«Сонячне каміння» вікінгів або як ходити в море без компасу. Навігація стародавніх скандинавів. Що таке «сонячний камінь Сонячний компас вікінгів

Ось ось у сагах про норвезькі вікінги містяться згадки про загадкове і чарівне «Сонячний камінь», за допомогою якого моряки могли визначати положення сонця. У казках про Святого Олафа – короля вікінгів, поряд з іншими чарівними предметами згадуються і деякі загадкові кристали, тому можливість існування цього каміння тривалий час була під сумнівом.

Відважні мореплавці вікінги не знали магнітного компаса (який до того ж у приполярних областях непотрібний), але в той же час добре орієнтувалися в море, допливаючи до Гренландії та Північної Америки. В одній із древніх ісландських саг (кінець IX - початок Х століття) викладено епізод плавання вікінгів за похмурої погоди, коли орієнтуватися по Сонцю не було можливості: “Погода стояла хмарна та штормова… Конунг озирнувся і не знайшов жодного клаптика блакитного неба. Тоді він узяв сонячний камінь, підняв його до очей і побачив, де Сонце шле свій промінь через камінь”.

Ще 1967 року датський археолог Торкільд Рамскоу (Thorkild Ramskou) висунув пояснення цим легендам. Він припустив, що в стародавніх текстах йшлося про прозорі мінерали, що поляризують світло, що проходить через них.

Справді, поляризаційний фільтр, спрямований на вкрите хмарами небо, дозволяє визначити, де на небосхилі поляризованість світла максимальна і де мінімальна, а звідси зрозуміти, де знаходиться Сонце. Саме сонячне світло не поляризоване, але його поляризують хмари. Цей метод навігації був відкритий лише у ХХ столітті і використовувався у полярній авіації аж до появи радіокомпасу та супутникової навігації, але, можливо, вікінги знали його тисячоліття тому. До речі, бджоли використовують їх у хмарні дні, оскільки їхні очі сприймають поляризоване світло.

У 1969 та 1982 роках вийшли книги Рамськоу, присвячені сонячному каменю та сонячній навігації вікінгів (ілюстрації з сайту nordskip.com).

Оскільки потік світла від неба теж поляризований відповідно до моделі Релея (Rayleigh sky model), моряки могли б дивитися вгору через камінь, повільно повертаючи його в різні боки.

Збіг і розбіжність площин поляризації у розсіяного атмосферою світла й у кристала виражалося у вигляді потемніння і просвітлення піднебіння у міру розвороту каменю та спостерігача. Ряд таких послідовних «вимірів» допоміг би з якоюсь пристойною точністю дізнатися - де Сонце.

Фахівці висунули кілька кандидатів на роль сонячного каменю – ісландський шпат (прозорий варіант кальциту), а також турмалін та іоліт. Який саме мінерал використовували вікінги - сказати складно, всі ці камені були їм доступні.

Ісландський шпат (ліворуч) і іоліт (праворуч, він відзнятий з двох сторін для демонстрації сильного плеохроїзму) мають потрібні властивості, щоб спробувати навчитися орієнтуватися по прихованому Сонцю.Щоправда, досі ніхто не провів переконливого досвіду з самим камінням у безкрайньому морі, щоб остаточно підтвердити гарну версію про хитромудру навігацію у стародавніх скандинавів (фотографії ArniEin/wikipedia.org, Gerdus Bronn).

Цікаво, що в ХХ столітті йоліт потрапив в авіацію як поляризаційний фільтр в приладі, що служить для визначення положення Сонця після заходу сонця.

Справа в тому, що і в сутінках свічення небосхилу поляризоване, і тому точний напрямок на світло, що сховалося, можна легко дізнатися, володіючи «поляроїдним» зором. Прийом спрацює, навіть якщо Сонце вже опустилося на сім градусів нижче за горизонт, тобто через десятки хвилин після заходу сонця. Про цей факт, до речі, добре відомо бджолам, але до них ми ще повернемося.

Загалом принцип роботи компасу вікінгів був зрозумілий давно, але великим питанням була експериментальна перевірка ідеї. Дослідам та розрахункам у цьому напрямі кілька останніх років присвятив дослідник Габор Хорват (Gábor Horváth) з університету Отвосу у Будапешті.

Зокрема, разом із колегами з Іспанії, Швеції, Німеччини, Фінляндії та Швейцарії він вивчав картини поляризації світла під похмурим небом (а також у тумані) у Тунісі, Угорщині, Фінляндії та в межах полярного кола.

Габор Хорват в Арктиці у 2005 році (фото із сайту elte.hu).

"Вимірювання велися за допомогою точних поляриметрів", - інформує New Scientist. Тепер же Хорват із товаришами узагальнили результати експериментів.

Говорячи коротко: вихідний (від так званого розсіювання першого порядку) малюнок поляризації на небосхилі все ще виявимо навіть під хмарами, хоча він дуже слабкий, і в нього вносить «шум» сама хмарність (або туманна пелена).

В обох ситуаціях збіг картини поляризації з ідеальною (за релеївською моделлю) був тим кращим, чим тонший покрив хмар або туману і чим більше в ньому розривів, що постачали хоч дещицю прямих сонячних променів.

Арктичне небо (зліва направо) у туманному серпанку, чисте та хмарне. Зверху вниз: кольоровий знімок «купола», відмінності в ступеню лінійної поляризації по всьому небосхилу (темніше – більше), виміряний кут поляризації та теоретичний кут по відношенню до меридіана. Останні два ряди показують гарний збіг (ілюстрація Gábor Horváth et al./Philosophical Transactions of the Royal Society B).

