Det ble antatt at "solsteinen" fra de skandinaviske sagaene bare er et mytisk objekt. Men det eksisterer - og det fungerer.
Vikingene så solen gjennom skyene ved å bruke solsteinen beskrevet i sagaene. Med den banet de veien over havet. Hvor nøyaktig de gjorde det, kunne ikke forskere finne ut av på flere tiår. Forskernes vei til å avdekke hemmeligheten bak solsteinen viste seg å være ikke mindre svingete enn vikingenes vei til Grønland. Men nå kan alle bygge et gammelt navigasjonsapparat på noen få minutter.
Kobber, eikebryst
Hvor gode vikingene var til sjøs, vil dette eksemplet bidra til å forstå. Romerne, som i århundrer kontrollerte nesten hele den siviliserte verdenen, var redd for å svømme på høye hav. Horace uttrykte sin skrekk for folket på selve ideen om å seile i kjente vers:
Ikke bare var romerne så sjenerte: Fønikerne regnes som de uovertrufne seilere fra antikken, men deres berømte svømmer rundt 600 f. Kr. var kystnære - rundt Afrika. Pytheas, som angivelig besøkte Island på 400-tallet f. Kr., gjenfortalte ganske enkelt ganske enkelt de mytene og historiene som var kjent for ham - han hadde i alle fall et rykte som drømmer i antikken. Forfatteren Lucian (andre århundre e. Kr.) begynner den fantastiske historien "True Story" med det faktum at et skip blir ført til sjøs og at det mister bredden. For en mann fra antikken var denne situasjonen liknende til en overgang til den andre verden. Og det var en grunn til dette: derfra, på grunn av havet, kom de ikke tilbake.
La oss ta en titt på vikingene: skjeggete seilere seiler over Atlanterhavet, som om de tråkker over en sølepytt.
Ordning: Anatoly Lapushko / Chrdk.
Men hvordan navigerte de? Det er uklart om vikingene hadde et kompass, men på en eller annen måte er det praktisk talt ubrukelig i nord. Den magnetiske polen - punktet der kraftlinjene i jordas magnetfelt kommer inn i planetens indre i rett vinkel - er nær, og kompassnålen, som orienterer seg langs kraftlinjen, ser faktisk et par hundre kilometer fra polet.
Videre på vikingenes tid ligger magnetpolen, som "vandrer" på jordoverflaten like vest for Grønland. Derfor, i det minste halvparten av veien fra Island til Grønland, var kompasset ubrukelig. Lagt til dette er pilenes vanvidd under magnetiske stormer: effekten blir mer uttalt jo nærmere du er magnetpolen. "Livmoren gjør en lure foran hullene," sa Pomors fra Arkhangelsk, som kalte polarlysene "hullene" (utseendet deres snakker bare om en magnetisk storm), og kompassnålen - "moren".
Ordning: Anatoly Lapushko / Chrdk.
Hvis det ikke er noe kompass, gjenstår det å bli styrt av solen og Nordstjernen. Polaris peker direkte mot nord. Sola er over sørpunktet klokka 12. Andre ganger er posisjonen til sør (og derav nord), når man observerer solen, lett å bestemme ved hjelp av en solur. Slike enheter ble også funnet på vikingskip.
Et enkelt eksempel. På en time skifter solen, som alle armaturene, med 15 grader på grunn av jordens rotasjon rundt dens akse. Derfor, klokka 11, er solen for eksempel 15 grader øst for sørpunktet. Hvis vi vet klokka, kan vi ta solur, sette solskyggen klokka 11, og tallet 12 vil peke sørover. Men hvordan vet du tiden? Bare ca. Vikingene hadde ikke en solur, for eksempel et timeglass. Derfor er forskere enige om at vikingene (så vel som mennesker generelt i middelalderen) hadde en utviklet følelse av tid. Selv om de, selv om det var overskyet, med fokus på belysningen, kunne de bestemme tiden til nærmeste time.
