Żaden pojedynczy zmysł nie wyjaśnia powrotu gołębi do domu. Zamiast tego gołębie korzystają z nadmiarowej, zagnieżdżonej hierarchii sygnałów środowiskowych: zapachów unoszących się w powietrzu, kątów azymutu słońca, linii inklinacji geomagnetycznej i dróg prowadzących przez tereny zamieszkane.
Badacze nawigacji dzielą powrót do domu na dwie odrębne fazy: określenie położenia względem gniazda (krok „mapy”) oraz utrzymanie właściwego kursu powrotnego (krok „kompasu”). Gołębie wykorzystują różne zmysły fizyczne do każdej z faz, w zależności od odległości geograficznej i warunków pogodowych.
W czyste dni gołębie określają kierunek na podstawie położenia słońca. Ponieważ słońce przesuwa się po niebie o 15 stopni na godzinę, wewnętrzny zegar dobowy ptaka nieustannie przelicza kąt azymutu, aby utrzymać prawdziwy kurs na strony świata przez cały ranek i popołudnie.
Pionierskie eksperymenty Floriano Papiego i Hansa Wallraffa wykazały, że młode gołębie poznają przeważające kierunki wiatru oraz związane z nimi zapachy aerozoli, odpoczywając w gołębniku. Po przewiezieniu na nieznane tereny regionalne gradienty zapachowe pomagają im ustalić współrzędne geograficzne.
Gdy gęste zachmurzenie zasłania słońce, gołębie polegają na ziemskim polu magnetycznym. Cząsteczki kryptochromu 4, wrażliwe na światło, w komórkach siatkówki oka ulegają kwantowym zmianom spinu, co może pozwalać ptakowi dosłownie widzieć linie pola geomagnetycznego nałożone na pole widzenia.
Badacze z Uniwersytetu Oksfordzkiego przymocowali gołębiom pocztowym miniaturowe, precyzyjne plecaki z rejestratorami GPS. W kolejnych lotach ptaki porzucały czysto matematycznie proste wektory na rzecz podążania wzdłuż autostrad, zjazdów i torów kolejowych, aktywnie skręcając na węzłach drogowych.
Dawne podania zakładały, że gołębie mają magiczną igłę kompasu, stale wskazującą kierunek domu. Współczesna telemetria dowodzi, że rzeczywiste trasy lotu są krętе, przerywane eksploracyjnym krążeniem, wizualnym ponownym ustawianiem się na skrzyżowaniach autostrad i społecznymi dyskusjami między członkami stada.
Poznaj podejmowanie decyzji w stadzieGeofizyk Jon Hagstrum wykazał, że fale akustyczne o niskiej częstotliwości (poniżej 20 Hz), generowane przez głębokie fale oceaniczne, mikrosejsmy i wiatry górskie, przemieszczają się na tysiące kilometrów przez dolną warstwę atmosfery. Gołębie słyszą te głębokie częstotliwości, prawdopodobnie tworząc dźwiękowe mapy konturowe dużych form ukształtowania terenu kontynentów, które pozostają czytelne nawet przy zachmurzeniu lub podczas burz.