Gamle optegnelser fortæller, at de frygtløse, søfarende vikinger, der opdagede Island, Grønland og til sidst Nordamerika, navigerede på deres vej over havene ved hjælp af landmærker, fugle og hvaler – og ikke så meget andet.
Der er heller ikke tvivl om, at vikingerne også brugte stjernernes position på nattehimlen og solens position i dagtimerne, når de skulle navigere. Arkæologer har også fundet noget, der ligner en slags solur, som vikingerne må have brugt til navigation.
Men uden magnetiske kompasser ville de, ligesom andre forhistoriske sømænd, have haft svært med at finde vej, når skyerne trak sig sammen og himlen ikke kunne ses.
De mystiske solsten
I de nordiske sagaer og andre kilder fortælles om en sólarsteinn – en ‘solsten’. Litteraturen afslører ikke, hvad den blev brugt til. Men det har udløst flere årtiers forskning, der har haft til formål at undersøge, om det kunne være en henvisning til et spændende navigationsredskab.
Teorien lyder, at vikingerne kan have brugt samspillet mellem sollyset og særlige krystaltyper til at navigere på åbent hav. Måske har metoden endda fungeret, selv når det var overskyet.
Hvis det er tilfældet, så opdagede vikingerne de grundlæggende principper for måling af polariseret lys – flere århundreder før de blev videnskabeligt forklaret.
Det er de principper, som i dag bruges til at identificere og måle forskellige kemikalier. Forskere er tæt på at kunne afgøre om, denne form for navigation overhovedet var mulig, eller om det bare er en lidt for fantasifuld teori.
Spredning og polarisation af lys
\ Fakta
Solstenen er en krystal, der kan rettes mod solen, når den står lavt mod horisonten (fra højde +30° til -7°) og i teorien bruges som en form for kompas. I denne position bliver solens stråler nemlig polariseret af Jordens atmosfære. Ved at opfange de polariserede stråler, vil krystallen optræde som en såkaldt analysator, der kan angive svingningsretningen af lysets stråler. Ved at holde solstenen mod lystrålen og dreje let vil lyset, der går igennem krystallen, skifte i intensitet. Den kraftigste vil fremkomme, når man har krystallen vinkelret mod solens polariserede stråler, mens lyset helt vil forsvinde ved 90° drejning af krystallen fra denne retning, og det vil betyde, at man da kan bestemme solens position. I moderne tid har lignende anordninger, i form af såkaldte ‘Sky Compasses’ og ‘Twilight Compasses’, været brugt ved flyvning i polarområderne. Her er det et kunstigt polaroid-filter, der anvendes i stedet for en krystal. Det vides ikke, hvor udbredt solstenen kan have været som navigationsinstrument i vikingetiden, men på grund af krystallets forholdsvis store sjældenhed er det sandsynligt, at de kun har været få forundt.
For at forstå, hvordan en solsten kunne have fungeret i praksis, er vi nødt til at forstå visse ting om den måde, som lys – og især sollys – kan blive påvirket på.
Lys fra solen bliver spredt og polariseret af atmosfæren. Det sker, når lys absorberes og udsendes igen med den samme energi af luftmolekyler og i forskellige mængder afhængigt af lysets bølgelængde.
Polarisation er en egenskab ved lyset, der hænger sammen med, hvordan lysbølgerne svinger. Upolariseret lys er kendetegnet ved, at lysbølgerne svinger i alle retninger. Reflektion eller spredning vil dog favorisere bestemte svingningsretninger; lyset bliver polariseret.
Den blå ende af lysspektret er spredt mere end den røde, som forklaret gennem en teori udviklet af den britiske fysiker Lord Rayleigh i det 19. århundrede (se faktaboks, red.). Spredningen af partikler i atmosfæren forklarer, hvorfor himlen forekommer blå.
Endnu vigtigere er, at de spredte lysbølger også til en vis grad bliver polariseret. Det betyder, at de vibrerer på ét plan snarere end i alle retninger på én gang.
Mængden af polarisation, en solstråle undergår, afhænger af dens vinkel i forhold til beskueren, og om lyset er blevet yderligere spredt af skyerne og andre partikler, der forårsager depolarisation.
Krystaller fra norge og Island deler lyset
Ved kysten i Norge og Island har man fundet krystallinske stykker af kalciumkarbonat også kaldet calcit eller islandsk dobbeltspat.
(Foto: Stephen Harding/The Conversation)
Når en calcitkrystal opfanger det polariserede sollys, sker der noget meget interessant. Calcit er stærkt dobbeltbrydende. Dobbeltbrydning indebærer, at en lysstråle, der passerer krystaller, deles i to stråler, en ordinær og en ekstraordinær.
Den ordinære stråle udbreder sig med samme hastighed i alle retninger og følger den almindelige brydningslov (Snells lov). Den ekstraordinære stråles hastighed afhænger derimod af retningen og følger ikke brydningsloven. De to stråler er planpolariserede med polarisationsretninger vinkelret på hinanden.
Det betyder, at genstande set gennem en calcit-krystal tydeligt ses dobbelt. Endnu vigtigere for vores formål er, at de to lysbølgers forskellige intensiteter afhænger af, hvordan det oprindelige lys er polariseret og af krystallens position og retning i forhold til lyskilden.
Turmalin og cordierit er krystaller med lignende egenskaber, men i modsætning til calcit, som deler lyset, er de begge stærkt dikroiske. Det betyder, at de absorberer én komponent af polarisationen stærkere end den anden.
Nord kan findes med disse sten
De dikroiske egenskaber er påvirket af, hvordan det oprindelige lys bliver polariseret og af krystallens position og retning i forhold til lyskilden.
Så i teorien kan søfarerne bruge måden sollyset passerer gennem en af disse krystaller, eller ‘solsten’, som en rettesnor til at estimere solens position.
Det gav vikingerne mulighed for at bestemme retningen af det geografiske nord – selv uden en forståelse af de videnskabelige principper bag disse fænomener.
Måske kunne de ikke se forskel
\ Fakta
Rayleigh-spredning, lysspredning, hvor lyset spredes elastisk, det vil sige uden frekvensændring, ved vekselvirkning med partikler, der er små sammenlignet med lysets bølgelængde. Det klassiske eksempel er sollysets spredning på atmosfærens molekyler. På grund af Rayleigh-spredningens stærke afhængighed af bølgelængden bliver den kortbølgede blå del af Solens spektrum spredt mere effektivt end den mere langbølgede røde del. Det er årsagen til, at himlen er blå. (Kilde: Den Store Danske)
Hvis vi nu antager, at vikingerne havde disse solstens-krystaller om bord på deres skibe, og endda vidste, hvordan de skulle bruge dem, så er spørgsmålet; ville de så kunne registrere forskellen i lyset? Og ville det være synligt og nøjagtigt nok (selv efter fejl og mangler i krystallerne og depolarisationen) til at kunne benyttes til at navigere efter, selv om det var overskyet?
Der findes en imponerende liste af publikationer om emnet. For nylig dukkede endnu en artikel op, som forsøger at finde svaret på netop dette spørgsmål. Det var i Royal Society Open Science.
Gabor Horvath og hans kolleger undersøgte, om de optiske signaler fra de tre forskellige krystaltyper ville være stærke nok til at blive opfanget, og om de med tilstrækkelig nøjagtighed kunne forudsige solens position på en overskyet himmel.
De simulerede solens placering og de betingelser, man i vikingetiden ville have fundet på rejse mellem Norge, det sydlige Grønland og Newfoundland.
Virker i klart og letskyet vejr
De fandt, at alle tre krystaller gav tilstrækkelige og nøjagtige signaler og god nøjagtighed i klart vejr, hvor polarisationen var høj.
I lettere overskyet vejr, hvor polarisationen var noget reduceret, men stadig relativt høj, virkede cordierit og turmalin bedre end calcit.
Kun meget ren calcit (uden optiske urenheder) havde et tilsvarende niveau som de to andre krystaller. Hvis sollys-polarisationen var meget lav, var calcit bedst til at forudsige solens position gennem skyerne. Og i mere overskyet vejr eller i tåge, blev fejlmålingerne for store for alle tre krystaller.
(Foto: Wellcome/WikiCommons)
Horvaths team undersøger nu ved hjælp af disse informationer, alle de andre fejl, der foretages i forudsigelsen af det geografiske nord position.
Et fund vil styrke teorien
Hvis metoden ikke virker under overskyet vejr, når man bruger krystaller med optiske urenheder, som der højst sandsynligt har været i de eksemplarer vikingern har haft adgang til, er hele teorien måske forkert. Og i klart vejr ville det have været nemmere bare at benytte kalibrerede solure.
Men hvis forskerne fastslår, at det var muligt at anvende solsten til at bestemme retningen af det geografiske nord, så lader det til at teorien holder.
Så behøver vi kun at finde et vikingeskib med en kalibreret solsten om bord for endelig at kunne bevise denne fascinerende teori. Og lige dét kan godt komme til at tage lidt tid.
Stephen Harding hverken arbejder for, rådfører sig med, ejer aktier i eller modtager fondsmidler fra nogen virksomheder, der vil kunne drage nytte af denne artikel, og har ingen relevante tilknytninger. Denne artikel er oprindeligt publiceret hos The Conversation.
Oversat af Stephanie Lammers-Clark