Men hva hvis solen ikke er synlig? Dette er et faktisk problem for høye breddegrader. Så på Færøyene er 220 dager i året fulle av skyer, og bare 2 dager i året er helt klare. Verken solen eller Nordstjernen er ofte synlig. Og selv om du vet klokka, vil du ikke kunne orientere deg. Det er ingen sol, noe som betyr at vi ikke kan plassere skyggen av "pilen" til soluret på den nødvendige sektoren og finne ut retningen mot sør.
Likevel ble vikingene guidet selv på overskyede dager, og de la ikke skjul på sin hemmelighet. Vi åpner sagaen om St. Olafe. "Været var overskyet og det snødde. Den hellige Olaf […] ba Sigurd fortelle ham hvor solen var. Sigurd tok solsteinen, så opp på himmelen og så hvor lyset kom fra. Så han fant ut den usynlige solens posisjon."
Nå vet vi at fremgangsmåten er beskrevet her slik den så ut i virkeligheten. Når du leser denne teksten mot slutten, vil du selv lære å se gjennom skyene. Men historikere trodde det var en eventyr. Man kjenner aldri magiske gjenstander i sagaene.
En still fra TV-serien Vikings, der Ragnar Lothbrok viser broren hans solsteinen.
I 1967 antydet den danske arkeologen Thorkild Ramskou at Sunstone var en krystall av islandsk spar. Forskeren trakk oppmerksomhet til de fantastiske optiske egenskapene til dette mineralet. Det lar deg skille "bare lys" og polarisert lys. Sistnevnte var med på å finne solen på himmelen, foreslo Ramscoe. Islandsk spar finnes i overflod på strendene i Norge og Island - plukk den opp og bruk den.
Selv om Ramskoe viste seg å være helt riktig og hans arbeid ofte ble nevnt i populærlitteraturen, gjorde ingen selv et forsøk på å sjekke om islandsk spar var egnet for rollen som et navigasjonsapparat, og viktigst av alt, forklarte ikke hvordan det fungerer nøyaktig. Ramscoe selv, en arkeolog, ikke en fysiker, kunne ikke gjenopprette teknologien. Kanskje ble den triste rollen spilt av at artikkelen hans ble publisert på dansk. I tillegg stoler ikke fysikere a priori på spesialister fra andre fagområder. Hva forstår en arkeolog om polarisering?
Alt endret seg på slutten av 90-tallet, da et skip som sank rundt 1592 ble funnet utenfor kysten av Alderney (Kanaløyene). Og ombord - islandsk spar, som ligger ved siden av navigasjonsinstrumentene. Slutten av 1500-tallet er absolutt ikke vikingenes tid. Hva gjør imidlertid denne steinen her? Dette funnet har allerede alvorlig tvunget fysikere til å se nærmere på egenskapene til islandsk spar. Egenskapene var selvfølgelig kjent, men ikke når de ble brukt på en anvendt problemorientering.
I 2011 dukket det opp en artikkel av et team av forskere, som etter å ha underbygget teoretisk og eksperimentelt testet flere orienteringsmetoder ved hjelp av islandsk spar, bosatte seg på en (vi vil beskrive det nedenfor). Og i 2013 ble det publisert en omfattende studie, der selve krystallen, som ble funnet av arkeologer i vraket av et forlis, ble grundig studert, og viktigst av alt ble det forklart hva han gjorde på skipet fra den elizabethanske tiden. Det viser seg at kanonene på skipet avlede kompassnålen. De visste ikke hvordan de skulle kompensere for dette avviket da. Så den magiske steinen fra de skandinaviske sagaene kom godt med.
Siden den gang er det få som er i tvil om at vikingene brukte islandsk spar til orientering. Selv om noen steder tvil fortsetter å høres ut: de sier, metoden er komplisert, det er usannsynlig at de "hårete villmennene" har tenkt på det. Forfatteren av disse linjene laget en analog av vikingenes enhet og var overbevist: alt er veldig enkelt. Gjør det selv. Men først, la oss finne ut hvordan det fungerer.
