Как магия викингов оказалась физикой (5 фото)

Викинги видели солнце сквозь облака с помощью описанного в сагах солнечного камня. С его помощью они прокладывали путь через океан. Как именно это им удавалось — ученые не могли разобраться несколько десятилетий. Путь исследователей к разгадке секрета солнечного камня оказался не менее извилистым, чем путь викингов к Гренландии. Зато теперь каждый может за несколько минут соорудить древний навигационный девайс.

Насколько викинги были хороши в море, поможет понять такой пример. Римляне, столетиями державшие в своей власти почти весь цивилизованный мир, боялись плавать в открытом море.

Не только римляне были такими пугливыми: финикийцы считаются непревзойденными мореходами древности, но их знаменитый заплыв около 600 года до н.э. был каботажным — вокруг Африки. Для человека древности эта ситуация была равнозначной переходу в потусторонний мир. И этому было основание: оттуда, из-за моря, не возвращались.

Теперь взглянем на викингов: бородатые мореходы плывут через Атлантику, словно перешагивая через лужу.

Но как они ориентировались? Непонятно, был ли у викингов компас, но, так или иначе, на севере он практически бесполезен. Магнитный полюс — точка, где силовые линии магнитного поля Земли входят внутрь планеты под прямым углом, — близко, и стрелка компаса, ориентируясь вдоль силовой линии, уже за пару сотен километров от полюса смотрит, по сути, вниз.

Более того, во времена викингов магнитный полюс, который «гуляет» по поверхности Земли, находится чуть западнее Гренландии. Стало быть, как минимум половину пути от Исландии к Гренландии компас был бесполезен. К этому добавляется буйство стрелки во время магнитных бурь: эффект выражен тем ярче, чем ближе вы к магнитному полюсу. «Перед пазорями матка дурит», — говорили архангельские поморы, называвшие «пазорями» полярные сияния (их появление как раз говорит о магнитной буре), а стрелку компаса — «маткой».

Но что, если солнца не видно? Часто не видно ни солнца, ни Полярной звезды. И даже зная время, ты сориентироваться не сможешь. Солнца нет, значит, мы не можем поместить тень «стрелки» солнечных часов на нужный сектор и узнать направление на юг.

Тем не менее, викинги ориентировались и в облачные дни, и секрета своего не таили. Открываем Сагу о св. Олафе. «Погода была облачная, шёл снег. Святой Олаф […] попросил Сигурда сказать ему, где солнце. Сигурд взял солнечный камень, посмотрел на небо и увидел, откуда пришёл свет. Так он выяснил положение невидимого солнца».

Теперь-то мы знаем, что здесь описана процедура так, как она и выглядела в реальности. Когда вы дочитаете до конца этот текст, вы сами научитесь видеть сквозь облака. Но историки думали, что это сказка. Мало ли в сагах магических предметов.

В 1967 году датский археолог Торкилд Рамскоу (Thorkild Ramskou) предположил, что солнечный камень — это кристалл исландского шпата. Ученый обратил внимание, на удивительные оптические свойства этого минерала. Он позволяет разделять «просто свет» и поляризованный свет. Последний и помогал отыскивать на небе солнце, предположил Рамскоу. Исландский шпат в изобилии находят на пляжах Норвегии и Исландии: подбирай и пользуйся.

В 2011 году появилась статья коллектива исследователей, которые, обосновав теоретически и проверив экспериментально несколько способов ориентирования с помощью исландского шпата, остановились на одном. А в 2013 году вышло комплексное исследование, где досконально изучен и сам кристалл, найденный археологами в обломках кораблекрушение, а главное, объяснено, что он делал на корабле Елизаветинской эпохи. Оказывается, пушки, стоявшие на судне, отклоняли стрелку компаса. Компенсировать это отклонение тогда не умели. Вот и пригодился магический камень из скандинавских саг.

С тех пор мало кто сомневается, что викинги пользовались для ориентирования исландским шпатом. Хотя кое-где продолжают звучать сомнения: мол, способ сложный, вряд ли «волосатые дикари» до него додумались. Автор этих строк сделал аналог прибора викингов, и убедился: все очень просто.

Возьмите в руки кристалл исландского шпата (в любом интернет-магазине он стоит двести-триста рублей). Вроде ничего примечательного. Стекляшка и стекляшка.

Теперь посмотрите сквозь него на окружающий мир. Странно, но все предметы выглядят раздвоенными. Усложним опыт. Возьмите лазерную указку, и пропустите лазерный луч сквозь кристалл. Чудо! В кристалл входит один луч, а выходит два. Причем вышедшие из камня лучи не расходятся, так и идут параллельно. Расстояние между ними около 4−5 мм, этот параметр называется ход. Запомним этот термин.

В 1669 году исследователь Расмус Бартолин, обнаруживший странное поведение света в кристалле, был поражен не меньше вашего. Это явление называется двойное лучепреломление. Один пучок света именуется обыкновенным, другой необыкновенным. Напоминает инструкцию к набору «Фокусы для школьников», но, как ни странно, это научные термины. Обыкновенный свет проходит сквозь кристалл, как сквозь стекло. А необыкновенный отклоняется от него на расстояние хода.

Чем же они отличаются? Дело в том, что необыкновенный луч — поляризованный. Кристалл исландского шпата выявляет в пучке света поляризованную компоненту и отделяет ее. Он сортирует свет, как магнит сортирует твердое вещество. Если прислонить магнит к смеси песка и железных опилок, он опилки возьмет, а на песчинки не обратит внимания.

Свет голубого неба довольно сильно поляризован из-за рассеяния на атомах кислорода. Степень поляризации неба максимальна на расстоянии 90 градусов от солнца. Облака смазывают картину поляризации, но в целом она остается. Осталось совместить этот факт и сверхспособности кристалла исландского шпата.

«Эврика» накрыла исследователей, когда они догадались взять кусок картона, провертеть в нем дырку, и смотреть через кристалл не прямо на небо, а на эту дырку.

Глаз увидит два отверстия вместо одного. Штука в том, что отверстия будут неравной яркости, одно ярче другого. Поляризованный, необыкновенный луч, не обязан быть такой же силы, как неполяризованный, обыкновенный. Но, вращая кристалл, можно добиться совпадения яркостей. На языке физиков это называется «точка деполяризации». Так вот, когда яркости отверстий совпадают, кристалл своей «длинной» диагональю показывает на солнце.

Что дальше? Скажем, с помощью кристалла мы поняли, что солнце находится вот на этой линии. Возьмем другую точку пасмурного неба, и посмотрим через кристалл на нее. Мы получим вторую линию. Их пересечение даст нам положение истинного солнца. Конечно, «пересекать» линии придется мысленно. Точность будет не очень высока. Но все равно лучше, чем ничего.

Однако нам нужно не само солнце, а точка юга. Вспомним, что мы говорили выше. Для ориентирования нужно примерно знать время, и понимать, где находится солнце. Исследователи предположили, что моряк брал зажженный факел, и вставал с той стороны (относительно солнечных часов), где, как показал кристалл, располагается солнце. Тень стрелки солнечных часов падала туда, куда падала бы тень солнца. Осталось, вращая часы, совместить тень с риской, соответствующей текущему времени, найти, наконец, юг.

Подробнее в источнике