아이가 “심심해~”를 외치며 꽁무니를 따라다닌다고요? 일기쓰기 숙제하는데 ‘마트에 다녀왔다’만 쓴다고요? 무한고민하는 대한민국 부모님들을 위해 ‘소년중앙’이 준비했습니다. 이번 주말 아이랑 뭘할까, 고민은 ‘아이랑GO’에 맡겨주세요. 이번엔 전시를 통해 새의 비행에  관해 알아봐요.

윤보영(왼쪽)·변우빈 학생기자가 국립생물자원관 특별전시 ‘더 플라잉: 새의 비행’에서 오토 릴리엔탈이 새를 관찰해서 만든 표준 글라이더를 살폈다.

새는 어떤 원리로 하늘을 훨훨 날아다닐 수 있는 걸까. 또 새와 비행기는 어떤 점이 비슷할까. 새의 날갯짓을 연구하며 비행의 신비를 과학적으로 풀었던 ‘플라잉맨’의 이야기와 새의 날개 속에 숨겨진 비행 비법, 다양한 새들의 비행 모습 등을 알아볼 수 있는 전시 ‘더 플라잉(The Flying): 새의 비행’이 인천 서구 환경로에 있는 국립생물자원관에서 열리고 있다. 현혜정 국립생물자원관 생물자원활용부 생물다양성교육과 행정사무관은 먼저 천장에 걸린 커다란 글라이더를 가리켰다.

“이건 독일의 항공기술 분야 선구자인 오토 릴리엔탈(1848~1896)이 새의 날개에서 영감을 받아 제작한 ‘표준 글라이더’를 실제 크기로 만든 기체예요. 전장 5.3m, 높이 1.4m, 날개폭 6.6m에 달하는 크기로 국립항공박물관의 재현품인데요. ‘더 플라잉: 새의 비행’은 국립생물자원관과 국립항공박물관의 교류를 통해 기획한 전시랍니다.”

소중 학생기자단이 현혜정(맨 오른쪽) 사무관과 함께 새들의 비행 방법, 새와 비행기의 유사성 등 다양한 정보를 살폈다.

오토 릴리엔탈과 그의 동생 구스타프는 평소 새를 관찰하는 것을 좋아했다. 특히 황새에 관심이 많았다. “하늘을 나는 것은 새만의 특권이 아니라는 것을 확신한다”라고 믿었던 이들은 황새·비둘기·참새 등 여러 새를 관찰하고, 하늘을 날기 위한 도구로 새의 날개 형태를 닮은 여러 종류의 글라이더를 만들었다. 오토 릴리엔탈이 자신이 만든 글라이더에 몸을 실어 비행 실험한 햇수는 무려 2000여 회에 달한다. 이를 통해 그는 곡선형의 날개가 비행에 가장 효율적인 형태이며, 꼬리날개를 활용하면 비행 안정성이 높아진다는 사실을 증명했다. 오토 릴리엔탈의 연구는 현대 항공기 형태 정립에 많은 영향을 미쳤다.

새와 비행기는 몸통·날개 형태와 이착륙 방법 등에서 유사점이 많다. 하늘을 나는 새와 비행기에는 지구 위의 물체가 지구로부터 받는 힘인 중력(重力)이 작용한다. 이들이 하늘 위로 뜨려면 위로 뜨는 힘인 양력(揚力)이 중력보다 커야 한다.

날 수 있는 새의 날개에는 비대칭형 깃털이 촘촘히 박혀있다. 이러한 형태의 깃털은 맞바람을 견딜 때 유리하다. 사진은 독수리의 날개.

새는 뼈 속이 비어있어 몸이 가볍고, 몸속에는 공기가 들어가는 얇은 주머니인 기낭(氣囊)이 있으며, 몸통의 외형은 공기 저항을 최소화할 수 있는 유선형이다. 비행기도 가볍게 개량된 알루미늄인 두랄루민이나 탄소섬유(Carbon Fiber) 등의 소재로 제작하며, 몸체도 유선형이다. 또 새의 날개는 위쪽이 둥글고 아래쪽이 평평하며, 끝이 뾰족한 비대칭 유선형 구조인데, 이런 모양의 날개와 바람이 만나면 날개 윗부분을 지나는 공기의 흐름은 빨라서 압력이 낮아진다. 반면 날개 아랫부분을 지나는 공기의 흐름은 상대적으로 느려서 압력이 증가한다 그러면 윗면의 공기와 아랫면의 공기 사이의 압력차가 생기고, 새를 위로 뜨게 하는 힘인 양력이 발생한다. 비행기의 날개도 자세히 살펴보면 새의 날개처럼 비대칭 유선형 구조이고, 같은 원리로 양력이 발생한다.