Splitt virkelighet
Hent en islandsk sparkrystall (i hvilken som helst nettbutikk koster det 200-300 rubler). Det virker ikke noe bemerkelsesverdig. Glass og glass.
Se nå gjennom det rundt verden rundt deg. Merkelig, men alle varene ser gafflet ut. La oss komplisere opplevelsen. Ta en laserpeker og skyv laserstrålen gjennom krystallen. Mirakel! En stråle kommer inn i krystallen og to avkjørsler. Dessuten avviker ikke strålene som kommer ut av steinen, de går parallelt. Avstanden mellom dem er ca 4-5 mm, denne parameteren kalles hjerneslaget. La oss huske dette begrepet.
I 1669 ble oppdagelsesreiseren Rasmus Bartholin, som oppdaget den underlige oppførselen av lys i en krystall, like forskrekket som deg. Dette fenomenet kalles birefringence. Den ene lysstrålen kalles vanlig, den andre ekstraordinær. Minner om instruksjonene for settet "Triks for skolebarn", men merkelig nok er dette vitenskapelige begreper. Vanlig lys passerer gjennom krystallen som om gjennom glass. Og det ekstraordinære avviker fra det med en slagavstand.
Hvordan er de forskjellige? Poenget er at den ekstraordinære strålen er polarisert. Islandske sparkrystall identifiserer den polariserte komponenten i lysstrålen og skiller den. Den sorterer lett som en magnet sorterer fast stoff. Hvis du lener en magnet mot en blanding av sand og jernfilinger, tar den sagflis, men vil ikke ta hensyn til sandkorn.
Hvordan skiller et krystall separat lys? Dette ble til slutt klart først på slutten av 1800-tallet, da James Maxwell formulerte likningene. Jeg forstår at ordene "Maxwells ligninger" mange mennesker har et uimotståelig ønske om å forlate under en plausibel påskudd. Og kom tilbake når vikingene dukker opp i artikkelen igjen. Men vær tålmodig litt lenger.
Maxwell beviste at lysets faserhastighet i et medium (luft, vann, overalt) avhenger av dielektrikumskonstanten til dette mediet. Men hva hvis mediet er utformet på en slik måte at dets dielektriske konstant endres avhengig av vektoren til strålesvingninger? Dette er nøyaktig hva islandsk spar er. I den er den dielektriske konstanten en tensormengde. En slik krystall vil bremse lysstråler med en uttalt "modus" (overvekt) av ett vibrasjonsplan over et annet. Og dette er polarisert lys! I en naturlig krystall er gitteret ordnet slik at den langsommere strålen får en annen bane. Du kan velge en slik tykkelse på krystallen når banen vil være en (strålen vil ikke flislagt), men lysstrålen som forlater steinen vil være polarisert slik forskeren trenger. Kommersielle polariserende filtre fungerer etter dette prinsippet: de brukes av fotografer,for å eliminere gjenskinn.
Islandsk spar. Foto: ArniEin / wikimedia commons.
Polarisering fører til polet
Lyset fra den blå himmelen er ganske sterkt polarisert på grunn av spredning med oksygenatomer. Polarisasjonsgraden på himmelen er maksimalt i en avstand på 90 grader fra solen. Skyer uskarpe bildet av polarisering, men generelt gjenstår det. Det gjenstår å kombinere dette faktum og supermaktene til den islandske sparkrystallen.
"Eureka" dekket forskerne da de gjettet på å ta et stykke papp, vri et hull i det og se gjennom krystallen ikke direkte på himmelen, men på dette hullet.