Габор та його соратники змоделювали також навігацію в умовах повністю затягнутого пеленою хмарного неба. З'ясувалося, що й у разі «відбиток» поляризації зберігається і, теоретично, у ньому можна обчислити становище Сонця. Але ступінь поляризації світла при цьому виходив дуже низьким.

Насправді це означає, що озброєні не поляриметрами, а сонячним камінням вікінги навряд чи могли помітити слабкі коливання в яскравості неба при погляді через кристал. Навігація під суцільною хмарною пеленою, якщо і була можливою, виявлялася неточною, - зробили висновок вчені.

Тим не менш, розслідування, зроблене Хорватом, показало, що легенди про сонячне каміння та пояснення його роботи Торкільдом - цілком правдоподібні та науково обґрунтовані.

Вчені встановили, що як при чистому небі (колонки зліва), так і при хмарному (праворуч) частка від загальної площі неба, в якій поляризація збігається з релеївською (зафарбована сірим), падає в міру підйому Сонця (чорна точка) над горизонтом (кут підйому вказаний у дужках). Ця зйомка проводилася в Тунісі.

Це, до речі, означає, що «поляризаційний» метод навігації вигідніший у високих широтах, де й відточували свою майстерність вікінги (ілюстрації Gábor Horváth et al./Philosophical Transactions of the Royal Society B).

До речі, про легенди. Хорват цитує згадку про «поляризаційну навігацію» у скандинавській сазі: «Погода була хмарна, йшов сніг. Святий Олаф, король, послав когось, щоб озирнутися, але не було чистої точки на небі. Потім він попросив Сігурда сказати йому, де Сонце.

Сігурд узяв сонячний камінь, глянув на небо і побачив, звідки прийшло світло. Так з'ясував становище невидимого Сонця. Виявилося, що Сігурд мав рацію».

У наш час вчені описують принцип навігації по поляризованому світла куди точніше давніх оповідачів. Спочатку двоякозаломлюючий кристал (той самий сонячний камінь) потрібно було «відкалібрувати». Розглядаючи через нього небо в ясну погоду, причому осторонь світила, вікінг мав повертати камінь, добиваючись найбільшої яскравості. Тоді напрям на Сонце слід було подряпати на камені.

Наступного разу варто було з'явитися хоч невеликому просвіту в хмарах, мореплавець міг націлити на нього камінь і повернути до максимальної яскравості неба. Лінія на камені вказала б на Сонце. Про визначення координат денної зірки без жодного просвіту ми вже говорили.

Археологи час від часу знаходять затонули кораблі вікінгів, сучасні ентузіасти будують їх копії (на відео внизу показана одна з таких реплік – судно Gaia), але досі не всі таємниці вмілих мореплавців минулого розкрито (ілюстрації з сайтів marineinsight.com, water reefsafari.com.fj)

Ну а напрям на географічну північ за положенням Сонця дізнатися було простіше. Для цього у вікінгів був особливим чином розмічений сонячний годинник, на якому різьбленням були показані крайні траєкторії тіні від гномона (від світанку до заходу сонця в рівнодення і літнє сонцестояння).

Якщо на небі було Сонце, годинник можна було розташувати певним чином (щоб тінь потрапляла на потрібну смугу), і визначити сторони світла за відмітками на диску.

Точність даних годинника-компасу була велика, але, з поправкою: абсолютно правильно вони показували північ тільки з травня по серпень (якраз у вітрильний сезон у вікінгів) і тільки на широті 61 градус - саме там, де проходив найчастіший маршрут вікінгів через Атлантику – між Скандинавією та Гренландією (ілюстрації Gábor Horváth et al./Philosophical Transactions of the Royal Society B).

Противники теорії про «поляриметричну навігацію» нерідко кажуть, що навіть у похмуру та туманну погоду, як правило, положення Сонця можна прикинути і на око – за загальною картиною освітлення, променями, що пробиваються крізь нерівномірності в пелені, відсвітам на хмарах. І тому, нібито, вікінги не мали необхідності винаходити складний метод із сонячним каменем.

Габор вирішив перевірити і це припущення. Він зняв у кількох точках світу безліч повних панорам денного неба з хмарністю різного ступеня тяжкості, а також вечірнього неба в сутінках (біля морського горизонту). Потім ці знімки показали групі добровольців – на моніторі у темній кімнаті. Мишкою їх просили вказати розташування Сонця.

Один із кадрів, використаних у тесті на навігацію «на вічко». Спроби піддослідних показані невеликими білими точками, великою чорною точкою з білим кантом відзначено середнє положення світила на думку спостерігачів (ілюстрація Gábor Horváth et al./Philosophical Transactions of the Royal Society B).

Порівнявши вибір піддослідних з фактичним перебуванням світила, вчені виявили, що зі зростанням щільності хмар середнє розбіжність між здавалося б і справжнім становищем Сонця помітно зростає, отже вікінгам цілком могла знадобитися додаткова технологія орієнтації з боку світла.

І до цього аргументу слід додати ще один. Ціла низка комах чутлива до лінійної поляризації світла і використовує цю перевагу для навігації (а інші ракоподібні навіть розпізнають світло з круговою поляризацією). Навряд чи еволюція винайшла б такий механізм, якби становище Сонця на небі завжди можна було побачити звичайним зором.

Біологам відомо, що бджоли за сприяння поляризованого світла орієнтуються у просторі - вони дивляться на просвіти у хмарах. Про цей приклад, до речі, згадує Хорват, коли говорить про передумови до незвичайної навігації у вікінгів.

