Известно, что спустя 10 лет, после «открытия» Исландии, она быстро заселяется переселенцами. Из Норвегии до мыса Нордкап в Исландии, при попутном ветре переход занимал всего неделю. Но и для такого перехода требовалось хорошее знание навигации. В конце X века викинги стали путешествовать ещё дальше, в Гренландию. С западного побережья Исландии до Гренландии всего 4 дня плаванья.
Для ориентирования в открытом море, необходимо уметь определять направление и местоположение корабля. Определить направление можно по Полярной звезде или по Солнцу. Но ориентироваться по звездам во время длительного лета, когда Солнце не заходит за горизонт по полгода было затруднительно. Скандинавы умели находить направление ориентируясь по Солнцу. Особенно важно было направление восхода и заката.
Знали ли викинги компас, доподлинно не известно, археологических подтверждений найдено не было. В сагах упоминается о «солнечном камне». Согласно легендам, такой камень был у короля Олафа II Святого, короля Норвегии с 1015 по 1028 годы. Используя «солнечный камень» он умел определять положение Солнца в непогоду. Существует мнение, что именно исландский шпат является легендарным «солнечным камнем» викингов, с помощью которого они ориентировались по солнцу в облачную погоду. При вращении кристалла можно обнаружить точку, где сходятся лучи, разделенные из-за двойного лучепреломления; именно в этом направлении и находится солнце. Современные ученые считают, что «солнечный камень» это небольшая дощечка, на которой закреплен магнитный камень. Возможно, эту технологию викинги привезли из Китая, где компас был изобретен ещё в 250г. н.э.. Подтверждения того, что викинги или были сами в Китае или встречались с Китайцами в других Торговых центрах были найдены при раскопках в г. Бирка (Швеция), где была найдена статуя Будды V века.
Но знать направление в открытом море это только половина успеха, также необходимо уметь определять и положение самого корабля. Для этого необходимо было найти широту и долготу. Географическую широту можно определить по высоте Солнца, когда оно находится в зените. Для этого, как говорят саги, викинги использовали солнечную доску (solbrädt). Доска была полукруглой и имела деления. Однако, археологи так и не смогли найти подтверждений существования такой доски.
Определить долготу в эпоху викингов можно было только по пройденному расстоянию. Так как викинги в основном плавали в Северном море, с востока на запад и обратно, то это не вызывало особых трудностей. Переход из Норвегии в Исландию и дальше в Гренландию облегчало то, что город Берген имеет примерно такую же широту, что и мыс Фарвель на южном берегу Гренландии. Поселения викингов в Исландии всего на 4° севернее широты Бергена. Следовательно, для плаванья в Исландию и Гренландию викингам было достаточно определять широту, что бы не сбиться с курса и не уйти южнее или севернее. Конечно, длительные морские переходы в раннем средневековье были опасны и не всегда путешественники достигали своих целей. Даже достигнув берега, зачастую сбившись с курса скандинавы ориентировались по прибрежной линии, что бы найти необходимый город или бухту. Но плаванье в прибрежных водах таит множество опасностей, особенно во время шторма или тумана. В сагах рассказывает множество печальных случаев, когда герои достигнув береговой линии, разбивались о прибрежные скалы. Навигационный сезон викинги начинали летом, при ясной погоде, когда в Северной Европе главенствую антициклоны.
Вы наверное помните, как мы с вами обсуждали, кто такие . Вот вот в сагах о норвежских викингах содержатся упоминания о загадочном и волшебном «Солнечном камне», при помощи которого моряки могли определять положение солнца. В сказках о Святом Олафе – короле викингов, наряду с другими волшебными предметами упоминаются и некие загадочные кристаллы, поэтому возможность существования этих камней долго время была под сомнением.
Отважные мореходы викинги не знали магнитного компаса (который к тому же в приполярных областях бесполезен), но в то же время отлично ориентировались в море, доплывая до Гренландии и Северной Америки. В одной из древних исландских саг (конец IX - начало Х века) изложен эпизод плавания викингов при пасмурной погоде, когда ориентироваться по Солнцу не было возможности: “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”.
Ещё в 1967 году датский археолог Торкильд Рамскоу (Thorkild Ramskou) выдвинул объяснение данным легендам. Он предположил, что в древних текстах речь шла о прозрачных минералах, поляризующих проходящий через них свет.
Действительно, поляризационный фильтр, направленный на покрытое облаками небо, позволяет определить, где на небосводе поляризованность света максимальна и где минимальна, а отсюда понять, где находится Солнце. Сам солнечный свет не поляризован, но его поляризуют облака. Этот метод навигации был открыт только в ХХ веке и использовался в полярной авиации вплоть до появления радиокомпаса и спутниковой навигации, но, возможно, викинги знали его тысячелетие назад. Кстати, пчелы используют его в облачные дни, так как их глаза воспринимают поляризованный свет.
В 1969 и 1982 годах вышли книги Рамскоу, посвящённые солнечному камню и солнечной навигации викингов (иллюстрации с сайта nordskip.com).
Поскольку поток света от неба тоже поляризован в соответствии с моделью Релея (Rayleigh sky model), моряки могли бы глядеть вверх через камень, медленно поворачивая его в разные стороны.
Совпадение и несовпадение плоскостей поляризации у рассеянного атмосферой света и у кристалла выражалось бы в виде потемнения и просветления неба по мере разворота камня и наблюдателя. Ряд таких последовательных «замеров» помог бы с некой приличной точностью узнать - где Солнце.
Специалисты выдвинули несколько кандидатов на роль cолнечного камня - исландский шпат (прозрачный вариант кальцита), а также турмалин и иолит . Какой именно минерал использовали викинги - сказать сложно, все эти камни были им доступны.
Исландский шпат (слева) и иолит (справа, он отснят с двух сторон для демонстрации сильного плеохроизма) обладают нужными свойствами, чтобы попробовать научиться ориентироваться по скрытому Солнцу. Правда до сих пор никто не провёл убедительного опыта с самими камнями в безбрежном море, чтобы окончательно подтвердить красивую версию о хитроумной навигации у древних скандинавов (фотографии ArniEin/wikipedia.org, Gerdus Bronn).
Любопытно, что в двадцатом веке иолит попал в авиацию в качестве поляризационного фильтра в приборе, служащем для определения положения Солнца после заката.
Дело в том, что и в сумерках свечение небосвода поляризовано, и потому точное направление на скрывшееся светило можно легко узнать, обладая «поляроидным» зрением. Приём сработает, даже если Солнце уже опустилось на семь градусов ниже горизонта, то есть через десятки минут после заката. Об этом факте, кстати, прекрасно известно пчёлам, но к ним мы ещё вернёмся.
В общих чертах принцип работы компаса викингов был ясен давно, но большим вопросом была экспериментальная проверка идеи. Опытам и расчётам в этом направлении несколько последних лет посвятил исследователь Габор Хорват (Gábor Horváth) из университета Отвоса в Будапеште.
В частности, 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 в пределах полярного круга.
Габор Хорват в Арктике в 2005 году (фото с сайта elte.hu).
«Измерения велись при помощи точных поляриметров», –информирует New Scientist. Теперь же Хорват со товарищи обобщили результаты экспериментов.
Говоря коротко: 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 релеевской модели) было тем лучшим, чем тоньше покров облаков или тумана и чем больше в нём разрывов, поставляющих хоть толику прямых солнечных лучей.
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).
Габор и его соратники смоделировали также навигацию в условиях полностью затянутого пеленой пасмурного неба. Выяснилось, что и в таком случае «отпечаток» поляризации сохраняется и, теоретически, по нему можно вычислить положение Солнца. Но степень поляризации света при этом получалась очень низкой.
На практике это означает, что вооружённые не поляриметрами, а солнечными камнями викинги едва ли могли заметить слабые колебания в яркости неба при взгляде через кристалл. Навигация под сплошной облачной пеленой, если и была возможной, оказывалась неточной, - сделали вывод учёные.
Тем не менее, расследование, предпринятое Хорватом, показало, что легенды о солнечном камне и объяснение его работы Торкильдом - вполне правдоподобны и научно обоснованы.
Учёные установили, что как при чистом небе (колонки слева), так и при облачном (справа) доля от общей площади неба, в которой поляризация совпадает с релеевской (закрашена серым) падает по мере подъёма Солнца (чёрная точка) над горизонтом (угол подъёма указан в скобках). Данная съёмка проводилась в Тунисе.
