Солнечный камень уравнял викингов спчёлами
Для навигации в море в пасмурную погоду викинги применяли поляризованный свет. И совершенно верно такой же приём оказывает помощь пчёлам ориентироваться под тучами, а иногда и в сумерках. Оба этих догадки были выдвинуты учёными в далеком прошлом, но пару дней назад они взяли интересные экспериментальные подкрепления.
Разные средневековые источники упоминают таинственный «cолнечный камень» (sunstone), он же «компас викингов» (viking compass) в качестве инструмента навигации у моряков. Дескать, с его помощью возможно выяснить положение Солнца (соответственно и стороны света) кроме того если оно появилось скрыто облачной пеленой, туманом (при нахождении низко над горизонтом) либо снегопадом.
Ещё во второй половине 60-ых годов XX века датский археолог Торкильд Рамскоу (Thorkild Ramskou) выдвинул объяснение данным преданиям. Он высказал предположение, что в древних текстах обращение шла о прозрачных минералах, поляризующих проходящий через них свет.
В 1969 и 1982 годах вышли книги Рамскоу, посвящённые солнечной навигации и солнечному камню викингов (иллюстрации с сайта nordskip.com).
Потому, что поток света от неба также поляризован в соответствии с моделью Релея (Rayleigh sky model), моряки имели возможность бы смотреть вверх через камень, медлительно поворачивая его в различные стороны.
несовпадение и Совпадение плоскостей поляризации у рассеянного воздухом света и у кристалла выражалось бы в виде просветления и потемнения неба по мере наблюдателя и разворота камня. Последовательность таких последовательных «замеров» помог бы с некой приличной точностью определить — где Солнце.
Эксперты выдвинули пара кандидатов на роль cолнечного камня — исландский шпат (прозрачный вариант кальцита), и турмалин и иолит. Какой как раз минерал применяли викинги — неизвестно, все эти камни были им дешёвы.
Исландский шпат (слева) и иолит (справа, он отснят с двух сторон для демонстрации сильного плеохроизма) владеют нужными особенностями, дабы попытаться обучиться ориентироваться по скрытому Солнцу.
Правда до сих пор никто не совершил убедительного опыта с самими камнями в безбрежном море, дабы совсем подтвердить прекрасную версию о хитроумной навигации у древних скандинавов (фотографии ArniEin/wikipedia.org, Gerdus Bronn).
Любопытно, что в XX веке иолит попал в авиацию в качестве поляризационного фильтра в приборе, служащем для определения положения Солнца по окончании заката.
Дело в том, что и в сумерках свечение небосвода поляризовано, и потому правильное направление на скрывшееся светило возможно легко определить, владея «поляроидным» зрением. Приём сработает, даже в том случае, если Солнце уже опустилось на семь градусов ниже горизонта, другими словами через десятки мин. по окончании заката. Об этом факте, кстати, замечательно известно пчёлам, но к ним мы ещё возвратимся.
В общем принцип работы компаса викингов был ясен в далеком прошлом, но громадным вопросом была экспериментальная проверка идеи. расчётам и Опытам в этом направлении пара последних лет посвятил исследователь Габор Хорват (Gabor Horvath) из университета Отвоса в Будапеште.
В частности, вместе с сотрудниками из Испании, Швеции, Германии, Швейцарии и Финляндии 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 правильных поляриметров, – информирует New Scientist. Сейчас же Хорват со товарищи обобщили экспериментальные результаты.
Говоря кратко: исходный (от так именуемого рассеяния первого порядка) рисунок поляризации на небосводе всё ещё найдём кроме того под тучами, не смотря на то, что он очень не сильный, и в него вносит «шум» сама облачность (или туманная пелена).
В обеих обстановках совпадение картины поляризации с совершенной (по релеевской модели) было тем лучшим, чем уже покров туч либо 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 (чернее – больше), измеренный теоретический угол и угол поляризации по отношению к меридиану.
Последние два последовательности показывают хорошее совпадение (иллюстрация Gabor Horvath et al./ Philosophical Transactions of the Royal Society B).
его соратники и Габор смоделировали кроме этого навигацию в условиях всецело затянутого пеленой пасмурного неба. Стало известно, что и при таких условиях «отпечаток» поляризации сохраняется и, теоретически, по нему возможно вычислить положение Солнца. Но степень поляризации света наряду с этим получалась низкой.
На практике это указывает, что вооружённые не поляриметрами, а солнечными камнями викинги чуть ли имели возможность подметить не сильный колебания в яркости неба при взоре через кристалл. Навигация под целой облачной пеленой, в случае если и была вероятной, появилась неточной, — сделали вывод учёные.
Однако, расследование, предпринятое Хорватом, продемонстрировало, что легенды о солнечном камне и объяснение его работы Торкильдом — в полной мере правдоподобны и научно обоснованы.
Учёные установили, что как при чистом небе (колонки слева), так и при облачном (справа) часть от общей площади неба, в которой поляризация сходится с релеевской (закрашена серым) падает по мере подъёма Солнца (тёмная точка) над горизонтом (угол подъёма указан в скобках). Эта съёмка проводилась в Тунисе.
Это, кстати, свидетельствует, что «поляризационный» способ навигации более удачен в высоких широтах, где и оттачивали собственное мастерство викинги (иллюстрации Gabor Horvath et al./ Philosophical Transactions of the Royal Society B).
Кстати, о преданиях. Хорват цитирует упоминание о «поляризационной навигации» в скандинавской саге: «Погода была облачная, шёл снег. Святой Олаф, король, отправил кого-нибудь, дабы осмотреться, но не было чистой точки на небе.
Позже он попросил Сигурда сообщить ему, где Солнце.
Сигурд забрал солнечный камень, взглянуть на небо и заметил, откуда пришёл свет. Так он узнал положение невидимого Солнца. Оказалось, что Сигурд был прав».
В наши дни учёные обрисовывают принцип навигации по поляризованному свету куда правильнее древних сказителей. Сперва двоякопреломляющий кристалл (тот самый солнечный камень) необходимо было «откалибровать». Разглядывая через него небо в ясную погоду, причём в стороне от светила, викинг должен был поворачивать камень, получая громаднейшей яркости.
Тогда направление на Солнце следовало нацарапать на камне.
В следующий раз, стоило показаться хоть маленькому просвету в тучах, мореплаватель имел возможность нацелить на него камень и развернуть до большой яркости неба. Линия на камне указала бы на Солнце. Об определении координат дневной звезды без всякого просвета мы уже говорили.
Археологи иногда находят затонувшие суда викингов, современные энтузиасты строят их копии (на видео внизу продемонстрирована 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 определить было несложнее. Для этого у викингов имелись особенным образом размеченные солнечные часы, на которых резьбой были продемонстрированы крайние траектории тени от гномона (от восхода солнца до заката в летнее солнцестояние и равноденствие).
В случае если на небе находилось Солнце, часы возможно было расположить определённым образом (дабы тень попадала на нужную полосу), и выяснить стороны света по отметкам на диске.
Данный кусочек солнечных часов (a) историки обнаружили 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 громадна, но, с поправкой: совсем верно они показывали север лишь с мая по август (именно в парусный сезон у викингов) и лишь на широте 61 градус – именно в том месте, где проходил самый нередкий маршрут викингов через Атлантику – между Гренландией иллюстрации и (Скандинавией Gabor Horvath et al./ Philosophical Transactions of the Royal Society B).
А вдруг на небе облачно – не беда. Авторы нового изучения предполагают, что, установив позицию Солнца по солнечному камню, навигаторы викингов имели возможность заменить светило факелом и по тени на часах сориентироваться в пространстве.
Соперники теории о «поляриметрической навигации» часто говорят, что кроме того в пасмурную и туманную погоду, в большинстве случаев, положение Солнца возможно прикинуть и на глаз — по неспециализированной картине освещения, лучам, пробивающимся через неравномерности в пелене, отсветам на тучах. И оттого, якобы, у викингов не было необходимости изобретать сложный способ с солнечным камнем.
Габор решил проверить и это предположение. Он отснял в нескольких точках мира множество полных панорам дневного неба с облачностью различной степени тяжести, и вечернего неба в сумерках (недалеко от морского горизонта). После этого эти снимки продемонстрировали группе добровольцев — на мониторе в чёрной помещении.
Мышкой их просили указать размещение Солнца.
Один из кадров, использованных в тесте на навигацию «на глазок». Попытки испытуемых продемонстрированы маленькими белыми точками, громадной тёмной точкой с белым кантом отмечено «среднее» положение светила согласно точки зрения наблюдателей (иллюстрация Gabor Horvath et al./ Philosophical Transactions of the Royal Society B).
Сравнив выбор испытуемых с фактическим нахождением светила, учёные нашли, что по мере роста плотности туч среднее расхождение между кажущимся и подлинным положением Солнца заметно растёт, так что викингам в полной мере имела возможность пригодиться дополнительная разработка ориентации по сторонам света.
И к этому доводу стоит добавить ещё один. Множество насекомых чувствителен к линейной поляризации света и применяет это преимущество для навигации (а иные ракообразные кроме того выявят свет с круговой поляризацией). Вряд ли эволюция изобрела бы таковой механизм, если бы положение Солнца на небе неизменно возможно было бы заметить простым зрением.
Биологам как мы знаем, что пчёлы при содействии поляризованного света ориентируются в пространстве — они смотрят на просветы в тучах. Об этом примере, кстати, вспоминает и Хорват, в то время, когда говорит о предпосылках к необыкновенной навигации у викингов.
Имеется кроме того вид пчёл (Magalopta genalis из семейства галиктид), представители которого и вовсе вылетают на работу за час до восхода (и успевают возвратиться к себе до него) и позже уже — по окончании заката. Эти пчёлы ориентируются в сумеречном свете по поляризационной картине на небосводе. Её создаёт Солнце, лишь планирующее взойти либо сравнительно не так давно закатившееся.
Мандиам Шринивашан (Mandyam Srinivasan) из университета Квинсленда и его коллеги из вторых университетов Австралии, и Швейцарии и Швеции, совершили опыт, что Шринивашан именует «окончательным доказательством» того, что теория о навигации пчёл по поляризованному свету верна.
Учёные выстроили несложной лабиринт из пары перекрещивающихся коридоров. Так оказался один вход и три вероятных выхода. Коридоры освещались поляризованным светом, что нисходил с потолка, имитирующего небо.
Свет мог быть поляризован на протяжении оси коридора либо перпендикулярно к ней.
Схема опыта Шринивашана (на врезке). Положение кормушки в серии опытов поменяли, 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 научили 40 пчёл, влетая в лабиринт определять поляризацию во входном коридоре и на перекрёстке выбирать коридор с подобной поляризацией (два вторых пути наряду с этим подсвечивались светом другой «направленности»). В конце верного путешествия насекомых ожидал сахар.
По окончании того, как подопечные исследователей прочно связали подкормку с верной поляризацией освещения, экспериментаторы удалили сахар. 74 процента пчёл продолжили сворачивать в том направлении, где раньше лежало угощение.
Позже учёные перевели поляризационные фильтры, сперва на прямой выход вместо верного правого, а позже на левый. Большинство пчёл (56% и 51%) последовала новым световым указателям. Оставшиеся — распределились между двумя неверными коридорами.
Опыт был обставлен так, дабы полосатые испытуемые не могли применять для ориентации в пространстве иные приметы — пахучие метки либо простые световые блики. Да и самый несложный метод достигнуть цели (направляться правилу «лететь до перекрёстка, после этого развернуть направо»), далеко не обязательно срабатывал. Оказалось, что именно поляризация лучей сказала насекомым — куда лететь за едой.
Опыт с пчёлами, само собой разумеется, ничего нам не сообщит о секрете древних мореплавателей. Но он напоминает, что часто для ответа похожих задач и животные и люди выбирают сходную тактику. Результаты двух новых изучений размещены в одном номере Philosophical Transactions of the Royal Society B: «детективы» с викингами и с пчёлами удачно совпали во времени.