Є навіть вид бджіл ( Magalopta genalisз сімейства галіктид), представники якого взагалі вилітають на роботу за годину до сходу (і встигають повернутися додому до нього) і потім вже - після заходу сонця. Ці бджоли орієнтуються у сутінковому світлі за поляризаційною картиною на небосхилі. Її створює Сонце, що тільки збирається зійти або нещодавно закотилося.

Мандіам Шрінівашан (Mandyam Srinivasan) з університету Квінсленду та його колеги з інших університетів Австралії, а також Швеції та Швейцарії, провели експеримент, який Шрінівашан називає «остаточним доказом» того, що теорія про навігацію бджіл по поляризованому світлу вірна.

Вчені побудували простий лабіринт з пари коридорів, що перехрещуються. Так вийшов один вхід та три можливі виходи. Коридори освітлювалися поляризованим світлом, яке сходило зі стелі, що імітує небо. Світло могло бути поляризоване вздовж осі коридору або перпендикулярно до неї.

Схема досвіду Шрінівашана (на врізанні). Положення годівниці в серії експериментів змінювали, так що вірним міг бути і прямий, і правий, і лівий шлях (ілюстрації P. Kraft, M. V. Srinivasan et al.

Біологи навчили 40 бджіл, влітаючи в лабіринт визначати поляризацію у вхідному коридорі і на перехресті вибирати коридор з аналогічною поляризацією (два інші шляхи при цьому підсвічувалися світлом іншої «спрямованості»). Наприкінці правильної подорожі на комах чекав цукор.

Після того, як підопічні дослідників міцно пов'язали підживлення з правильною поляризацією освітлення, експериментатори видалили цукор. 74 відсотки бджіл продовжили згортати туди, де раніше лежало частування.

Потім вчені переключили поляризаційні фільтри, спочатку на прямий вихід замість правильного правого, а потім на лівий. Більшість бджіл (56% і 51%) пішла новим світловим покажчикам. Ті, що залишилися, розподілилися між двома невірними коридорами.

Досвід був обставлений так, щоб смугасті випробувані не могли використовувати для орієнтації в просторі інші прикмети - пахучі мітки або прості світлові відблиски. Та й найпростіший спосіб досягти мети (дотримуватися правила «летіти до перехрестя, потім повернути праворуч»), далеко не обов'язково спрацьовував. Вийшло, що саме поляризація променів казала комахам – куди летіти по їжу.

Досвід із бджолами, звичайно, нічого нам не скаже про секрет древніх мореплавців. Проте він нагадує, що нерідко для вирішення схожих завдань і люди та тварини обирають подібну тактику. Результати двох нових досліджень опубліковані в одному номері Philosophical Transactions of the Royal Society B: «детективи» з вікінгами та бджолами вдало збіглися в часі.

Нещодавно гіпотезу датського археолога підтвердили вчені із лабораторії біологічної оптики Будапештського університету. Вони здійснили експедицію в Арктику і показали, що навіть примітивний поляризатор справді дозволяє в туман і за хмарності вказати напрямок на Сонце. Метод діє і в той час, коли світило знаходиться на кілька градусів нижче за горизонт, але звідти висвітлює небесне склепіння.

Яким каменем могли користуватися вікінги у плаваннях? У Норвегії є поклади мінералу кордієриту, кристал якого, сколотий певною площиною, здатний служити поляризаційним фільтром. Спрямований на Сонце, приховане хмарами, він при повороті забарвлює небо в жовтуватий колір, тоді як далеко від світила кристал на просвіт блакитний. Крім того, в Ісландії вікінги могли видобувати ісландський шпат, відомий своїми властивостями, що поляризують, і застосовується в оптичних приладах досі. Зустрічається в цих краях і турмалін, що також має подібні властивості.

Який з цих мінералів стародавні мореплавці називали "сонячним каменем", залишався загадкою, поки вчені не встановили, що кристал, знайдений кілька років тому на місці аварії корабля біля острова Олдерні, дійсно міг використовуватися для навігації і ймовірно являє собою знаменитий «сонячний камінь» вікінгів. Робота опублікована в журналі Proceedings of the Royal Society A, а її короткий зміст наводить ScienceNow.

Кристал був знайдений дайверами в трюмі англійського корабля, що затонув у 1592 біля узбережжя острова. У тому самому приміщенні корабля знайшли навігаційні прилади.

Хімічний і фізичний аналіз кристала дозволив встановити, що він є різновидом кальциту (CaCO3), який називається ісландським шпатом. Незважаючи на те, що потріскана і непрозора знахідка була не схожа на мінерал у своєму звичайному вигляді, вчені показали, що всі ці дефекти були викликані дією морської води і піску. Для цього автори здійснили штучне моделювання старіння шпату у воді з наступним лабораторним аналізом.

Ісландський шпат відомий своєю властивістю подвійного променезаломлення. Світло розщеплюється в кристалі на два промені, що мають різну поляризацію. Повертаючи кристал, можна встановити напрямок поляризації світла, що дозволяє визначити напрямок на Сонці, навіть якщо воно приховано хмарами або знаходиться за горизонтом. Це може бути необхідним для моряків як додатковий засіб навігації в місцях, де спостерігаються магнітні аномалії. Автори роботи встановили, що кристал з Олдерні дозволяє встановити напрямок на Сонце з помилкою, яка не перевищує одного градуса.

За словами вчених, зібрані дані дозволяють говорити про те, що кристал з Олдерні є тим самим «сонячним каменем», який, за легендами, використовували для навігації вікінги. Ця знахідка є поки що єдиним свідченням того, що подібні кристали використовувалися набагато пізніше — аж до початку XVII ст.

