Norðheim. Солнечный камень викингов: миф или реальность?

Сегодня мы поговорим о том, как жители Нордхейма ориентировались в пространствеАтлантике и прочих морях. 

На всякий случай приведу карту атлантических походов древних скандинавов:

В саге, сложенной в конце IX - начале Х века, есть такой эпизод плавания викингов при пасмурной погоде, когда они точно не могли ориентироваться по Солнцу:

Погода стояла облачная и штормовая… Конунг осмотрелся и не нашел ни клочка голубого неба. Тогда он взял солнечный камень, поднял его к глазам и увидел, где Солнце шлет свой луч через камень”

Упоминания о магическом солнечном камне (sólarsteinn), позволяющем мореходам определять положение светила, если небо закрыто тучами, имеется и в саге о норвежском конунге Олаве Святом. Но там этот загадочный инструмент упомянут среди волшебных предметов, да и сагам отнюдь не все доверяют, вот учёные и сомневались в реальном существовании этих камней.

Однако 1967 году известный датский археолог Торкильд Рамскоу (Thorkild Ramskou) предложил научное объяснение легендам о солнечном камне. Он выдвинул гипотезу, что в древних источниках речь шла о прозрачных минералах, обладающих свойствами поляризации проходящего через них света. В 1969 и 1982 годах вышли книги Рамскоу, посвящённые солнечному камню и навигации викингов:

В чём суть идеи Рамскоу?

Поляризационный фильтр, направленный на покрытое облаками небо, позволяет определить, где находится солнце. 

Как?

Поскольку, в соответствии с моделью неба Рэлея,  поток солнечного света поляризован, мореходы могли смотреть на небо через обладающий поляризационными свойствами камень, медленно поворачиваясь сами и поворачивая камень в разные стороны. Если очень просто: где-то небо было очень тёмным, а где-то сильно светлело. Такие наблюдения — при определённом навыке — позволяли с необходимой для навигации точностью определить, где находится Солнце.

Специалисты по минералам назвали несколько вариантов солнечного камня викингов, например, исландский шпат (прозрачный вариант кальцита), а также турмалин и иолит. Какой именно минерал использовался древними скандинавами, утверждать сейчас невозможно. Им были доступны все эти камни. Более того, разные мореходы могли использовать разные кристаллы.

Интересно, что сам солнечный свет не поляризован, его поляризуют именно облака. Поэтому данный метод навигации полезен именно в пасмурную погоду.

Интересно, что заново навигацию с помощью поляризованного света заново открыли только в ХХ веке. Именно этот способ использовался в полярной авиации вплоть до изобретения радиокомпаса и появления спутниковой навигации(в приполярных северных широтах магнитный компас — не сильно надёжная штука). А мореходы Нордхейма знали этот метод более тысячи лет назад. (К слову, пчёлы, например, используют его с момента появления на планете Земля, помскольку их глаза воспринимают поляризованный свет.)

Как примерно работал "компас" викингов, вроде выяснили, но вот экспериментально идею долго не могли проверить. До тех пор, пока этим вплотную не занялся исследователь Габор Хорват (Gábor Horváth) из университета Отвоса в Будапеште. 

Вместе с коллегами из Испании, Швеции, Германии, Финляндии и Швейцарии он изучал картины поляризации света под пасмурным небом (а также в тумане) в Тунисе, Венгрии, Финляндии и на широте полярного круга. 

Измерения велись при помощи точных поляриметров. В результате удалось выяснить следующее:

Исходный (от так называемого рассеяния первого порядка) рисунок поляризации на небосводе всё ещё обнаружим даже под облаками, хотя он весьма слаб, и в него вносит «шум» сама облачность (либо туманная пелена).

В обеих ситуациях совпадение картины поляризации с идеальной (по рэлеевской модели) было тем лучшим, чем тоньше покров облаков или тумана и чем больше в нём разрывов, поставляющих хоть толику прямых солнечных лучей.

На рисунке выше: арктическое небо (слева направо) в туманной дымке, чистое и облачное. 

Сверху вниз: цветной снимок «купола», различия в степени линейной поляризации по всему небосводу (темнее – больше), измеренный угол поляризации и теоретический угол по отношению к меридиану. 

Последние два ряда показывают хорошее совпадение 

(Иллюстрация Gábor Horváth et al./ Philosophical Transactions of the Royal Society B).

Кроме того, Габор Хорват и его соратники смоделировали навигацию в условиях очень пасмурного неба. Оказалось, что и в таком случае, теоретически, можно вычислить положение Солнца.  Однако при очень плотной обласности вооружённые солнечными камнями викинги едва ли могли заметить слабые колебания в яркости неба, глядя через кристалл. Навигация под плотной облачностью, если и была возможной, всё же была неточной (возможно, подобная ошибка в навигации и позволила викингам открыть Исландию?).

Как бы там ни было, расследование Хорвата и его команды, показало, что легенды о солнечном камне и объяснение его работы Торкильдом — вполне правдоподобны и научно обоснованы.

По мнению двух бретонских физиков, Альберта Ле Флоха и Гая Ропара, солнечный камень, скорее всего, являлся кристаллом кальцита (точнее, его разновидности — исландского шпата). Этот минерал (карбонат кальция), в частности, и сегодня используется в некоторых типах микроскопов. Кальцит способен отклонять световые лучи в соответствии с их поляризацией, не теряя света. Таким образом, он позволяет определить положение солнца за облаками даже через несколько часов после того, как оно скрылось за горизонтом. 

Некоторым косвенным подтверждением использования кальцита (а именно исландского шпата) для навигации может служить его обнаружение при исследовании останков крушения в 1592 году британского корабля неподалёку от Олдерни.

Как вы понимаете, найти затонувший более тысячи лет кнорр или драккар, чтьобы убедиться в наличии на нём солнечного камня — это, скорее, из области фантастики. Однако сам факт того, что викинги использовали кристаллы для навигации, больше фантастикой не кажется.

ЗЫ
Если вам интересно почитать о кораблях викингов (и вы этого еще не сделали), приглашаю познакомиться с этим деревянным чудом. 

ЗЗЫ

Думаю, что в следующий раз я немного расскажу об играх и соревнованиях Нордхейма.