Øyet vil se to hull i stedet for ett. Trikset er at hullene vil ha ulik lysstyrke - det ene lysere enn det andre. En polarisert, ekstraordinær bjelke trenger ikke å være så sterk som en upolarisert, vanlig stråle. Men ved å rotere krystallen kan lysstyrken tilpasses. På fysikernes språk kalles dette "depolarisasjonspunktet". Så når lysstyrken på hullene faller sammen, viser krystallen den "lange" diagonalen i solen.
Hva blir det neste? La oss si, ved hjelp av en krystall, innså vi at solen er på denne linjen. La oss ta et nytt punkt på den overskyede himmelen og se gjennom krystallen på den. Vi får den andre linjen. Krysset deres vil gi oss posisjonen til den sanne solen. Selvfølgelig må du "krysse" linjene mentalt. Nøyaktigheten vil ikke være veldig høy. Men det er fremdeles bedre enn ingenting.
Vi trenger imidlertid ikke solen i seg selv, men sørens punkt. La oss huske hva vi sa ovenfor. For orientering må du omtrent kjenne tiden og forstå hvor solen er. Forskerne antydet at sjømannen tok en opplyst fakkel og sto på siden (i forhold til soluret) der solen befinner seg som vist på krystallen. Skyggen av solurens hånd falt der solskyggen skulle falle. Det gjenstår, ved å rotere klokken, å kombinere skyggen med risikoen som tilsvarer gjeldende tid, og til slutt finne søren.
Hva trenger en seiler? Forsikre deg om at skipet er på kurs. La oss si at det følger 20 grader til venstre for sørpunktet. Sammenligner posisjonen til sørpunktet og skipets kurs, konkluderer kapteinen hvordan du skal rette kursen. Det ser ut til at man ikke kan klare seg uten goniometriske apparater. Faktisk gjør alt - selv om det ikke er veldig presist - for hånd. Akkurat som foten og skrittet har blitt lengdemål, så kan tykkelsen på tommelen ved en utstrakt arm eller vinkelen på knyttneve være mål på vinklene.
Med egne hender
La oss prøve å lage et Viking-apparat selv.
Jeg kom over ikke den mest gjennomsiktige krystallen i verden. Men med en historie: Jeg kjøpte den i 1982 under disken fra en kjøpmann som leverte mineraler til noen få sovjetiske samlere. Jeg pakket den inn i et hastig rullet papprør. Krystallen er ujevn, men pappen har jevnet ut hjørnene. I den ene enden av røret plasserte jeg en klaff skåret ut av tinn, der jeg laget et hull. Oppmerksomhet her: diameteren på hullet skal være litt mindre enn banen til strålene i krystallen, ellers blir bildet smurt. I mitt tilfelle var den optimale diameteren 2 mm.
Når jeg så på telefonen, var jeg ikke fornøyd, fordi jeg er nærsynt. Hullbildene ble uskarpe. Vel, tenkte jeg, det er usannsynlig at vikingene lider av denne plagen, så det er greit om jeg korrigerer naturen. Jeg tok en linse fra et gammelt filmoskop og satte det inn i røret fra siden av øyet, med fokus på hullet. Så mye bedre!
Jeg gikk utenfor i klarvær. Jeg tok en vinkel på omtrent 90 grader fra solen og så tydelig to blå hull. Faktisk var lysstyrken deres annerledes, forskjellen ble veldig merkbar. Jeg begynte å rotere røret med krystallen rundt aksen, og plutselig ble lysstyrken jevnet ut. Til min ubeskrivelige glede pekte den "lange" krystallens diagonal faktisk nøyaktig mot solen.
Jeg gjentok eksperimentet i overskyet vær. Effekten var ikke så uttalt, men jeg fant solen uten problemer.
Har et slikt "apparat" noen praktisk betydning i dag? Neppe. En geolokert smarttelefon er mye mer effektiv. Folk har glemt hvordan de bruker til og med et kompass, og her er vi med vår krystall. Men dette er et godt hjemmelaget produkt for rolig fritid - for de som vil være med på Viking-magien, som faktisk er fysikk.
Evgeny Arsyukhin