Експериментатори пояснили теоретично і продемонстрували на досвіді, як давні мореплавці використовували певний мінерал для навігації у похмуру погоду.

Група дослідників із Франції, США та Канади провела серію дослідів, з яких випливає, що легендарний сонячний камінь (sunstone) вікінгів являв собою ісландський шпат - кристал, що поляризує світло, з подвійним променезаломленням.

Сама по собі ця думка не нова, але дослідники постаралися підвести під дане припущення максимально повну наукову базу.

Зі давніх джерел відомо, що скандинави могли визначати своє становище в морі навіть у ті моменти, коли небо затягувалося хмарами і на око важко було виявити становище сонця. Магнітний компас мореплавцям тієї доби був невідомий. Нарешті, на зірки в літні місяці та на високих широтах (неподалік полярного кола) розраховувати, зі зрозумілих причин, вікінгам було важко.

На початку 2011 року інша група фахівців провела обширні теоретичні та практичні дослідження, показавши, що ціла серія мінералів завдяки своїм поляризуючим властивостям могла відіграти роль сонячного каменю, що рятував вікінгів під час подорожей до Америки.

Для визначення сторін світла, яке працювало навіть при сонці, що знаходиться біля горизонту або навіть трохи нижче за нього, вікінгам був необхідний сонячний камінь із заздалегідь нанесеними мітками на верхній і нижній гранях кристала, які потрібно було розташовувати певним чином (ілюстрації з сайтів dmeijers.home). xs4all.nl, nasa.gov).

Спостерігаючи небо через такий мінерал, обертаючи його, мореплавці відстежували коливання яскравості променів. Ці коливання викликані тим фактом, що сонячне світло, навіть профільтроване туманом і хмарами, зберігає на небосхилі специфічну картину поляризації, на яку реагує кристал-поляроїд.

Тепер, як повідомляє BBC News, експериментатори виявили, що ісландський шпат не просто чудово підходить на роль сонячного каменю, а й дозволяє орієнтуватися в просторі з високою точністю.

Вчені з'ясували, що вирівнюючи інтенсивність про звичайного і незвичайного пучків, що пройшли крізь кристал, можна дізнатися напрям на сонці з похибкою в кілька градусів.

Непрямою ознакою своєї правоти автори дослідження називають приклад якщо не з історії вікінгів, то принаймні з досить давнього минулого. На борту єлизаветинського судна, яке затонуло біля острова Олдерні (Alderney Elizabethan Wreck) наприкінці XVI століття, археологи знайшли шматочок ісландського шпату. Можливо, він також служив для цілей навігації.

(Деталі нової роботи розкриває у Proceedings of the Royal Society A.)

Вчені з'ясували, що містичний Сонячний камінь (Solstenen) із давніх легенд можна використовувати для морської навігації.

Коли вікінги ходили драккарах в Гренландію наприкінці X століття, компаса вони мали. У Європі він виник лише наприкінці XVI століття. Але як вони долали 1600 морських миль, не збиваючись із курсу протягом трьох і більше тижнів? При цьому їм треба було потрапити до певної точки острова.

Археолог Габор Хорват (Gabor Horvath) пояснює: « Легенди вікінгів (саги) розповідають про таємничий інструмент - Сонячний камінь, - За допомогою якого вони могли визначити положення Сонця, невидимого в похмуру або туманну погоду».

Наприклад, у Сазі про короля Олафа (правив у Норвегії в 955–1030 роки) є містична історія про те, як він проводить ніч у дивному будинку, що обертається, де бачить дивний сон про Сонячний камінь: «Король змусив людей дивитися - і вони ніде не могли бачити ясне небо. Потім він попросив Сігурдура розповісти, де на той час було сонце. Він дав чіткий напрямок. Потім король наказав принести сонячний камінь, підняв його і побачив, де світло випромінюється від каменю, і таким чином перевірив пророцтво Сігурдур».

Опис нагадує якусь казку, проте 1948 року було знайдено реальний екземпляр диска Уунартока. У поєднанні з якимось Сонячним каменем (Solstenen), згідно з легендами, він служив головним навігаційним приладом.

Вчені, проаналізувавши збережені тексти легенд і знайдені артефакти, зрозуміли, що це спеціальний сонячний годинник з позначками, що позначають сторони світла, і різьбленням, що відповідає змінам тіні від гномона сонячного годинника. Він, у свою чергу, залежить від рівнодення та сонцестояння навесні та влітку. За дотримання правильних часу і місця, тобто на північній широті близько 61° з травня до вересня, похибка становила лише чотири градуси. Зрозуміло, що вікінги ходили до Гренландії саме влітку.

Фото: Диск Уунарток /© pinterest.com

Для роботи диска Уунартока був потрібний Сонячний камінь. Археолог Т. Рамскоу з Данії ще в 1969 році припустив, що це якийсь природний кристал, який поляризує світло, що проходить через нього.

Згадаймо, що світло, проходячи через такий кристал, розщеплюється на два промені з різною поляризацією. Відповідно, яскравість видимих ​​зображень залежить від поляризації вихідного світла та різниться між собою. Вікінги зрозуміли цю закономірність і плавно змінювали положення кристала, поки обидва видимі зображення не отримували однакову яскравість. Цей метод ефективний навіть у туманну погоду.

На роль Solstenen теоретично підходили турмалін, іоліт та ісландський шпат. Як припускають вчені, перевагу надавали останньому. Підсумки дослідження було опубліковано у 2011 році.

Фото: Кристал ісландського шпату / © ArniEin, Wikimedia Commons

Однак описані вище ідеї були лише припущеннями. Відстань дуже велика – хіба можна було дістатися Гренландії за допомогою таких приладів?

Нове дослідження показало, що реально. Г. Хорват використовував комп'ютерну модель морської подорожі з порту Берген (Норвегія) до селища Хварф (Hvarf) на південному узбережжі Гренландії. Віртуальні кораблі розпочинали свій похід у період весняного рівнодення чи літнього сонцестояння. Хмарність вибирали випадковим чином.

Потім програма імітувала використання кристалів кальциту, кордієриту, турмаліну та аквамарину, враховуючи реальні параметри цих мінералів з певною заздалегідь частотою. Подорож вважалася успішною, якщо корабель прибував досить близько до гір узбережжя Гренландії у потрібному місці.

Програма звіряла напрямок кожні три години і 92% кораблів виконували свою місію. Щоправда, якщо напрямок звіряли кожні чотири години, успішність навігації різко падала: до місця прибуття добиралися менше двох третин кораблів. Г. Хорват, коментуючи результати, уточнює:

«Невідомо, чи справді вікінги використовували цей метод. Однак, якщо це і справді так, то вони орієнтувалися точно».

Протягом багатьох десятиліть вчені намагалися розгадати таємницю навігації вікінгів, які, як відомо, могли перепливати на тривалі відстані. Вони часто плавали від Норвегії до Гренландії, не збиваючись з курсу і витрачаючи на це порівняно небагато часу. Звичайно ж, можливо, такі маневри їм вдавалося робити завдяки компактним кораблям драккарам, які плавали швидко та добре трималися на воді. Але ходять легенди, що скандинавські мореплавці мали спеціальні навігаційні пристрої, такі як «сонячні камені». Секрети їх створення та використання не вдалося розгадати й донині.

Диск Уунарток

Жодної навігації порівняно сучасного магнітного типу в ті часи і бути не могло. Мореходи покладалися на волю Землі, сподіваючись на хорошу погоду та правильно вибраний курс. Вони орієнтувалися на становище світила, зірок, місяця тощо. І тільки північні моря, які не відрізняються м'яким кліматом, були справжнім випробуванням для підкорювачів. Яким чином вікінги, які постійно стикалися з цими морями, орієнтувалися в них?

У 1948 році було знайдено особливий артефакт – диск Уунарток із цікавими відмітками. Згідно з легендами, вікінги використовували його як компас, поєднуючи з якимсь чудодійним «solstenen» - «сонячним кристалом».

У записах, які проводилися в епоху вікінгів, нерідко можна зустріти інформацію про диск Уунарток. Про нього писали, що цей прилад відрізняється неймовірною точністю, незважаючи на нехитру конструкцію. Найцікавіше, що в ті часи подібні технології дорівнювали чаклунству. Як людство тоді могло винайти такий високотехнологічний прилад?

Відомо, що у християнському світі 9-11 століть вікінгів вважали брудними та огидними язичниками. Всі інші народи думали, що цей народ, який не має навіть держави, не може мати нічого примітного. Виявилось, що це далеко не так.

Вчені, які досліджували диск Уунарток, припустили, що цей виріб є деякою подобою сонячного годинника з позначками, які відповідали сторонам світла. Також у центральній частині диска був спеціальний отвір - «гномон». Світло, що проходить через нього, звіряли з відмітками на диску, після чого визначали, в якому напрямку рухається судно.

Практичні експерименти з диском проводив співробітник університету Отвоса, розташованого біля Будапешта, Г. Хорват. Він визначив, що якщо тримати диск у ясну погоду у певному положенні, то тінь від його «гномона» потраплятиме на одну з позначок. Порівнявши її з відмітками на компасі, Хорват зрозумів, що прилад вікінгів був напрочуд точним – його похибка не перевищувала 4⁰. Таким чином, використовуючи його правильно, справді можна було орієнтуватися.

Слід зазначити, що у своїй доповіді Хорват повідомляв деякі особливості. Диск виявився максимально ефективним лише у період із травня-місяця по вересень, і лише на широті 61⁰. Виходячи з цього, можна припустити, що стародавнім компасом вікінги користувалися лише влітку, коли здійснювали максимальну кількість походів. Єдине, що не зміг розгадати Хорват, це таємниця «сонячного каменю».

«Сонячний камінь» у міфології

Дуже довго вчені сперечалися про правдоподібність легенд про навігацію вікінгів, у яких вказувався якийсь «сонячний камінь». Скептики казали, що він був звичайний магнітний залізняк. Сонячному каменю приписували магічні здібності: він міг викликати сонце і видавав яскраве свічення.

Археолог Т. Рамскоу з Данії 1969 року висунув теорію, що чарівний камінь вікінгів необхідно шукати серед відомих нині кристалів, які мають поляризуючі властивості. Вчений приступив до вивчення всіх можливих мінералів, що розташовані на території Скандинавії. У результаті він вибрав трьох претендентів на головну роль чудодійного "solstenen": турмалін, ісландський шпат та іоліт. Усі ці кристали могли використовуватися вікінгами. Залишалося загадкою, який саме з перелічених вище був «solstenen».

Корабель єлизаветинської епохи пролив світло на пошук справжнього solstenen в 2003 році

1592 року неподалік норманського острова під назвою Олдерні затонув кораблю єлизаветинської епохи. Місце аварії виявили у 2003 році, після чого почали його детально вивчати. У капітанській каюті затонулого судна знайшли шмат прозорого матеріалу, який, як потім з'ясувалося, був ісландським шпатом.

