古代維京人用太陽石定位不只是傳說

生活科學趣談

7月15日 Travel Channel  播出一集《追謎探險隊6 – 維京日長石》,提到古代維京人使用太陽石來定位的傳說

在公元980年,亦即在哥倫布發現美洲之前400多年,維京人就已經到達了北美洲的加拿大沿海地區。根據歷史考證,當時由 EricilRosso率領的帆船,從挪威的Bergen出發,先到達冰島然後抵達格陵蘭,最後來到加拿大的Labrador海岸。在那個沒有羅盤的年代,帆船行經這個高緯度的地區時,天空總是陰沉沉的,太陽常藏在雲霧的後方,夜晚也看不見星星。那麼維京人在這長途航行中是藉由何種方法來分辨方位呢?儘管學者長期以來一直認為維京人懂得使用會折射光線的水晶,靠著穿透濃厚的雲層來定位出太陽位置,但考古學家卻從未找到確鑿的證據。直到在Alderney島附近的一艘古沈船上找到一顆冰洲石(iceland spar),法國雷恩大學由Guy Ropars所領導的國際研究團隊於是認為或許已經找到了答案。他們認為維京人極有可能就是使用這種透明的冰洲石(方解石)來找出太陽的正確方位。他們解釋說,這種自然生成的晶石能夠當作偏振器,藉由過濾天空中的偏振光來定出太陽的方位。甚至當太陽完全在地平線下時,只要天空中尚有微弱的光線,也能準確測出太陽在地平線下的位置。2011年9月19:00到20:30他們每隔10分鐘測一次數據,日沒後所得的30個實驗觀測數據竟然與理論太陽方位角十分的接近,這些實驗結果證實了方解石可偵測出太陽的位置,縱使是在日落或日出前微光的情況下也可以。

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重點來了,知道太陽的方位與仰角之後,接下來要怎麼判斷北方的方向呢?當然這得配合日晷來判讀,在考古上發現的一塊”暮光之板“或可補足最後的這塊拼圖。問題是「太陽已經躲在雲後或是地平線下」是要如何使用日晷呢?一個可行方式是維京人或許會使用火炬從太陽那個方位與仰角(或俯角)來照射日晷,如此即可判斷出北方(俯角時日晷須倒放)。

最後,咱們來實際模仿一下這則影片38分以後所使用的方法:

1. 在方解石上貼兩條黑色膠帶,只留一小縫來透光。從方解石後方的膠帶可以確定是只留一條縫隙,但透過方解石為何會跑出兩條縫隙來呢?這是因為方解石是雙折射晶體,因此入射光會發生兩個不同方向的折射(註:若沿光軸入射則只有一條折射光)。其中一束遵守折射定律的稱為O光(Ordinary ray),另一束不遵從折射定律的稱為E光(Extraordinary ray),這兩束光都是偏振光,彼此的偏振方向相差90度。

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2. 以秋分時黃昏太陽即將西下的時刻而言,天空中會有一條因為瑞利散射所產生的強烈偏振光帶,它是從北方地平通過天頂到南方地平的半圓形偏振帶。

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此時若將方解石朝向北方地平附近來擺放,由於來自該處天空光線的偏振程度最明顯,因此轉動方解石就能看到兩條光束的光度有明顯的消長變化。當調整到兩條光束的光度相等時,狹縫的方向就能指向太陽的位置,也就是在此刻鏡頭左方90度的方位。

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