Искусными мореплавателями древности слыли викинги, бороздившие моря от устьев русских рек и Гренландии до побережья Северной Америки. Предполагалось, что для навигации в пасмурную погоду они использовали загадочный солнечный камень, о котором рассказывалось в сагах. Недавно гипотезу проверили экспериментальным путем. Возможно, что кормчие викингов применяли поляризацию света.
читать дальшеВ тот период времени — 750-1050 годы нашей эры — магнитный компас европейцам еще не был известен. Как же кормчие ориентировались во время дальних переходов, особенно в ненастную погоду или во время полярного лета, когда даже не видно звезд? Казалось, ответ можно было найти в сагах древней Исландии и континентальной Скандинавии, сложенных в XIII-XV веках. В них упомянуто загадочное навигационное устройство, называемое solsten, или sólarsteinn, — солнечный камень, позволяющий определять местонахождение светила в любую погоду.
Сведения были противоречивыми. В одних сагах говорилось, что солнечный камень, или гелиолит, изменял свой цвет, когда его направляли на Солнце даже в пасмурную погоду. Другие сообщали, что при наблюдении за небосводом в направлении 90 градусов от направления на Солнце в образце возникает темная полоса. Однако толкового объяснения принципа использования солнечного камня в сагах обнаружить не удалось.
Так, в одной из саг король Олаф Святой (сын Харальда) проверяет знания предводителя Сигурда во время плавания: "Конунг спросил его, знает ли тот, где находится Солнце на небе, поскольку было облачно. Сигурд ответил, что знает, и указал направление. Тогда конунг поднял свой солнечный камень вверх и определил, откуда льется свет. Он подтвердил, что Солнце находилось действительно там, куда указал Сигурд". Олаф Святой жил с 1014-го по 1030 год и после смерти был канонизирован. Реальным историческим лицом был и предводитель Сигурд.
Европейская наука не сразу "доросла" до открытия викингов. В 1669 году датский ученый Эразм Бартолини (1625-1698) опубликовал "Опыты с дважды преломляющим исландским кристаллом, которые привели к открытию удивительного и необыкновенного преломления". Спустя два десятилетия голландский физик и астроном Христиан Гюйгенс (1629-1695) первым указал на поперечную анизотропию светового луча (поляризацию света) исландского кристалла.
В 1967 году датский археолог Торкилль Рамскоу (Thorkild Ramskou) выдвинул гипотезу. В древних сагах под драгоценными камнями, с помощью которых можно отыскать морской путь, подразумеваются прозрачные минералы, которые поляризуют проходящий через них свет. Солнечным камнем мог быть либо исландский шпат (прозрачная разновидность кальцита), либо турмалин и иолит. Каким из минералов пользовались викинги, ведь все перечисленные камни были им вполне доступны. Кстати, в авиационном приборе в качестве поляризационного фильтра для определения положения Солнца после заката используется иолит.
Эксперименты показали, что степень поляризации неба в разных точках небосвода изменяется от 0 до 80 процентов. На восходе и закате, когда Солнце находится вблизи горизонта, наибольшая степень поляризации небосвода будет на большом круге, плоскость которого проходит через зенит и перпендикулярна направлению на Солнце. Наименьшая поляризация будет соответствовать направлению на Солнце. Максимум поляризации соответствует примерно углу 90 градусов от Солнца. Вблизи направления на Солнце поляризация дважды меняет свой знак, проходя через нулевые значения — так называемые нейтральные точки.
С 2005 года этим вопросом вплотную занимался венгерский биофизик Габор Хорват (Gábor Horváth), который вместе с коллегами из Германии, Испании, Швеции, Финляндии и Швейцарии изучал поляризацию света при пасмурном небе, а также в тумане в Венгрии, Тунисе, Финляндии и у полярного круга.
Международная группа ученых экспериментально подтвердила, что солнечными камнями викингов могли быть кристаллы. "Могли быть" — еще не дает однозначного ответа, что они ими были в действительности. Тем не менее, легенды о солнечном камне и объяснение механизма его действия, предпринятое Рамскоу, научно обоснованы.
Сначала гелиолит нужно было как бы откалибровать. Рассматривая через него небо в ясную погоду, кормчий должен был поворачивать камень до появления наибольшей яркости. Направление на Солнце обозначалось риской на камне. В другой раз, стоило появиться лишь небольшому просвету в облаках, штурман нацеливал на него камень, поворачивая до максимальной яркости, а метка на камне указывала на положение светила.
Скептики в свою очередь утверждали, что положение Солнца викинги определяли гораздо проще — на глаз — по общей картине освещения, лучам, отсветам на облаках и т.п. Это предположение не прошло проверки на практике. В разных концах планеты было сделано множество панорамных снимков дневного неба с разной степенью облачности, а также фотографии вечернего неба в сумерках.
Затем эти снимки показывали группе добровольцев, которым было дано задание указать расположение Солнца, отметив его на компьютере мышкой. Сравнив выбор испытуемых с фактическим нахождением светила, оказалось, что по мере увеличения плотности облаков заметно возрастало расхождение между кажущимся и истинным положением Солнца, так что викингам для ориентации по сторонам света требовались какие-то дополнительные технологии или приспособления.
Если смотреть сквозь кристалл в направлении от Солнца, то к наблюдателю попадет свет, отраженный от атмосферных неоднородностей и обязательно хотя бы частично поляризованный. При повороте кристалла относительно оси наблюдения интенсивность проходящего света будет изменяться. Сканируя небосвод с помощью гелиолита, викинги-мореплаватели могли определять положение Солнца даже через облака.
Поляризованный свет позволяет ориентироваться в пространстве насекомым, например, пчелам. Почему бы им не воспользоваться и людям? Ирония заключается в том, что результаты двух новейших исследований о навигации викингов и пчел с использованием поляризованного света были опубликованы в одном номере солидного научного журнала.