Acreditava-se que a "pedra do sol" das sagas escandinavas era apenas um objeto mítico. Mas existe - e funciona.
Os Vikings viram o sol através das nuvens usando a pedra do sol descrita nas sagas. Com isso, eles pavimentaram o caminho através do oceano. Como exatamente eles fizeram isso, os cientistas não conseguiram descobrir por várias décadas. O caminho dos pesquisadores para desvendar o segredo da pedra do sol acabou por ser não menos tortuoso do que o caminho dos vikings para a Groenlândia. Mas agora todos podem construir um antigo dispositivo de navegação em poucos minutos.
Cobre, baú de carvalho
Como os vikings eram bons no mar, este exemplo ajudará a entender. Os romanos, que durante séculos controlaram quase todo o mundo civilizado, tinham medo de nadar em alto mar. Horácio expressou o horror de seu povo com a própria ideia de navegar em versos famosos:
Não apenas os romanos eram tão tímidos: os fenícios são considerados os marinheiros insuperáveis da antiguidade, mas também seu famoso mergulho por volta de 600 aC. era costeira - em torno da África. Pítias, que supostamente visitou a Islândia no século 4 aC, provavelmente simplesmente recontou os mitos e contos que conhecia - em qualquer caso, ele já tinha uma reputação de sonhador na antiguidade. O escritor Lucian (século II dC) começa a fantástica história "True Story" com o fato de que um navio é levado para o mar e perde suas margens. Para um homem da antiguidade, essa situação era equivalente a uma transição para o outro mundo. E tinha uma razão para isso: dali, por causa do mar, eles não voltaram.
Agora vamos dar uma olhada nos vikings: marinheiros barbudos navegam pelo Atlântico, como se estivessem pisando em uma poça.
Esquema: Anatoly Lapushko / Chrdk.
Mas como eles navegaram? Não está claro se os vikings tinham uma bússola, mas de uma forma ou de outra, é praticamente inútil no norte. O pólo magnético - o ponto onde as linhas de força do campo magnético da Terra entram no interior do planeta em um ângulo reto - está próximo, e a agulha da bússola, orientando-se ao longo da linha de força, olha, de fato, algumas centenas de quilômetros abaixo do pólo.
Além disso, na época dos vikings, o pólo magnético, que "caminha" na superfície da Terra, está localizado a oeste da Groenlândia. Portanto, pelo menos na metade do caminho da Islândia à Groenlândia, a bússola era inútil. Somado a isso está o frenesi da flecha durante as tempestades magnéticas: o efeito é mais pronunciado quanto mais perto você está do pólo magnético. “O útero faz papel de bobo diante das rachaduras”, disseram os Pomors de Arkhangelsk, que chamam as luzes polares de “sulcos” (sua aparência apenas fala de uma tempestade magnética) e a agulha da bússola - “o útero”.
Esquema: Anatoly Lapushko / Chrdk.
Se não houver bússola, ela será guiada pelo sol e pela estrela do norte. Polaris aponta diretamente para o norte. O sol está sobre o ponto sul ao meio-dia. Em outras ocasiões, a posição do sul (e portanto do norte), observando o sol, é fácil de determinar com a ajuda de um relógio de sol. Esses dispositivos também foram encontrados em navios Viking.
Um exemplo simples. Em uma hora, o sol, como todas as estrelas, muda 15 graus devido à rotação da Terra em torno de seu eixo. Portanto, às 11 horas o sol, por exemplo, está 15 graus a leste do ponto sul. Se soubermos a hora, podemos pegar um relógio de sol, colocar a sombra do sol nas 11 horas e o número 12 apontará para o sul. Mas como você sabe que horas são? Apenas aproximadamente. Os vikings não tinham relógio de sol, por exemplo, uma ampulheta. Portanto, os pesquisadores concordam que os vikings (assim como as pessoas em geral na Idade Média) tinham um senso de tempo desenvolvido. Supostamente, mesmo em dias nublados, com foco na iluminação, eles poderiam determinar o tempo até a hora mais próxima.
Mas e se o sol não for visível? Este é um problema real para latitudes altas. Portanto, nas Ilhas Faroe, 220 dias por ano estão cheios de nuvens e apenas 2 dias por ano são completamente limpos. Nem o Sol nem a Estrela do Norte são freqüentemente visíveis. E, mesmo sabendo que horas são, você não vai conseguir se orientar. Não há sol, o que significa que não podemos colocar a sombra da “seta” do relógio de sol no setor desejado e descobrir a direção para o sul.
No entanto, os vikings eram guiados mesmo em dias nublados e não escondiam seu segredo. Abrimos a saga de São Olafe. “O tempo estava nublado e nevava. Santo Olaf […] pediu a Sigurd que lhe dissesse onde estava o sol. Sigurd pegou a pedra-do-sol, olhou para o céu e viu de onde vinha a luz. Então ele descobriu a posição do sol invisível."
Agora sabemos que o procedimento é descrito aqui como parecia na realidade. Quando você ler este texto até o fim, você mesmo aprenderá a ver através das nuvens. Mas os historiadores achavam que era um conto de fadas. Você nunca conhece itens mágicos nas sagas.