Это, кстати, означает, что «поляризационный» метод навигации более выгоден в высоких широтах, где и оттачивали своё мастерство викинги (иллюстрации Gábor Horváth et al./ Philosophical Transactions of the Royal Society B).
Кстати, о легендах. Хорват цитирует упоминание о «поляризационной навигации» в скандинавской саге: «Погода была облачная, шёл снег. Святой Олаф, король, послал кого-нибудь, чтобы осмотреться, но не было чистой точки на небе. Потом он попросил Сигурда сказать ему, где Солнце.
Сигурд взял солнечный камень, посмотрел на небо и увидел, откуда пришёл свет. Так он выяснил положение невидимого Солнца. Оказалось, что Сигурд был прав».
В наше время учёные описывают принцип навигации по поляризованному свету куда точнее древних сказителей. Сначала двоякопреломляющий кристалл (тот самый солнечный камень) нужно было «откалибровать». Рассматривая через него небо в ясную погоду, причём в стороне от светила, викинг должен был поворачивать камень, добиваясь наибольшей яркости. Тогда направление на Солнце следовало нацарапать на камне.
В следующий раз, стоило появиться хоть небольшому просвету в облаках, мореплаватель мог нацелить на него камень и повернуть до максимальной яркости неба. Линия на камне указала бы на Солнце. Об определении координат дневной звезды без всякого просвета мы уже говорили.
Археологи время от времени находят затонувшие корабли викингов, современные энтузиасты строят их копии (на видео внизу показана одна из таких реплик – судноGaia), но до сих пор не все тайны умелых мореплавателей прошлого раскрыты (иллюстрации с сайтов marineinsight.com, waterwaysnews.com, reefsafari.com.fj)
Ну а направление на географический север по положению Солнца узнать было проще. Для этого у викингов имелись особым образом размеченные солнечные часы, на которых резьбой были показаны крайние траектории тени от гномона (от рассвета до заката в равноденствие и летнее солнцестояние).
Если на небе присутствовало Солнце, часы можно было расположить определённым образом (чтобы тень попадала на нужную полосу), и определить стороны света по отметкам на диске.
Точность данных часов-компаса была велика, но, с поправкой: совершенно правильно они показывали север только с мая по август (как раз в парусный сезон у викингов) и только на широте 61 градус – как раз там, где проходил самый частый маршрут викингов через Атлантику – между Скандинавией и Гренландией (иллюстрации Gábor Horváth et al./ Philosophical Transactions of the Royal Society B).
Противники теории о «поляриметрической навигации» нередко говорят, что даже в пасмурную и туманную погоду, как правило, положение Солнца можно прикинуть и на глаз - по общей картине освещения, лучам, пробивающимся сквозь неравномерности в пелене, отсветам на облаках. И оттого, якобы, у викингов не было необходимости изобретать сложный метод с солнечным камнем.
Габор решил проверить и это предположение. Он отснял в нескольких точках мира множество полных панорам дневного неба с облачностью разной степени тяжести, а также вечернего неба в сумерках (близ морского горизонта). Затем эти снимки показали группе добровольцев - на мониторе в тёмной комнате. Мышкой их просили указать расположение Солнца.
Один из кадров, использованных в тесте на навигацию «на глазок». Попытки испытуемых показаны небольшими белыми точками, большой чёрной точкой с белым кантом отмечено «среднее» положение светила по мнению наблюдателей (иллюстрация Gábor Horváth et al./ Philosophical Transactions of the Royal Society B).
Сравнив выбор испытуемых с фактическим нахождением светила, учёные нашли, что по мере роста плотности облаков среднее расхождение между кажущимся и истинным положением Солнца заметно растёт, так что викингам вполне могла понадобиться дополнительная технология ориентации по сторонам света.
И к этому аргументу стоит добавить ещё один. Целый ряд насекомых чувствителен к линейной поляризации света и использует это преимущество для навигации (а иные ракообразные даже распознают свет с круговой поляризацией). Вряд ли эволюция изобрела бы такой механизм, если бы положение Солнца на небе всегда можно было бы увидеть обычным зрением.
Биологам известно, что пчёлы при содействии поляризованного света ориентируются в пространстве - они глядят на просветы в облаках. Об этом примере, кстати, вспоминает и Хорват, когда говорит о предпосылках к необычной навигации у викингов.
Есть даже вид пчёл (Magalopta genalis из семейства галиктид), представители которого и вовсе вылетают на работу за час до восхода (и успевают возвратиться домой до него) и потом уже - после заката. Эти пчёлы ориентируются в сумеречном свете по поляризационной картине на небосводе. Её создаёт Солнце, только собирающееся взойти или недавно закатившееся.
Компьютерное моделирование показывает, что солнечный камень Викингов является очень точным. исследователи из Университета ELTE Eötvös Loránd в Венгрии провели компьютерные симуляции, которые предполагают, что сказки о викингах, использующие солнечный камень для навигации в пасмурную погоду, могут быть правдой.
За период с 900 по 1200 год, викинги управляли Атлантикой. Их мастерство в строительстве кораблей и в навигации позволило им путешествовать по всей Северной Атлантике. Предыдущие исследования показали, что викинги использовали определенный тип солнечных часов для навигации, что, по-видимому, давало им довольно точные измерения. Но что они делали, когда было облачно или туманно?
Рассказы о викингах передавались через поколения, утверждая, что они хорошо ориентировались благодаря использованию солнечных лучей, что позволило навигаторам викингов находить солнце даже в пасмурные дни. Но доказательство истинности сказанного было проблематичным — ни один солнечный камень никогда не был найден при кораблекрушении викингов или вблизи него.
Большинство исследователей, изучавших возможность солнечного камня, предположили, что некоторые кристаллы, такие как кальцит, кордиерит и турмалин, могут разделить солнечный свет на два луча, даже когда облачно — и когда кристалл поворачивается, разбивая два луча с одинаковой яркостью, навигатор мог видеть поляризованные кольца вокруг Солнца, эффективно отображая его размещение в небе.
Саз и Хорват отметили, что до сих пор никто не проверял использование таких кристаллов для навигации из Норвегии в Исландию, Гренландию или в Северную Америку, вероятно, потому, что одного или двух путешествий недостаточно, чтобы доказать свою полезность, особенно если во время такого путешествия не было облачно.
По их мнению, лучший подход — это компьютерное моделирование рейсов из одной точки Норвегии в другую точку в Гренландии. После ввода данных, описывающих такие поездки, исследователи проводили моделирование много раз в течение двух конкретных виртуальных дней, весеннего равноденствия и летнего солнцестояния. Они проводили испытания для разных типов кристаллов и с разными интервалами времени.
Исследователи сообщают, что они нашли смешанные результаты в зависимости от того, какой тип кристалла использовался и как часто навигатор определял положение Солнца и обнаружили, что использование кристалла кордиерита в течение минимум трех часов было приблизительно на 92,2-100 процентов точным.
Больше информации: Success of sky-polarimetric Viking navigation: revealing the chance Viking sailors could reach Greenland from Norway, Published 4 April 2018. DOI: 10.1098/rsos.172187
Резюме.
Согласно известной гипотезе, моряки викингов могли перемещаться по широте между Норвегией и Гренландией посредством поляризации неба в пасмурную погоду с использованием солнечного компаса и кристаллов солнечного камня. Используя данные, измеренные в более ранних атмосферных оптических и психофизических экспериментах, здесь мы определяем скорость успеха этой небо-поляриметрической навигации. Имитируя 1000 рейсов между Норвегией и Гренландией с различной облачностью в летнее солнцестояние и весеннее равноденствие, мы обнаружили вероятность того, что моряки Викингов смогут добраться до Гренландии в условиях различных погодных условий трехнедельного путешествия в зависимости от периодичности навигации Δt, если они анализировали поляризацию неба с кальцитовыми, кордиеритными или турмалинными кристаллами. Также представлены примеры маршрутов рейса. Наши результаты показывают, что небесно-поляриметрическая навигация удивительно успешна в оба дня весеннего равноденствия и летнего солнцестояния даже в облачных условиях, если навигатор периодически определял северное направление по крайней мере один раз в каждые 3 часа независимо от типа солнечного камня, используемого для анализ поляризации неба. Это объясняет, почему викинги могли владеть Атлантическим океаном в течение 300 лет и могли достичь Северной Америки без магнитного компаса. Наши результаты свидетельствуют о том, что важна не только периодичность навигации, но и распределение времени, когда выполняемая навигационная процедура максимально симметрична относительно момента времени реального полудня.
