh thể, nó sẽ thay đổi hình dạng rất nhẹ ở cấp độ phân tử và sau đó bật trở lại nhiều lần. Điều này tạo ra một tín hiệu điện nhỏ ở một tần số cụ thể, nhưng nó cần được khuếch đại trước khi gửi ra thế giới. Giống như cách một đòn bẩy cho phép bạn biến chuyển động nhỏ thành chuyển động lớn hơn, bộ khuếch đại trong mạch điện biến tín hiệu yếu thành tín hiệu mạnh hơn.

Trước và trong Chiến tranh thế giới thứ hai, khuếch đại tín hiệu cần thiết để kiểm soát dòng điện tử qua một mạch sử dụng một loạt ống thủy tinh chứa chân không. Các ống chân không đã hoàn thành công việc, nhưng chúng dễ vỡ, cồng kềnh, cần nhiều điện năng và có xu hướng xì hơi thường xuyên; chủ sở hữu của những chiếc tivi đời đầu phải thành thạo trong việc thay thế các ống chân không để giữ cho chúng hoạt động. Trong bóng bán dẫn, ống chân không kiểu cũ được thay thế bằng vật liệu “bán dẫn” (ban đầu là gecmani và sau này là silicon), cho phép dòng điện tử được điều chỉnh tăng hoặc giảm bằng cách điều chỉnh độ dẫn của vật liệu. Nhẹ, hiệu quả và bền bỉ, bóng bán dẫn nhanh chóng khiến ống chân không trở nên lỗi thời. Ngày nay chúng được sử dụng trong hầu hết các loại mạch điện. Vài tỷ bóng bán dẫn trong số đó đang chuyển tiếp bên trong chiếc máy tính xách tay mà tôi đang sử dụng để viết bài này.

Khi các bóng bán dẫn được sử dụng phổ biến vào những năm 1950, Hải quân Hoa Kỳ bắt đầu thực hiện một biện pháp đặc biệt. quan tâm đến phép đo từ xa vô tuyến, thử nghiệm các hệ thống thu thập và truyền dữ liệu thời gian thực về các dấu hiệu quan trọng của phi công phản lực và nghiên cứu hiệu quả của bộ quần áo nước lạnh cho thủy thủ. Những nỗ lực này đã trực tiếp truyền cảm hứng cho một số ứng dụng đầu tiên của phép đo từ xa cho nghiên cứu động vật hoang dã. Năm 1957, các nhà khoa học ở Nam Cực đã sử dụng hệ thống từ các cuộc thử nghiệm bộ quần áo nước lạnh để theo dõi nhiệt độ của trứng chim cánh cụt trong quá trình ấp, trong khi một nhóm các nhà nghiên cứu ở Maryland đã mượn một số ý tưởng từ dự án thí điểm máy bay phản lực và phẫu thuật cấy ghép bộ truyền tín hiệu vào chim ưng. Thiết bị của họ chỉ có phạm vi hoạt động khoảng 25 yard, nhưng đây là nỗ lực đầu tiên sử dụng phương pháp đo từ xa bằng sóng vô tuyến để theo dõi chuyển động của động vật. Văn phòng Nghiên cứu Hải quân thậm chí còn trực tiếp tài trợ cho một số thí nghiệm đo từ xa động vật hoang dã đầu tiên; các quan chức hải quân hy vọng rằng việc theo dõi vô tuyến “có thể giúp khám phá ra bí mật di cư của loài chim, từ đó, việc tiết lộ có thể dẫn đến các khái niệm mới để phát triển các hệ thống định vị và phát hiện thu nhỏ tiên tiến.”

Cochran không biết gì về điều này vào thời điểm đó. Anh ta cũng không biết rằng các vệ tinh Discoverer mà anh ta và Swenson đang chế tạo đèn hiệu vô tuyến trên thực tế là những vệ tinh do thám đầu tiên của Hoa Kỳ; ông và Swenson chỉ biết rằng mục đích chính của các vệ tinh đã được phân loại. Làm việc với ngân sách tối thiểu, giới hạn trọng lượng 10 pound và hầu như không có thông tin nào về tên lửa sẽ mang theo sáng tạo của họ, họ đã chế tạo một thiết bị mà họ đặt tên là Nora-Alice (liên quan đến một bộ truyện tranh nổi tiếng thời bấy giờ) phóng vào năm Năm 1961. Cochran vẫn tiếp tục công việc phụ của mình với Khảo sát Lịch sử Tự nhiên Illinois, và cuối cùng một người nào đó ở đó đề nghị thử sử dụng một máy phát vô tuyến để theo dõi một con vịt đang bay.

“Một con vịt trời đã được gửi đến từ trạm nghiên cứu trên sông Illinois,” Swenson sau đó đã viết trong một bản coda cho những hồi ức của mình về dự án vệ tinh. “Tại trạm giám sát vệ tinh Urbana của chúng tôi, một bộ tạo dao động bóng bán dẫn nhỏ được buộc quanh ngực con chim bằng một dải kim loại. Con vịt bị mất phương hướng sau một tuần bị giam cầm và ngồi bình tĩnh trên bàn làm việc trong khi tín hiệu của nó được điều chỉnh trên máy thu. Khi nó thở nhẹ nhàng, dải kim loại bị biến dạng và kéo tần số một cách định kỳ, gây ra một nốt nhịp khác nhau từ máy thu.”