Ця знахідка змусила вчених знову задуматися про «сонячне каміння», про яке на якийсь час взагалі забули. Дослідники Г. Ропар та А. Лефлох вирішили відновити експерименти зі створення «solstenen», використовуючи як основний матеріал шпат ісландського походження. Результати своїх експериментів вони опублікували у 2011 році. Їхнє відкриття вразило весь науковий світ.

Виявилося, що функції «solstenen» ґрунтувалися на заломленні променів, яке описувалося ще в сімнадцятому столітті датським ученим Р. Бертолін. Світло, що проникає мінерал, розщеплювалося на два промені. Ці промені мають різну поляризацію, тому яскравість зображень на протилежному боці каменю теж була різною і залежала від поляризації вихідного світла. Простіше кажучи, щоб обчислити положення Сонця, необхідно було змінювати положення мінералу доти, доки зображення на його зворотному боці набудуть однакової яскравості. Цей метод ефективний навіть у похмуру погоду. Виходячи з цього, можна припустити, що ісландський шпат справді міг бути вікінгам навігатором, причому максимально точним.

Вчені з'ясували, що містичний «сонячний камінь» solstenen із стародавніх легенд вікінгів справді можна використовувати для морської навігації.

Коли вікінги ходили драккарах в Гренландію наприкінці X століття, компаса вони мали. Магнітний компас у Європі з'явився лише наприкінці XVI ст. Але як вони долали 1600 морських миль, не збиваючись із курсу три тижні і більше? При цьому треба було «потрапити» не до цілком великої Гренландії, а до певного обжитого місця.

Археолог Габор Хорват (Gabor Horvath) пояснює:

№Легенди вікінгів (так звані саги) оповідають про таємничий інструмент, сонячний камінь, за допомогою якого вони могли визначити положення Сонця, невидимого в похмуру або туманну погоду».

Наприклад, у сазі про короля Олафа (роки правління Норвегією: 955-1030 рр.) описувалася містична історія, в якій він проводить ніч у дивному будинку, що обертається, де ночує і бачить дивний сон, в якому і описується сонячний камінь:

«Король змусив людей дивитись, і вони ніде не могли бачити ясне небо. Потім він попросив Сігурдура розповісти, де на той час було сонце. Він дав чіткий напрямок. Потім король наказав принести сонячний камінь, підняв його і побачив, де світло випромінюється від каменю, і таким чином перевірив пророцтво Сігурдур».

Опис нагадує якесь диво. Однак у 1948 році був знайдений екземпляр диска Уунартока з тих же легенд. Він у поєднанні з якимось «сонячним каменем» (solstenen), за легендами, був головним навігаційним інструментом.

Вчені, проаналізувавши збережені тексти легенд і знайдений прилад, зрозуміли, що це спеціальний сонячний годинник з позначками, що позначають сторони світла, і різьбленням, що відповідає зміною тіні від гномона сонячного годинника, «прив'язаного» до рівнодення та сонцестояння навесні та влітку. За дотримання правильного часу та місця використання, тобто на північній широті близько 61° і з травня до вересня похибка приладу була лише 4 градуси. Зрозуміло, що вікінги ходили до Гренландії саме влітку.

Уунарток диск / pinterest.com

Для роботи диска Уунартока був потрібний «сонячний камінь». Археолог Т. Рамскоу з Данії ще в 1969 році припустив, що цей камінь — якийсь природний кристал, який поляризує світло, що проходить через нього.

Згадаймо, що при проходженні через такий кристал світло розщеплюється на два промені з різною поляризацією. Відповідно, яскравість видимих ​​зображень залежить від поляризації вихідного світла та відрізняється між собою. Вікінги змогли зрозуміти цю закономірність, і плавно змінювали положення кристала, доки обидва видимі зображення не будуть мати однакову яскравість. Метод дуже ефективний навіть у туманну погоду.

На роль solstenen теоретично підходили турмалін, іоліт та ісландський шпат. Вчені теоретично надавали перевагу останньому та опублікували висновки у 2011-му році.

Кристал ісландського шпату / ArniEin, Wikimedia Commons

Однак описані вище ідеї були лише припущенням. Відстань дуже велика; Чи можна було дістатися Гренландії за допомогою таких приладів?

Нове дослідження показало: так, це реально. Г. Хорват використовував комп'ютерну модель морської подорожі з порту Берген (Норвегія) до селища Хварф (Hvarf) на південному узбережжі Гренландії. Віртуальні кораблі розпочинали свій похід у весняне рівнодення чи літнє сонцестояння. Хмарність вибиралася випадковим чином.

Потім програма імітувала використання кристалів кальциту, кордієриту, турмаліну та аквамарину з урахуванням реальних параметрів цих мінералів з певною заздалегідь частотою. Подорож закінчувалася успішно, якщо корабель прибував досить близько до гір узбережжя Гренландії у потрібному місці.

Програма звіряла напрямок кожні три години, і 92% кораблів прибули успішно. Права, якщо напрямок звірялося кожні чотири години, то успішність навігації різко падала: місця прибуття добиралося менше двох третин кораблів. Г. Хорват, коментуючи результати, уточнює позицію:

«Невідомо, чи справді вікінги використовували цей метод. Однак якщо вони це робили, то орієнтувалися точно».

Ось ось у сагах про норвезькі вікінги містяться згадки про загадкове і чарівне «Сонячний камінь», за допомогою якого моряки могли визначати положення сонця. У казках про Святого Олафа - короля вікінгів, поряд з іншими чарівними предметами згадуються і деякі загадкові кристали, тому можливість існування цього каміння довго була під сумнівом.

