Солнечный камень викингов был очень точным. О методах навигации викингов Как долго викинги находились в открытом море
В течение долгих лет ученые пытались определить, каким образом викингам удавалось совершать длительные морские путешествия. Ведь, как известно, для этих отчаянных скандинавских мореплавателей с их компактными маневренными кораблями драккарами не составляло особого труда преодолевать путь протяженностью около 2500 километров от берегов Норвегии до Гренландии, не отклоняясь от курса, то есть практически по прямой линии!
Не говоря уже о том, что именно викинги под предводительством Лейфа Эрикссона считаются настоящими первооткрывателями Америки.
Часы фьорда Уунарток
Ни о какой магнитной навигации в те времена не было и речи, мореходам приходилось в буквальном смысле полагаться на волю неба - ориентироваться по положению солнца, луны и звезд, вот только северные воды не отличаются мягким климатом и солнечной погодой, облака и туманы там - самое обычное явление. Каким же образом викингам удавалось ориентироваться в таких условиях?
Этот вопрос оставался без ответа до 1948 года, пока не был обнаружен легендарный диск Уунарток - компас, который, согласно сагам, в сочетании с неким solstenen, магическим солнечным кристаллом, служил главным инструментом навигации северных мореплавателей. Но это открытие дало больше вопросов, чем ответов.
В записях, современных эпохе викингов, и более поздних письменных источниках можно встретить упоминание о довольно
точном, несмотря на внешнюю простоту, компасе, который позволял воинам-путешественникам определять направление движения судна в любую погоду.
Ну и что здесь особенного, спросите вы. Однако для раннего Средневековья такие возможности были сродни колдовству. Ориентироваться в открытом море, не видя небесных светил, при существовавшем на тот момент уровне навигации было практически невозможно.
Тем не менее викингам, считавшимся в христианском мире IX-XI веков грязными язычниками, у которых не было даже собственного государства, это удавалось с завидным успехом.
Что же представлял собой компас викингов и как он работал? Фрагмент диска из гренландского фьорда Уунарток позволил исследователям определить, что компас викингов, по сути, являл собой сложные солнечные часы с пометками, обозначающими стороны света, и резьбой, соответствующей траекториям тени от гномона (центрального язычка солнечных часов) в течение всего светового дня в летнее солнцестояние и равноденствие.
Согласно экспериментальным данным, полученным исследователем этого артефакта Габором Хорватом (Gabor Horvath) из университета Отвоса в Будапеште, точность часов была весьма велика: если расположить диск в солнечную погоду определенным образом - так, чтобы тень от гномона совпала с соответствующей насечкой, - можно сориентироваться по сторонам света с погрешностью не более 4°.
Правда, в трудах Хорвата делается поправка на то, что диск Уунарток наиболее эффективен в период с мая по сентябрь и только на широте 61°. Иными словами, часы-компас использовались исключительно в летнее время, когда викинги совершали свои походы, и обеспечивали наиболее точную навигацию на пути от Скандинавии к Гренландии через северную часть Атлантического океана -на самом частом и протяженном маршруте в открытых водах.
Однако исследование одного только диска Уунарток так и не дало ответ на вопрос, что же это за мистический «солнечный камень», дававший викингам ориентир, когда на небе не было видно нашего светила.
Мифология и геология
Правдоподобность использования викингами мифического камня для навигации долгое время ставилась под сомнение. Скептики и вовсе полагали, что «солнечным камнем» был обыкновенный кусок магнитного железняка, а свечение и явление солнца из-за облаков - всего лишь выдумка сказителей.
Но исследователи, более подробно изучившие эту проблему, пришли к выводу, что все не так просто, и даже сформулировали теоретический принцип работы метода северных мореходов.
Еще в 1969 году предположение о том, что «солнечный камень» следует искать среди кристаллов, обладающих поляризующими свойствами, выдвинул датский археолог Торкильд Рамскоу (Thorkild Ramskou). Его теорию также косвенно подтверждает текст «Саги об Олафе Святом», зафиксированный в XIII веке в знаменитом своде скандинавских саг «Круг земной» стараниями исландского скальда Снорри Стурлусона.
Текст саги гласит: «... Погода была облачная, шел 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 пришел свет. Так он выяснил положение невидимого Солнца. Оказалось, что Сигурд был прав».
Изучив все возможные минералы, распространенные в областях деятельности древних скандинавов, ученые пришли к выводу, что главными кандидатами на роль пресловутого solstenen можно считать три минерала - турмалин, иолит и исландский шпат, который является одной из разновидностей прозрачного кальцита.
Дело осталось за малым: определить, какой же из этих минералов окажется «тем самым», ведь все они были доступны викингам.
10 лет экспериментов
Пролить свет на проблему подлинного «солнечного камня» помогла находка, сделанная в 2003 году во время исследования места крушения корабля елизаветинской эпохи, затонувшего в 1592 году близ нормандского острова Олдерни в проливе Ла-Манш. В каюте капитана был обнаружен полупрозрачный беловатый брусок шлифованного камня, который оказался не чем иным, как исландским шпатом.
Эта находка весьма заинтересовала французских физиков из Реннского университета Ги Ропара (Guy Ropars) и Альбе-ра Лефлоха (Albert Le Floch), которые провели серию экспериментов с исландским шпатом. Результаты, опубликованные в 2011 году, превзошли все ожидания.
Принцип использования минерала основан на двойном лучепреломлении - свойстве, которое было описано еще в XVII веке датским физиком Расмусом Бертолином. Благодаря ему свет, проникающий в структуру кристалла, расщепляется на две составляющие.
Так как лучи имеют разную поляризацию, яркость изображений на обратной стороне камня зависит поляризации исходного света. Таким образом, изменяя положение кристалла так, чтобы изображения приобрели одинаковую яркость, можно вычислить положение солнца даже в пасмурную погоду или же при условии, что оно опустилось за горизонт не более 15 минут назад.
Спустя два года физико-математический журнал Лондонского королевского общества Proceedings of the Royal Society обнародовал не менее смелую в суждениях статью, в которой говорилось, что обнаруженный на затонувшем корабле брусок исландского шпата по праву можно считать достойным доверия навигационным прибором, который викинги использовали в своих морских странствиях.
Пальцем в небо
Не стоит удивляться, что довольно смелое сообщение об установленном геологическом происхождении «солнечного камня» из древнеисландских саг, которое так и не удалось подтвердить археологическими данными IX-XI веков, было встречено волной критики.
По мнению воинствующих скептиков, так и не принявших теорию «поляриметрической навигации» викингов, для определения положения солнца в пасмурную погоду не нужно изобретать сложные методы - для этого вполне достаточно лучей, пробивающихся сквозь пелену облаков.
А россказни о мифических «солнечных камнях» - выдумки скальдов, желающих превознести знания и умения «грязных язычников», и не более того.
В ответ на эти инсинуации Габор Хорват предложил скептикам попробовать определить положение солнца буквально методом «тыка пальцем в небо». Испытуемым было предложено несколько панорам неба в разное время суток и с различной степенью облачности, на которых нужно было отметить мышкой то место, где, по их мнению, находится солнце.
Как дипломатично резюмируют экспериментаторы, по мере увеличения плотности облаков среднестатистические различия между мнимым и фактически расположением светила существенно увеличиваются.
Иными словами, критики провалились с треском. Викинги действительно нуждались в дополнительном навигационном приспособлении - и они его не только нашли, но и разработали довольно остроумную методику его использования.
Совместные усилия Хорвата, Ропара и Лефлоха экспериментально подтвердили, что компас викингов, ранее считавшийся лишь выдумкой сказителей, не только существовал на самом деле, но и позволял с удивительной точностью определять маршрут в открытых водах.
Более того, находка с корабля, ушедшего на дно в XVI веке, доказывает, что известный мореплавателям древней Скандинавии метод ориентирования с помощью «солнечного камня» вполне оправдывал себя даже во времена магнитной навигации, несмотря на полутысячелетнюю пропасть, разделяющую эпоху викингов и елизаветинскую Англию.
Кирилл РОГАЧЕВ
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.
Для навигации в море в пасмурную погоду викинги использовали поляризованный свет. И точно такой же приём помогает пчёлам ориентироваться под облаками, а порой и в сумерках. Оба этих предположения были выдвинуты учёными давно, но на днях они получили любопытные экспериментальные подкрепления.
Различные средневековые источники упоминают загадочный «cолнечный камень» (sunstone), также известный как «компас викингов» (viking compass) в качестве инструмента навигации у моряков. Мол, с его помощью можно определить положение Солнца (а значит и стороны света) даже если оно оказывалось скрыто облачной пеленой, туманом (при нахождении низко над горизонтом) или снегопадом.
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.
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 – судно Gaia), 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.
Этот кусочек солнечных часов (a) археологи нашли в Гренландии (серым цветом на схеме (b) отмечена пропавшая часть); с – принцип определения положения тени, d – картина поляризации неба (стрелки).
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 – (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 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.
Мандиам Шринивашан (Mandyam Srinivasan) из университета Квинсленда и его коллеги из других университетов Австралии, а также Швеции и Швейцарии, провели эксперимент, который Шринивашан называет «окончательным доказательством» того, что теория о навигации пчёл по поляризованному свету верна.
Учёные построили простой лабиринт из пары перекрещивающихся коридоров. Так получился один вход и три возможных выхода. Коридоры освещались поляризованным светом, который нисходил с потолка, имитирующего небо. Свет мог быть поляризован вдоль оси коридора или перпендикулярно к ней.
Схема опыта Шринивашана (на врезке). Положение кормушки в серии экспериментов меняли, так что верным мог быть и прямой, и правый, и левый путь (иллюстрации P. Kraft, M. V. Srinivasan et al./ Philosophical Transactions of the Royal Society B, qbi.uq.edu.au).
Биологи обучили 40 пчёл, влетая в лабиринт определять поляризацию во входном коридоре и на перекрёстке выбирать коридор с аналогичной поляризацией (два других пути при этом подсвечивались светом иной «направленности»). В конце верного путешествия насекомых ждал сахар.
После того, как подопечные исследователей прочно связали подкормку с правильной поляризацией освещения, экспериментаторы удалили сахар. 74 процента пчёл продолжили сворачивать туда, где раньше лежало угощение.
Потом учёные переключили поляризационные фильтры, сначала на прямой выход вместо верного правого, а потом на левый. Большая часть пчёл (56% и 51%) последовала новым световым указателям. Оставшиеся — распределились между двумя неверными коридорами.
Опыт был обставлен так, чтобы полосатые испытуемые не могли использовать для ориентации в пространстве иные приметы — пахучие метки или простые световые блики. Да и самый простой способ достичь цели (следовать правилу «лететь до перекрёстка, затем повернуть направо»), далеко не обязательно срабатывал. Получилось, что именно поляризация лучей говорила насекомым — куда лететь за едой.
Опыт с пчёлами, конечно, ничего нам не скажет о секрете древних мореплавателей. Но зато он напоминает, что нередко для решения похожих задач и люди и животные выбирают сходную тактику. Результаты двух новых исследований опубликованы в одном номере Philosophical Transactions of the Royal Society B: «детективы» с викингами и с пчёлами удачно совпали во времени.
Какие морские навигационные инструменты были у викингов. Как без магнитного компаса скандинавы открыли Гренландию и Америку. Что за мистический «солнечный камень» упоминается в сагах. Ответы на эти вопросы читайте в этой статье.
Древние скандинавы путешествовали много. Очень много. Но если посмотреть на карту маршрутов их походов, можно заметить, что в основном, это прибрежное плавание.
Плавание вдоль берегов не требовательно к навигации. Викинги ориентировались по местности. Это могли быть устья рек, фьорды, острова, мысы, горы, ледники — благо, всего этого в Норвегии, Дании и Швеции достаточно. Часто измеряли глубину воды лотом (груз на бичёвке). Стоило первопроходцу составить устную карту таких ориентиров и последующие путешественники могли смело использовать описанную местность в качестве направляющих. Стоит отметить, что викинги останавливались на ночлег на берегу, чтобы не потерять его из виду, путешествуя по воде ночью.
Если же погода не позволяла ориентироваться на местности (большая облачность) или ладья отошла далеко от берегов, всегда можно было определить местоположение по ветру, который «читался» по волнам, или определить направление к берегу по траектории перемещения птиц.
Но такие исключительные ситуации это редкость, они были не критичны. Потому что расстояния по оживлённым маршрутам были малы. Например, поход из западной точки Дании до Англии по прямой вдали от берега и при попутном ветре занимал всего 1.5 суток.
Другое дело — походы по открытом морю и океану
Больше 1000 лет назад викинги открыли Америку. Для этого им пришлось преодолеть несколько крупных участков по морям и Атлантическому океану, длиной от 1000 до 2000 км. Известно 7 регулярных маршрутов походов викингов на дальние расстояния в западном направлении.
И здесь ориентация по местности никак не могла помочь. Нужна была более надежная система. Однако магнитный компас, позаимствованный у арабов, появился в Европе только в 13-м веке.
Самый простой способ навигации в море — по закату и восходу солнца, строго на запад или на восток. Естественно, зная положение солнца в то или иное время года. Викинги действительно так путешествовали, например, по маршруту №7 на карте выше. Маршрут от Хернама (ныне Берген) до южного мыса Гренландии проходит ровно по 61-й северной широте.
Но чтобы выполнять более сложные манёвры и ходить по более сложным маршрутам, необходимо, как минимум, разбираться в определении сторон света. И древние скандинавы умели это делать.
Небосвод делился на 8 частей (Atta). Главные: Austuratt (восток), Norduratt (север), Suduratt (юг), Westuratt (запад). И второстепенные: Lundsudur, Utsudur, Utnordur и Landnordur (юго-восток, юго-запад, северо-запад, северо-восток).
В ясную ночь определение сторон света по звёздам было простым делом. Полярная звезда, указывающая на север, тогда светила также ярко, хотя и была смещена на 6° 14′ по сравнении с современным положением.
Чтобы определить стороны света днём, необходимо было определить положение солнца и знать его траекторию передвижения по небу в данный месяц года. Соответственно сутки викинги делили на 8 частей: Morgun (утро), Oendwerdur Dagur (первая часть дня), Hadaege (глубокий день, Middaege-полдень), Efri lutur Dags (последняя часть дня), Kwoeld и Aptan (вечер), Oendverd Nott (первая часть ночи), Midnaetti (полночь), Efri lutur Naetur (вторая часть ночи).
«Солнечный камень»
Но если небо затянуло облаками (а это обычное явление в северном полушарии) и положение светила не определить, то на помощь приходил мистический «солнечный камень». О нём упоминается в саге «Об Олафе Святом»:
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.
«Солнечный камень» викингов так и не был найден. Но недавно был обнаружен кристалл в затонувшем корабле 16-го века. Появилась надежда, что такой же инструмент мог быть и у древних скандинавов.
Оказывается, некоторые виды кристаллов обладают способностью преломлять солнечный свет (двойная рефракция). Этими свойствами обладают многие кальциты, турмалины и иолиты. Исландский шпат (разновидность кальцитов) можно было найти на одноимённом острове.
Исландский шпат, кальцит. Предполагаемый «солнечный камень» викингов
Принцип работы основан на способности таких кристаллов улавливать поляризационный солнечный свет, который исходит кругами в 90 градусах от источника. Достаточно двух кристаллов, чтобы обнаружить солнце в непогоду и даже в течении 50-и минут после захода солнца. Учитывая, что викинги плавали в северных широтах, когда в начале лета солнце практически не заходило за горизонт, такой инструмент был просто необходим при плавании. Кстати, видеть поляризационный свет могут, например, пчёлы.
Принцип работы «солнечного камня» викингов. Идея изображения: NewScientist
Последние эксперименты венгерских учёных выяснили, что погрешность обнаружения положения солнца при таком методе составляет ±4 градуса, а это очень хороший результат. Было произведено 1080 разнообразных замеров.
В итоге гипотеза об использовании кальцита в качестве высокоточного прибора выглядит всё более правдоподобной. Учитывая и то, что ненастная погода над морями и Атлантическим океаном могла быть неделями.
Другие навигационные приборы
Учёные предполагают существование у викингов помимо «солнечного камня» трёх видов навигационных приборов: горизонтная доска, солнечный компас, световая доска (сумеречная доска).
На горизонтной доске отверстиями помечены месяцы походов. С одной стороны — положения восхода солнца, с другой — положения заката. Колышком помечался текущий месяц. Сделав один замер колышком (на закате или рассвете), можно определить север, отметив середину расстояния между соответствующим противоположным отверстием для текущего месяца.
На диске солнечного компаса заранее отмечались траектории движения тени от солнца в течении дня для различных месяцев. Соответственно, сделав замер в определённое время дня и сопоставив длину тени с измерениями, можно было определить север.
Световая доска является комбинацией горизонтной доски и солнечного компаса. Измерения производятся на базе тени от широкого гномона в центре прибора, сопоставляя их с предварительно нанесённой гномической линией. Эта доска была особенно эффективна в купе с «солнечным» камнем на закате или рассвете, а также в течении 50 минут, когда солнце скрыто за горизонтом.
Фрагмент деревянного диска времён эпохи викингов, найденный в южной Гренландии (Уунаторк, Uunartoq), мог быть комбинацией таких приборов.
Для того, чтобы считывать значения диска как со световой доски был необходим особый гномон. Он также был найден — солнечный брусок.
После осознания того, что викинги могли обладать хотя бы одной или несколькими такими отличными навигационными техниками и приборами возникает только один вопрос: почему скандинавы сделали так мало открытий? Если бы история оставила эпохе викингов ещё, хотя бы, 100 лет, то мы бы сейчас в учебниках истории прочли, как какой-нибудь Сигурд Суровый открыл Австралию. Прочли за бокалом хорошего южно-скандинавского эля 🙂
Источники: The Royal Society ( , , ), New Scientist , книга «Походы викингов» (Стриннгольм Андерс Магнус).
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.