Swenson và Cochran đã ghi lại những biến dạng và biến thể đó trên một biểu đồ, và khi con chim được thả ra, họ nhận thấy rằng họ có thể theo dõi quá trình hô hấp và nhịp đập của cánh bằng những thay đổi trong tín hiệu; khi con chim thở nhanh hơn hoặc đập cánh thường xuyên hơn, sự biến dạng tăng lên. Thậm chí không hề cố ý, họ đã thu thập một số dữ liệu đầu tiên về sinh lý học của các loài chim đang bay.

Một thành tựu thuộc loại khác

Bill Cochran thích nhắn tin với những người tiếp thị qua điện thoại. Vì vậy, khi anh ấy nhận được một cuộc gọi từ một số điện thoại mà anh ấy không biết, anh ấy đã trả lời bằng một lời chào đặc biệt hài hước.

“Nơi trú ẩn động vật! Chúng tôi đóng cửa rồi!”

“Uh . . . đây là Rebecca Heisman, đang gọi cho Bill Cochran?”

“Ai?”

“Đây là Bill Cochran?”

“Vâng, ông là ai?”

Sau khi chúng tôi xác định rằng ông ấy là trên thực tế, huyền thoại đo từ xa vô tuyến Bill Cochran, không phải người gác cổng trú ẩn động vật mà anh ấy đang giả làm, và tôi là nhà văn mà anh ấy đã mời qua email để gọi cho anh ấy, không phải người tiếp thị qua điện thoại, anh ấy nói với tôi rằng anh ấy đang bận nhưng điều đó Tôi có thể gọi lại cho ông ấy vào cùng thời điểm đó vào ngày hôm sau.

Cochran đã gần chín mươi khi chúng tôi nói chuyện lần đầu vào mùa xuân năm 2021. Gần năm thập kỷ đã trôi qua kể từ ngày ông ấy cuộc phiêu lưu đuổi bắt chim hét năm 1973, nhưng hết câu chuyện này đến câu chuyện khác trong chuyến đi vẫn trở lại với anh ấy khi chúng tôi trò chuyện. Anh và Welling ngủ trong xe tải vào ban ngày khi chim hét hạ cánh để nghỉ ngơi và tiếp nhiên liệu, không muốn mạo hiểm vào một nhà nghỉ trong trường hợp chim lại bất ngờ cất cánh. Trong khi Welling lái xe, Cochran điều khiển ăng-ten. Đế của cột hỗ trợ nó kéo dài xuống băng ghế sau của phương tiện của họ, và anh ta có thể điều chỉnh ăng-ten bằng cách nâng lên, hạ xuống và xoay nó, giống như thủy thủ đoàn tàu ngầm đang điều khiển kính tiềm vọng.

Có một thời điểm, Cochran nhớ lại, anh ấy và Welling bị ốm vì “một số loại cúm” khi ở Minnesota và không thể tìm được bác sĩ nào sẵn sàng khám cho hai người lập dị ngoại thành mà không cần thông báo trước, chỉ “đổ mồ hôi nó ra” và tiếp tục. Vào một thời điểm khác khi họ đi qua Minnesota, Welling đã phải ngồi tù một đêm. Họ bị một cảnh sát ở một thị trấn nhỏ chặn lại (Cochran mô tả đó là một cái bẫy tốc độ nhưng kiên quyết rằng họ không chạy quá tốc độ, cho rằng cảnh sát chỉ nghi ngờ về vẻ ngoài kỳ lạ của chiếc xe theo dõi của họ) nhưng họ không thể dừng lại lâu. hoặc họ sẽ mất con chim. Welling ở lại với viên cảnh sát để giải quyết mọi việc trong khi Cochran tiếp tục, và sau khi con chim lặn xuống trong ngày, Cochran quay lại đón anh ta.

“The Cochran nói. “Chúng tôi hầu như không thể theo kịp, chúng tôi đã lái xe vượt quá tốc độ cho phép trên những con đường vắng – không có nhiều người ở Bắc Dakota – nhưng chúng tôi ngày càng đi xa phía sau nó, và cuối cùng khi chúng tôi đuổi kịp nó, nó đã bay vào Canada.”

Cách xa cửa khẩu chính thức nơi họ có thể vào Manitoba một cách hợp pháp, họ buộc phải lắng nghe ở biên giới khi tín hiệu mờ dần vào khoảng cách. Ngày hôm sau, họ tìm thấy một cửa khẩu biên giới (có trời mới biết các đặc vụ biên giới làm gì với cái ăng-ten khổng lồ trên đầu xe tải) và lại bắt được tín hiệu một cách thần kỳ, chỉ để rồi xe của họ bắt đầu hỏng hóc. Cochran nhớ lại: “Nó quá nóng và không chạy được, vì vậy điều tiếp theo bạn biết là Charles ở ngoài đó trên mui xe tải, đổ xăng vào bộ chế hòa khí để duy trì hoạt động của nó. “Và mỗi khi tìm được chỗ nào có rãnh nước mưa, chúng tôi lại sáng chế ra một thứ gì đó để xách nước ra khỏi mương và đổ vào bộ tản nhiệt. Cuối cùng chúng tôi cũng xoay sở để đi khập khiễng vào một thị trấn để sửa chữa.”

Cochran đã thuê một phi công địa phương để đưa anh ta lên máy bay trong nỗ lực cuối cùng để di chuyển đài phát thanh -được gắn thẻ chim và tiếp tục đi, nhưng vô ích. Cuộc rượt đuổi đã kết thúc. Dữ liệu họ đã thu thập sẽ được bất tử trong một bài báo khoa học dài ba trang ngắn gọn không gợi ý về bất kỳ cuộc phiêu lưu nào đằng sau những con số.

Chuyến hành trình năm 1973 đó không phải là ‘ Đây không phải là lần đầu tiên Cochran và các đồng nghiệp của ông theo dõi một chuyến bay xuyên quốc gia dành cho chim được gắn thẻ radio, và đây cũng không phải là lần cuối cùng. Sau bước đột phá đầu tiên vào lĩnh vực đo lường từ xa động vật hoang dã tại phòng thí nghiệm của George Swenson, Cochran nhanh chóng được các nhà sinh vật học hoang dã khắp khu vực săn đón. Lần đầu tiên anh ấy làm việc với nhà sinh vật học Rexford Lord thuộc Cơ quan Khảo sát Lịch sử Tự nhiên Illinois, người đang tìm kiếm một cách chính xác hơn để khảo sát quần thể thỏ đuôi bông ở địa phương. Mặc dù các công ty kỹ thuật lớn như Honeywell đã cố gắng xây dựng các hệ thống theo dõi vô tuyến có thể được sử dụng với động vật hoang dã, nhưng Cochran đã thành công khi những công ty khác đã thất bại bằng cách nghĩ ra bên ngoài chiếc hộp theo đúng nghĩa đen: thay vì đặt các bộ phận truyền phát vào một hộp kim loại phải rất vụng về. Được buộc vào lưng một con vật, anh ấy ưa thích những thiết kế nhỏ, đơn giản và nhỏ gọn nhất có thể, nhúng cụm lắp ráp các bộ phận vào nhựa dẻo để gắn chúng lại với nhau và chống thấm nước. Ngày nay, cũng như vào thời của Cochran, việc thiết kế một máy phát vô tuyến cho động vật đeo đòi hỏi phải đánh đổi giữa một danh sách dài các yếu tố: ăng-ten dài hơn sẽ cho bạn tín hiệu mạnh hơn và pin lớn hơn sẽ cho bạn thời gian sử dụng lâu hơn. thẻ, nhưng cả hai đều thêm trọng lượng. Cochran được cho là kỹ sư đầu tiên làm chủ được hành động cân bằng này.

Máy phát mà Cochran tạo ra cho Lord tốn 8 đô la để chế tạo, nặng bằng 1/3 ounce và có phạm vi lên đến hai dặm. Gắn chúng vào động vật thông qua vòng cổ hoặc dây nịt, Cochran và Lord đã sử dụng chúng để theo dõi chuyển động của chồn hôi và gấu trúc cũng như thỏ. Ban đầu, Cochran không nhận ra tầm quan trọng của những gì mình đã đạt được, nhưng khi Lord thuyết trình về dự án của họ tại một hội nghị động vật có vú năm 1961, anh đột nhiên thấy mình tràn ngập những lời mời làm việc từ các nhà sinh vật học. Chia sẻ thiết kế của mình với bất kỳ ai yêu cầu thay vì cấp bằng sáng chế cho chúng, anh ấy thậm chí còn để các nhà sinh vật học ở trong phòng trống của anh ấy khi họ đến thăm để học các kỹ thuật đo từ xa từ anh ấy. Khi tôi hỏi anh ấy tại sao anh ấy lại quyết định theo đuổi sự nghiệp đo lường từ xa về động vật hoang dã thay vì gắn bó với vệ tinh, anh ấy nói với tôi rằng anh ấy chỉ đơn giản là quan tâm đến các loài chim hơn là một công việc “với một số công ty kỹ thuật kiếm được nhiều tiền và thiết kế vũ khí sẽ giết người.”

Tất cả các sản phẩm do Engadget đề xuất đều do nhóm biên tập của chúng tôi lựa chọn, độc lập với công ty mẹ của chúng tôi. Một số câu chuyện của chúng tôi bao gồm các liên kết liên kết. Nếu bạn mua thứ gì đó thông qua một trong những liên kết này, chúng tôi có thể kiếm được hoa hồng liên kết. Tất cả giá đều chính xác tại thời điểm xuất bản.

Sưu tầm