Відважні мореплавці вікінги не знали магнітного компаса (який до того ж у приполярних областях непотрібний), але в той же час добре орієнтувалися в море, допливаючи до Гренландії та Північної Америки. В одній із стародавніх ісландських саг (кінець IX — початок Х століття) викладено епізод плавання вікінгів за похмурої погоди, коли орієнтуватися по Сонцю не було можливості: “Погода стояла хмарна та штормова… Конунг озирнувся і не знайшов ні клаптика блакитного неба. Тоді він узяв сонячний камінь, підняв його до очей і побачив, де Сонце шле свій промінь через камінь”.

Ще 1967 року датський археолог Торкільд Рамскоу (Thorkild Ramskou) висунув пояснення цим легендам. Він припустив, що в стародавніх текстах йшлося про прозорі мінерали, що поляризують світло, що проходить через них.

Справді, поляризаційний фільтр, спрямований на вкрите хмарами небо, дозволяє визначити, де на небосхилі поляризованість світла максимальна і де мінімальна, а звідси зрозуміти, де знаходиться Сонце. Саме сонячне світло не поляризоване, але його поляризують хмари. Цей метод навігації був відкритий лише у ХХ столітті і використовувався у полярній авіації аж до появи радіокомпасу та супутникової навігації, але, можливо, вікінги знали його тисячоліття тому. До речі, бджоли використовують їх у хмарні дні, оскільки їхні очі сприймають поляризоване світло.

У 1969 та 1982 роках вийшли книги Рамськоу, присвячені сонячному каменю та сонячній навігації вікінгів (ілюстрації з сайту nordskip.com).

Оскільки потік світла від неба теж поляризований відповідно до моделі Релея (Rayleigh sky model), моряки могли б дивитися вгору через камінь, повільно повертаючи його в різні боки.

Збіг і розбіжність площин поляризації у розсіяного атмосферою світла й у кристала виражалося у вигляді потемніння і просвітлення піднебіння у міру розвороту каменю та спостерігача. Ряд таких послідовних «вимірів» допоміг би з якоюсь пристойною точністю дізнатися — де Сонце.

Фахівці висунули кілька кандидатів на роль сонячного каменю - ісландський шпат (прозорий варіант кальциту), а також турмалін та іоліт. Який саме мінерал використовували вікінги — сказати складно, всі ці камені були їм доступні.

Ісландський шпат (ліворуч) і іоліт (праворуч, він відзнятий з двох сторін для демонстрації сильного плеохроїзму) мають потрібні властивості, щоб спробувати навчитися орієнтуватися по прихованому Сонцю.Щоправда, досі ніхто не провів переконливого досвіду з самим камінням у безкрайньому морі, щоб остаточно підтвердити гарну версію про хитромудру навігацію у стародавніх скандинавів (фотографії ArniEin/wikipedia.org, Gerdus Bronn).

Цікаво, що в ХХ столітті йоліт потрапив в авіацію як поляризаційний фільтр в приладі, що служить для визначення положення Сонця після заходу сонця.

Справа в тому, що і в сутінках свічення небосхилу поляризоване, і тому точний напрямок на світло, що сховалося, можна легко дізнатися, володіючи «поляроїдним» зором. Прийом спрацює, навіть якщо Сонце вже опустилося на сім градусів нижче за горизонт, тобто через десятки хвилин після заходу сонця. Про цей факт, до речі, добре відомо бджолам, але до них ми ще повернемося.

Загалом принцип роботи компасу вікінгів був зрозумілий давно, але великим питанням була експериментальна перевірка ідеї. Дослідам та розрахункам у цьому напрямі кілька останніх років присвятив дослідник Габор Хорват (Gábor Horváth) з університету Отвосу у Будапешті.

Зокрема, разом із колегами з Іспанії, Швеції, Німеччини, Фінляндії та Швейцарії він вивчав картини поляризації світла під похмурим небом (а також у тумані) у Тунісі, Угорщині, Фінляндії та в межах полярного кола.

Габор Хорват в Арктиці у 2005 році (фото із сайту elte.hu).

"Вимірювання велися за допомогою точних поляриметрів", - інформує New Scientist. Тепер же Хорват із товаришами узагальнили результати експериментів.

Говорячи коротко: вихідний (від так званого розсіювання першого порядку) малюнок поляризації на небосхилі все ще виявимо навіть під хмарами, хоча він дуже слабкий, і в нього вносить «шум» сама хмарність (або туманна пелена).

В обох ситуаціях збіг картини поляризації з ідеальною (за релеївською моделлю) був тим кращим, чим тонший покрив хмар або туману і чим більше в ньому розривів, що постачали хоч дещицю прямих сонячних променів.

Арктичне небо (зліва направо) у туманному серпанку, чисте та хмарне. Зверху вниз: кольоровий знімок «купола», відмінності в ступеню лінійної поляризації по всьому небосхилу (темніше - більше), виміряний кут поляризації і теоретичний кут по відношенню до меридіана. Останні два ряди показують гарний збіг (ілюстрація Gábor Horváth et al./Philosophical Transactions of the Royal Society B).

Габор та його соратники змоделювали також навігацію в умовах повністю затягнутого пеленою хмарного неба. З'ясувалося, що й у разі «відбиток» поляризації зберігається і, теоретично, у ньому можна обчислити становище Сонця. Але ступінь поляризації світла при цьому виходив дуже низьким.

