Здравствуйте, наши отважные исследователи! В первых двух частях «Когда Легенды Становятся Реальностью» мы подробно изучали волшебный артефакт, при помощи которого древние викинги определяли местоположение Солнца.
Давайте снова вспомним цитату из старинной легенды «Прядь о Раудульве»:
…На утро, конунг Олав позвал к себе хозяина Раудульфа и его сыновей. Погода стояла плохая, шел сильный снег, как и предсказывал старший сын Раудульфа, Сигурд. Конунг послал человека выглянуть наружу, и тот не увидел на небе ни единого просвета. Тогда Олав спросил у Сигурда, насколько высоко поднялось солнце. Услышав ответ, конунг приказал принести солнечный камень и убедился, что всё было именно так, как и сказал сын Раудульфа…
Мы вместе разобрались, что исландский шпат (который древние гордо именовали «солнечный камень») обладает свойством двойного лучепреломления, характеристики которого, в свою очередь, напрямую зависят от световой поляризации. Итак, настало время для решающего шага — давайте снимем наши любимые «Ролексы», «Тиссо» и «Патек Филиппы», возьмем в руки по солнечному камню и научимся измерять время по местоположению Солнца даже в самую ненастную погоду!
Небосвод
Солнечный свет, в целом, не обладает поляризационной характеристикой. Любопытно, что если вы измерите один луч, то обнаружите, что он поляризован. Однако все лучи, проходящие через одну конкретную точку, поляризованы во всех возможных направлениях, и как результат, «уравновешивают» друг друга. Тем не менее, небо частично поляризовано, благодаря, в числе прочего, и частицам воды.
Поляризационная схема атмосферы довольно сложна и зависит от множества факторов: местоположения солнца, влажности, облачности и многого другого. Но, в целом, небосвод поляризован под углом 90 градусов к солнцу.
Солнечный камень, в определенном смысле, действует как детектор полярности. Благодаря двойному лучепреломлению, один из его выходных лучей усиливается в зависимости от полярности входного луча. Таким образом, измеряя небесную полярность и пользуясь вышеприведенными картами, мы можем определить, где находится Солнце в данный момент. Да, пользоваться солнечными камнями непросто, но вполне возможно. Ниже я хочу поделиться способом, который у меня сработал.
Оберните Солнечный камень непрозрачным материалом, например бумагой. Оставьте одну сторону открытой, а на противоположной стороне сделайте маленькое отверстие. Направьте свет на это отверстие, и с открытой стороны (о, чудо!) вы увидите две точки света. Это — два луча с разной поляризацией и, соответственно, с разными углами преломления. Поскольку внутри моего камня есть некоторые изломы, лучи получились зеркальными, и я обычно видел четыре точки вместо двух. Но идею вы поняли.
Поскольку измерение поляризации неба требует недюжинных навыков, при этом поляризовано оно только частично, я использовал вместо этого свой ноутбук с сильно поляризованным ЖК-дисплеем (со смартфоном тоже должно получиться). К сожалению, мои эксперименты с небом в облачный день дали пока малоубедительный результат; вероятно, из-за частичной поляризации небосвода. Изломы в моем камне тоже, мягко говоря, не помогали. Впрочем, все эти погрешности были логичным результатом отсутствия у меня соответствующего опыта.
Более убедительными были мои эксперименты с LCD экраном. Глядя сквозь камень на экран, я увидел четыре точки света, когда поляризация была максимальной. Вращая камень попеременно по и против часовой стрелки, я видел разную пару точек в каждом направлении. В конечном итоге, у меня получилось определить поляризацию экрана (по аналогии с тем, как я раньше тестировал 3D-очки).
Другими словами, метод работает. А значит, при постоянной практике можно научиться определять местоположения Солнца даже в самые облачные дни и при сильном тумане.
Интересно отметить, что в 40-х годах был разработан небесный компас, позволяющий определять месторасположение солнце на том же принципе (и это без всякой связи с солнечным камнем викингов). Он может определить местонахождение Солнца «в сумерках, когда солнце находится на несколько градусов ниже горизонта, а также когда область неба, содержащая солнце, покрыто облаками, но при условии, что на небе есть чистый от облаков участок. Небесный компас необходим, когда солнечный компас и секстант не могут быть использованы. Поскольку степень поляризации света небосвода максимальна под прямым углом к падающему лучу солнечного света, компас наиболее точен в полярных регионах. Там он наиболее полезен из-за большой продолжительности сумерек». [1-2] Обратите внимание, что участок чистого неба можно обнаружить чаще ближе к горизонту (даже в облачные дни).