이륙할 때도 둘은 공통점이 많다. 새는 땅에서 하늘로 날아갈 때 도움닫기를 하며 속력을 높여 양력을 발생시키는데, 비행기도 이륙할 때 활주로를 빠른 속도로 달려서 양력을 발생시킨다.

하늘을 비행 중일 때도 새와 비행기는 닮았다. 새가 비행 중일 때는 다리를 꼬리 쪽으로 뻗거나 몸에 숨겨 공기의 저항을 최소화시킨다. 비행기도 이륙에 성공하면 랜딩기어(바퀴)를 접어서 기체 안에 보관해 공기의 저항을 줄인다. 착륙할 때도 비슷한 점이 많다. 하늘을 날던 새는 땅에 내려앉을 때 날개를 펄럭여서 항력(抗力)을 높여 속도를 줄인다. 비행기도 주날개 뒤에 있는 고양력장치(Flap)를 펼쳐 날개의 면적을 넓혀 속도를 줄인다.

물속에서 먹이를 찾는 펭귄은 하늘을 나는 새와 달리 날개가 짧고 평평하며, 깃털도 비늘처럼 촘촘하게 달렸다.

새는 부위별로 깃털의 모양이 다르다. 날개에 있는 깃털의 모양으로 날 수 있는 새와 날지 못하는 새를 구분할 수 있다. 현 사무관이 소중 학생기자단에게 백로속에 속하는 새의 깃털 3개를 보여줬다. 첫 번째 깃털은 깃대를 기준으로 한쪽 깃털이 길고, 반대쪽 깃털은 짧은 비대칭 형태로, 새의 날개 부위에 있는 깃털이다. 날 수 있는 새의 날개에는 이러한 비대칭 깃털이 있다. 대칭 형태 깃털은 맞바람을 맞으면 형상을 유지 못하고 흩어지지만, 비대칭 깃털은 강한 바람에도 잘 버티며 안정된 형태를 유지하기 때문이다.

반면 두 번째 깃털은 깃대 양옆으로 비슷한 길이의 깃털이 대칭을 이룬 형태로, 새의 꼬리 부위에 있는 깃털이다. 세 번째 깃털은 솜털과 같은 형태였는데, 이는 새의 가슴털로, 체온 유지에 적합한 형태다.

날 수 있는 새의 날개깃은 비대칭 구조이지만, 날 수 없는 새의 깃털은 대칭구조를 이룬다.

새는 비행 방법도 다양하다. “새의 비행은 크게 날개를 위아래로 움직이는 날갯짓비행(flapping flight), 날갯짓을 하지 않는 활공비행(soaring, gliding flight), 여러 마리의 새가 함께 나는 무리비행(flight patterns)으로 나눌 수 있어요.” 날갯짓비행은 벌새처럼 앞뒤로 빠른 날갯짓을 반복하며 제자리에 머무는 정지비행(hovering), 멧비둘기·청둥오리 등 날갯짓을 하며 직선으로 날아가는 직선비행(straight flight), 직박구리·오색딱따구리 등 날갯짓을 하며 파도 모양으로 나는 파상비행(wavy flight)으로 세분한다.

활공비행은 날개를 편 상태에서 기류를 타서 서서히 고도가 낮아지는 글라이딩 플라이트(Gliding flight), 수평비행이나 상승비행을 하는 소어링(Soaring)으로 구분한다. 독수리·황새가 대표적으로, 오랫동안 에너지 소모를 최소화한 상태에서 공중에 떠 있을 수 있다. 이들이 면적이 넓고 끝이 갈라져 있어 추가적인 양력을 얻기 좋은 날개를 갖고 있기 때문에 가능한 일이다.

오토 릴리엔탈은 20여 년간 새의 비행을 연구한 결과를 도면과 그림으로 정리했다.

무리비행은 여러 마리의 쇠기러기·큰기러기 등이 장거리 이동 시 효율적으로 비행하기 위해 브이(V)자, 일(ㅡ)자 등의 모양으로 무리지어 나는 비행을 말한다. 특히 여러 마리의 새가 무리를 지어 브이자로 날면 혼자 날 때보다 공기저항을 줄일 수 있다. 앞으로 일상에서 새들을 마주칠 때마다 이들은 어떤 방법으로 나는지 살펴보면 이들의 특징과 개성이 보일 것이다.

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