Насправді це означає, що озброєні не поляриметрами, а сонячним камінням вікінги навряд чи могли помітити слабкі коливання в яскравості неба при погляді через кристал. Навігація під суцільною хмарною пеленою, якщо і була можливою, виявлялася неточною, — зробили висновок вчені.

Проте, розслідування, зроблене Хорватом, показало, що легенди про сонячне каміння та пояснення його роботи Торкільдом — цілком правдоподібні та науково обґрунтовані.

Вчені встановили, що як при чистому небі (колонки зліва), так і при хмарному (праворуч) частка від загальної площі неба, в якій поляризація збігається з релеївською (зафарбована сірим), падає в міру підйому Сонця (чорна точка) над горизонтом (кут підйому вказаний у дужках). Ця зйомка проводилася в Тунісі.

Це, до речі, означає, що «поляризаційний» метод навігації вигідніший у високих широтах, де й відточували свою майстерність вікінги (ілюстрації Gábor Horváth et al./Philosophical Transactions of the Royal Society B).

До речі, про легенди. Хорват цитує згадку про «поляризаційну навігацію» у скандинавській сазі: «Погода була хмарна, йшов сніг. Святий Олаф, король, послав когось, щоб озирнутися, але не було чистої точки на небі. Потім він попросив Сігурда сказати йому, де Сонце.

Сігурд узяв сонячний камінь, глянув на небо і побачив, звідки прийшло світло. Так з'ясував становище невидимого Сонця. Виявилося, що Сігурд мав рацію».

У наш час вчені описують принцип навігації по поляризованому світла куди точніше давніх оповідачів. Спочатку двоякозаломлюючий кристал (той самий сонячний камінь) потрібно було «відкалібрувати». Розглядаючи через нього небо в ясну погоду, причому осторонь світила, вікінг мав повертати камінь, добиваючись найбільшої яскравості. Тоді напрям на Сонце слід було подряпати на камені.

Наступного разу варто було з'явитися хоч невеликому просвіту в хмарах, мореплавець міг націлити на нього камінь і повернути до максимальної яскравості неба. Лінія на камені вказала б на Сонце. Про визначення координат денної зірки без жодного просвіту ми вже говорили.

Археологи час від часу знаходять затонули кораблі вікінгів, сучасні ентузіасти будують їх копії (на відео внизу показано одну з таких реплік - судно Gaia), але досі не всі таємниці вмілих мореплавців минулого розкрито (ілюстрації з сайтів marineinsight.com, water reefsafari.com.fj)

Ну а напрям на географічну північ за положенням Сонця дізнатися було простіше. Для цього у вікінгів був особливим чином розмічений сонячний годинник, на якому різьбленням були показані крайні траєкторії тіні від гномона (від світанку до заходу сонця в рівнодення і літнє сонцестояння).

Якщо на небі було Сонце, годинник можна було розташувати певним чином (щоб тінь потрапляла на потрібну смугу), і визначити сторони світла за відмітками на диску.

Точність даних годинника-компасу була велика, але, з поправкою: абсолютно правильно вони показували північ тільки з травня по серпень (якраз у вітрильний сезон у вікінгів) і тільки на широті 61 градус - саме там, де проходив найчастіший маршрут вікінгів через Атлантику - між Скандинавією та Гренландією (ілюстрації Gábor Horváth et al./Philosophical Transactions of the Royal Society B).

Противники теорії про «поляриметричну навігацію» нерідко кажуть, що навіть у похмуру та туманну погоду, як правило, положення Сонця можна прикинути і на око — за загальною картиною освітлення, променями, що пробиваються крізь нерівномірності в пелені, відсвітам на хмарах. І тому, нібито, вікінги не мали необхідності винаходити складний метод із сонячним каменем.

Габор вирішив перевірити і це припущення. Він зняв у кількох точках світу безліч повних панорам денного неба з хмарністю різного ступеня тяжкості, а також вечірнього неба в сутінках (біля морського горизонту). Потім ці знімки показали групі добровольців на моніторі в темній кімнаті. Мишкою їх просили вказати розташування Сонця.

Один із кадрів, використаних у тесті на навігацію «на вічко». Спроби піддослідних показані невеликими білими точками, великою чорною точкою з білим кантом відзначено середнє положення світила на думку спостерігачів (ілюстрація Gábor Horváth et al./Philosophical Transactions of the Royal Society B).

Порівнявши вибір піддослідних з фактичним перебуванням світила, вчені виявили, що зі зростанням щільності хмар середнє розбіжність між здавалося б і справжнім становищем Сонця помітно зростає, отже вікінгам цілком могла знадобитися додаткова технологія орієнтації з боку світла.

І до цього аргументу слід додати ще один. Ціла низка комах чутлива до лінійної поляризації світла і використовує цю перевагу для навігації (а інші ракоподібні навіть розпізнають світло з круговою поляризацією). Навряд чи еволюція винайшла б такий механізм, якби становище Сонця на небі завжди можна було побачити звичайним зором.

Біологам відомо, що бджоли за сприяння поляризованого світла орієнтуються у просторі – вони дивляться на просвіти у хмарах. Про цей приклад, до речі, згадує Хорват, коли говорить про передумови до незвичайної навігації у вікінгів.

Є навіть вид бджіл ( Magalopta genalisз сімейства галіктид), представники якого взагалі вилітають на роботу за годину до сходу (і встигають повернутися додому до нього) і потім вже після заходу сонця. Ці бджоли орієнтуються у сутінковому світлі за поляризаційною картиною на небосхилі. Її створює Сонце, що тільки збирається зійти або нещодавно закотилося.