Uma foto da série de TV Vikings, onde Ragnar Lothbrok mostra a pedra-do-sol a seu irmão.
Em 1967, o arqueólogo dinamarquês Thorkild Ramskou sugeriu que a Pedra-do-Sol era um cristal de longarina islandesa. O cientista chamou a atenção para as incríveis propriedades ópticas desse mineral. Ele permite que você separe "apenas luz" e luz polarizada. Este último ajudou a encontrar o sol no céu, sugeriu Ramscoe. A verga islandesa é encontrada em abundância nas praias da Noruega e da Islândia - pegue-a e use-a.
Embora Ramscoe estivesse absolutamente certo e seu trabalho fosse frequentemente mencionado na literatura popular, ninguém sequer fez uma tentativa de verificar se a longarina islandesa era adequada para o papel de dispositivo de navegação e, o mais importante, não explicou como funciona exatamente. O próprio Ramscoe, um arqueólogo, não um físico, não conseguiu restaurar a tecnologia. Talvez o triste papel tenha sido desempenhado pelo fato de seu artigo ter sido publicado em dinamarquês. Além disso, os físicos a priori não confiam nos especialistas de outras disciplinas. O que um arqueólogo entende sobre polarização?
Tudo mudou no final dos anos 90, quando um navio que naufragou por volta de 1592 foi encontrado na costa de Alderney (Ilhas do Canal). E a bordo - mastro islandês, deitado ao lado dos instrumentos de navegação. O final do século 16 certamente não é a época dos vikings. No entanto, o que esta pedra está fazendo aqui? Essa descoberta já forçou seriamente os físicos a examinarem mais de perto as propriedades da longarina islandesa. As propriedades, é claro, eram conhecidas, mas não quando aplicadas a uma orientação de problema aplicada.
Em 2011 surgiu um artigo de uma equipa de investigadores que, tendo comprovado teórica e experimentalmente diversos métodos de orientação utilizando a longarina islandesa, optou por um (iremos descrevê-lo a seguir). E em 2013, foi publicado um estudo abrangente, onde o próprio cristal, encontrado por arqueólogos nos destroços de um naufrágio, foi exaustivamente estudado e, o mais importante, foi explicado o que ele fez no navio da era elizabetana. Acontece que os canhões do navio desviaram da agulha da bússola. Eles não sabiam como compensar esse desvio então. Portanto, a pedra mágica das sagas escandinavas veio a calhar.
Desde então, poucos duvidaram que os vikings usaram a longarina islandesa como orientação. Embora em alguns lugares as dúvidas continuem a soar: eles dizem que o método é complicado, é improvável que os "selvagens cabeludos" tenham pensado nisso. O autor dessas linhas fez um análogo ao dispositivo dos vikings e se convenceu: tudo é muito simples. Faça Você Mesmo. Mas primeiro, vamos descobrir como funciona.
Divida a realidade
Pegue um cristal islandês (em qualquer loja online custa 200-300 rublos). Não parece nada notável. Vidro e vidro.
Agora olhe para o mundo ao seu redor. Estranho, mas todos os itens parecem bifurcados. Vamos complicar a experiência. Pegue um ponteiro laser e atire o feixe de laser através do cristal. Milagre! Um raio entra no cristal e dois saem. Além disso, os raios que saem da pedra não divergem - eles vão em paralelo. A distância entre eles é de cerca de 4-5 mm, este parâmetro é chamado de curso. Vamos nos lembrar desse termo.
Em 1669, o explorador Rasmus Bartholin, que descobriu o estranho comportamento da luz em um cristal, ficou tão surpreso quanto você. Este fenômeno é denominado birrefringência. Um feixe de luz é chamado de comum, o outro de extraordinário. Lembra das instruções para o conjunto "Truques para alunos", mas, curiosamente, são termos científicos. A luz comum passa pelo cristal como se fosse um vidro. E o extraordinário se desvia disso por um raio de distância.
Como eles são diferentes? A questão é que o raio extraordinário está polarizado. O cristal islandês spar identifica o componente polarizado no feixe de luz e o separa. Ele classifica a luz como um ímã classifica a matéria sólida. Se você encostar um ímã em uma mistura de areia e limalha de ferro, ele pegará serragem, mas não prestará atenção aos grãos de areia.
Como um cristal separa a luz? Isso finalmente ficou claro apenas no final do século 19, quando James Maxwell formulou suas equações. Eu entendo que com as palavras das "equações de Maxwell" muitas pessoas têm um desejo irresistível de ir embora sob um pretexto plausível. E volte quando os vikings aparecerem no artigo novamente. Mas seja paciente um pouco mais.
Maxwell provou que a velocidade de fase da luz em um meio (ar, água, em todos os lugares) depende da constante dielétrica desse meio. Mas e se o meio for projetado de tal forma que sua constante dielétrica mude dependendo do vetor de oscilações do feixe? Isso é exatamente o que é spar islandês. Nele, a constante dielétrica é uma quantidade tensorial. Tal cristal diminuirá os feixes de luz com um pronunciado "modo" (predominância) de um plano de vibração sobre outro. E isso é luz polarizada! Em um cristal natural, a rede é organizada de forma que o feixe mais lento obtenha uma trajetória diferente. Você pode escolher a espessura do cristal quando a trajetória for igual (o feixe não se dividirá), mas o feixe de luz que sai da pedra será polarizado da maneira que o pesquisador precisa. Filtros polarizadores comerciais funcionam com este princípio: eles são usados por fotógrafos,para eliminar o brilho.
Spar islandês. Foto: ArniEin / wikimedia commons.
Polarização leva ao pólo
A luz do céu azul é fortemente polarizada devido ao espalhamento por átomos de oxigênio. O grau de polarização do céu é máximo a uma distância de 90 graus do sol. As nuvens desfocam a imagem da polarização, mas em geral ela permanece. Resta combinar esse fato e os superpoderes do cristal spar islandês.
"Eureka" encobriu os pesquisadores quando eles adivinharam pegar um pedaço de papelão, fazer um furo nele e olhar através do cristal não diretamente para o céu, mas para esse buraco.
O olho verá dois orifícios em vez de um. O truque é que os orifícios terão brilho desigual - um mais brilhante que o outro. Um feixe polarizado extraordinário não precisa ser tão forte quanto um feixe comum não polarizado. Mas, girando o cristal, o brilho pode ser igualado. Na linguagem dos físicos, isso é chamado de "ponto de despolarização". Assim, quando o brilho dos orifícios coincide, o cristal mostra sua diagonal "longa" ao sol.
Qual é o próximo? Digamos que, com a ajuda de um cristal, percebemos que o sol está nesta linha. Vamos pegar outro ponto do céu nublado e olhar através do cristal. Vamos pegar a segunda linha. Sua intersecção nos dará a posição do verdadeiro sol. Claro, você terá que “cruzar” as linhas mentalmente. A precisão não será muito alta. Mas ainda é melhor do que nada.
Porém, não precisamos do próprio sol, mas da ponta do sul. Vamos lembrar o que dissemos acima. Para orientação, você precisa saber aproximadamente as horas e entender onde o sol está. Os pesquisadores sugeriram que o marinheiro pegasse uma tocha acesa e ficasse do lado (em relação ao relógio de sol) onde, conforme mostrado pelo cristal, o sol está localizado. A sombra da mão do relógio de sol caiu onde a sombra do sol cairia. Resta, girando o relógio, combinar a sombra com o risco correspondente à hora atual e, finalmente, encontrar o sul.
O que um marinheiro precisa? Verifique se o navio está em curso. Digamos que segue 20 graus à esquerda do ponto sul. Comparando a posição do ponto sul e o rumo do navio, o capitão conclui como corrigir o rumo. Parece-nos que não se pode prescindir de dispositivos goniométricos. Na verdade, tudo - embora não muito preciso - é feito à mão. Assim como o pé e a passada se tornaram medidas de comprimento, a espessura do polegar em um braço estendido ou o tamanho angular do punho podem ser medidas de ângulos.
Com suas próprias mãos
Então, vamos tentar fazer nós mesmos um dispositivo Viking.
Não encontrei o cristal mais transparente do mundo. Mas com uma história: comprei-o em 1982 no balcão de um comerciante que fornecia minerais para alguns colecionadores soviéticos. Enrolei-o em um tubo de papelão enrolado às pressas. O cristal é irregular, mas o papelão alisou os cantos. Em uma extremidade do tubo, coloquei uma aba cortada de lata, na qual fiz um furo. Atenção aqui: o diâmetro do orifício deve ser um pouco menor que o caminho dos raios no cristal, caso contrário a imagem ficará borrada. No meu caso, o diâmetro ideal era de 2 mm.
Olhando para o telefone, não fiquei satisfeito, porque sou míope. As imagens do buraco ficaram borradas. Bem, pensei, é improvável que os vikings sofram dessa doença, então está tudo bem se eu corrigir a natureza. Peguei uma lente de um velho filmoscópio e inseri no tubo pelo lado do olho, focalizando o orifício. Muito melhor!
Saí com tempo bom. Peguei um ângulo de cerca de 90 graus em relação ao sol e vi claramente dois buracos azuis. Na verdade, seu brilho era diferente, a diferença era muito perceptível. Comecei a girar o tubo com o cristal em torno de seu eixo e, de repente, o brilho se nivelou. Para meu prazer indescritível, a diagonal "longa" do cristal apontava exatamente para o sol.
Repeti a experiência com tempo nublado. O efeito não foi tão pronunciado, porém, encontrei o sol sem dificuldade.
Esse "dispositivo" tem algum significado prático hoje? Dificilmente. Um smartphone geolocalização é muito mais eficiente. As pessoas se esqueceram até de usar uma bússola, e aqui estamos com nosso cristal. Mas este é um bom produto caseiro para um lazer tranquilo - para quem quer se juntar à magia viking, que na verdade é física.
Evgeny Arsyukhin