Двойное лучепреломление было обнаружено и описано датским ученым Расмусом Бартолином в XVII веке. Впрочем, объяснить это явление удалось лишь в XIX века, то есть спустя минимум лет семьсот после эпохи викингов. Но, конечно, это не означает, что люди не могли использовать это явление раньше, даже не понимая всей научной основы.
Поляризация — это наше шестое чувство?
Хотя даже сама концепция поляризации света является сложной для нас, многие животные превосходно чувствуют поляризованный свет. Это и разнообразные виды насекомых, и ракообразные, и даже летучие мыши. Однако и человечество не должно чувствовать себя ущербным. В каком-то смысле, ощущение поляризации — это наше шестое чувство! Более того, есть немалое число людей, которые четко видят поляризацию. Эту особая способность была впервые описана австрийским минералогом и геологом Вильгельмом Карлом фон Хайдингером в 1844 году. Так называемая «щётка Гайдингера» — это оптический феномен, когда наблюдатель видит желтоватые песочные часы с синими точками при взгляде на яркий фон. Угол поляризации виден как размытое и слабое изображение, с расплывчатыми концами (отсюда название «щётка»). Естественно, что «щетку» нельзя сфотографировать на камеру, потому что она образуется самим глазом. Так почему мы можем видеть поляризацию? Ученые пока не имеют точного ответа на этот вопрос [3]. Впрочем, считается, что причина кроется в особой глазной аномалии, а именно в дихроизме ксантофиллового пигмента жёлтого пятна сетчатки глаза, благодаря которому свет при разных углах поляризации имеет разное поглощение.
Увидеть это «чудо» довольно сложно и требуется немало сил и времени; впрочем, эти затраты того стоят [4]. Я использовал ЖК-экран ноутбука, сконцентрировав свой взгляд на белом экране и поворачивая его на 90 градусов. Смартфоны также можно использовать (кроме OLED), но обратите внимание, что их поляризацию можно увидеть, в отличие от ноутбуков, только под углом 45 градусов.
Мы, возможно, никогда не узнаем, какая же сила позволила Сигурду определить местоположение солнца — шестое чувство, глазные аномалии или длительные тренировки, позволившие увидеть «щётку Хайдингера» и определить поляризацию небосвода во время метели. Но факт остается фактом, сын Раудульва дал точный ответ, а замер с помощью солнечного камня подтвердил его правоту. А для нас это еще одно подтверждение классической истины: «Сказка — ложь, да в ней намек, добрым молодцам (и красным девицам) — урок!» В следующий раз, когда вы прочитаете старинную легенду или детскую сказку, попробуйте задаться вопросом: а какие из описанных чудес могут быть реальными, даже если мы еще не знаем, как оно работает и в чем принцип?
Верите ли вы в волшебство? Ну, после всего этого, я начинаю верить!
[1] National Bureau of Standards. Technical News Bulletin. May 1949 – Sky Compass. https://babel.hathitrust.org/cgi/pt?id=uiug.30112007624197&view=1up&seq=357
[2] Polarization.com http://www.polarization.com/viking/viking.html, http://www.polarization.com/haidinger/haidinger.html.
[3] The polarization sense in human vision. Albert Le Floch, Guy Ropars, Jay Enoch, Vasudevan Lakshminarayanan. Vision Res. 50 (20): 2048–2054. 2010. https://doi.org/10.1016/j.visres.2010.07.007
[4] Celestial polarization patterns sufficient for Viking navigation with the naked eye: detectability of Haidinger’s brushes on the sky versus meteorological conditions Gábor Horváth, Péter Takács, Balázs Kretzer, Szilvia Szilasi, Dénes Száz, Alexandra Farkas and András Barta. https://royalsocietypublishing.org/doi/full/10.1098/rsos.160688
Featured image by Al Seeger from Pixabay.
Статьи по теме: