Vikingové, legendární skandinávští dobyvatelé, obchodníci, piráti, ale především zkušení mořeplavci v 9. a 10. století obsadili velkou část Britských ostrovů, usadili se na pobřeží Grónska a Islandu a dokonce někdy koncem 10. nebo počátkem 11. století se doplavili pod vedením Leifra Eiríkssona, syna Erika Rudého, až k pobřežím Newfoundlandu. Museli tedy po širém moři plout tisíce kilometrů bez pevniny v dohledu a orientovat se za každého počasí. Jak to dokázali? Když bylo jasno, tak pomocí polohy hvězd a pohybu Slunce po obloze. Pravděpodobně si všímali i jiných, v současnosti nepodstatných znamení, jako směr letu ptáků, migračních tras velryb, různých typů oblačnosti jež se tvoří nad pevninou a pod. Ale co když nastaly dny zahalené do mlhy nebo s oblohou zataženou oponou hustých mraků a na obzoru ani živáčka? Za takových podmínek noční plavba bez kompasu může být zoufalým blouděním, pokud se navíc i mění vítr.
Přes den ale Slunce, i když skryté za mraky, jisté řešení přece jen nabízí. A tím je polarizace atmosférou procházejícího světla, kterou způsobuje takzvaný Rayleighův rozptyl. Elektrická složka světla, tedy elektromagnetického záření, o vhodné vlnové délce vyvolá vibrace molekul plynu a ty jsou pak zdrojem záření s rovinou polarizace kolmou na směr původního paprsku. Jestli jde o vertikální, nebo horizontální polarizaci závisí od směru rozptylu, ale většina světla po přůchodu atmosférou je polarizována horizontálně.
(Pozn.: Vzhledem na svou velikost rozptylují molekuly atmosférických plynů, včetně páry, tedy molekul vody, zejména složky s kratší vlnovou délkou, kterou vnímáme jako modré světlo. Proto je Země „modrou planetou“.)
Vědci již před téměř půlstoletím přišli s dvěma navzájem si neodporujícími teoriemi, kterými se snaží vysvětlit, jak se Vikingové orientovali na otevřeném moři za špatného počasí. Podle jedné představy byli bájní seveřané schopni z rozdílu jasu oblohy určit přibližnou polohu Slunce i když ho kvůli mlze a mrakům neviděli. S tím ale nesouhlasí Ramón Hegedüs a Gábor Horváth, dvojice maďarských vědců, donedávna kolegů z Fyzikálního ústavu University Loránda Eötvöse v Budapesti. Teď již Ramón dělá vědu ve španělské Gironě. Oba nejdřív fotoaparátem s objektivem rybí oko pořídili mnoho záběrů celé oblohy do různé míry pokryté oblačností. Pak do testů zapojili dobrovolníky z Maďarska, severního Německa a Islandu a požádali je, aby na snímcích určili kde je Slunce. Výsledky prý metodu vizuálního určování jeho polohy podle světlejších náznaků zpochybňují a maďarským vědcům poskytují argument, že pro námořní navigaci nemohla být dostatečná.
Nepochybně i proto, že oni sami jsou zastánci druhé teorie, která předpokládá, že Vikingové při navigaci využívali některé minerály fungující jako polarizační filtr. Pomocí nich lze prý zjistit rovinu polarizace běžného denního světla a tím poměrně přesně určit kterým směrem je za oblaky ukryté Slunce.
Tato téměř mystická představa má své kořeny ve vikingské legendě o Sigurdovi. Podle ní když jednou byla obloha dlouho beznadějně zatažená a nikdo nedokázal najít jasnější oblast naznačující polohu Slunce, král Olaf se na to zeptal vikingského hrdiny Sigurda. Ten polohu Slunce určil a král pomocí „slunečního kamene“ ověřil, že se nemýlí.
Tímto tajemným kamenem, jestli vskutku existoval, by mohl být například krystal turmalínu, nebo cordieritu, zejména jeho průsvitná modrá polodrahokamová odrůda iolit. A mohlo by jít také o dvojlomný kalcit, známý i pod jménem islandský vápenec. Pro první dva minerály, jež jsou ve Skandinávii běžné, je typický pleochroismus – schopnost měnit barvu v závislosti od směru polarizovaného světla, které krystalem prochází. Krystaly se tak chovají jako nedokonalé polarizační filtry. Natáčením průhledného klencového krystalu kalcitu lze také určit směr polarizace světla. Video pod článkem znázorňuje obrácenou situaci, kdy rotací filtru nad krystalem se vyselektuje záření polarizované jedným směrem a pak směrem kolmým.
Gábor Horváth se výzkumu polarizace denního světla za různých povětrnostních podmínek a v různých zeměpisných šířkách věnuje přes deset let. Již v roce 1999 uskutečnil měření na severu Finska a v roce 2005 se měsíc s polarimetrem a v doprovodu švédské bioložky Susanne Åkesson z University v Lundu plavil v oblasti Severního ledového oceánu na palubě švédského ledoborce Oden. Výsledky meření publikovali v roce 2007 v odborném časopisu Proceedings of Royal Society A. Včerejší vydání Philosophical Transactions of the Royal Society B (Biological Sciences) přináší jakousi rekapitulaci starších výsledků doplněnou o několik nových. Experimenty přímo s minerály jako navigačními pomůckami autoři zmiňují jen v čase budoucím, tedy že se jim hodlají věnovat. Uvádějí jen způsob, jak by takové měření mělo na moři fungovat, ale to je přes čtyřicet let starý „návod“ jistého dánského archeologa, který vycházel z funkce slunečního gnómonu. Že by to vskutku za ta léta měření polarizace přístrojem a fotografování oblohy speciální kamerou neprověřili?
A tak těžko říci, o jakém „slunečním kamenu“ vikingská sága mluví a dokud archeologové nenajdou pádné důkazy, pak žádná další sofistikovaná měření polarizace tuto teorii nepotvrdí. Vše se ale může stát zajímavou inspirací pro ty, kteří vlastní mineralogickou sbírku a v ní vhodný krystal například dvojlomného kalcitu, případně průsvitného turmalínu. Nepotřebují přesný polarimetr, na určení směru k Slunci i za špatného počasí stačí použít kompas a obrácenou metodu určování severu podle hodinek. Nebo obyčejnou zkušenost, kde se v danou hodinu Slunce nad známým obzorem právě nachází. A pak zkoumat, co na to „řekne“ minerál.
Se sadou vhodných krystalů, s trochou praxe a po sérii systematických pokusů se tak k pravděpodobné odpovědi můžete dopracovat blíže, než vědecké kapacity. Vikingové neměli ani kompas, ani polarimetr a ani příslušné fyzikální znalosti. Jenom poznávali drsné prostředí, ve kterém žili a dobyvatelská snaha je vedla k mnohým dalším obdivuhodným empirickým zkušenostem.
Video: Když nepolarizované světlo prochází krystalem kalcitu pod nějakým nenulovým úhlem vůči jeho optické ose, složka s polarizací kolmou na tuto osu se lomí podle standardních zákonitostí, zatímco složka s polarizací s ní rovnoběžnou se lomí pod jiným úhlem (daným úhlem dopadu a rozdílem indexů lomu obou polarizovaných složek). Natáčení polarizačního filtru propouštějícího jenom světlo polarizované v jeho optické ose odhalí, co se v krystalu pod ním děje.
Zdroj: Horváth, G. et al. Phil. Trans. R. Soc. B 366, 772-782 (2011), Nature News
Diskuze:
