作者:晋楠 来源:中国科学报 发布时间:2018/4/18 9:37:06
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“海盗”的“指南针”
神秘晶体助维京航海者穿越北大西洋

千年以前,维京航海者可能用被称为“日长石”的晶体在挪威和格陵兰岛之间航行。

图片来源:BETTMANN/GETTY IMAGES

维京航海者曾连续几个世纪统治着北大西洋,勇敢地面对充满冰山的开放海域,他们会航行数千公里到达位于冰岛和格陵兰的聚居地,而所有这些都是在没有指南针的情况下完成的。尤其考虑到这片海域常常笼罩在浓厚的乌云和雾气之下,他们如何能完成这样的壮举一直困扰着科学家。现在,一个研究团队有了答案——基于计算机模拟和传说中的晶体。

数十年来,研究人员一直认为,神秘的“日长石”——在维京人的传说如“奥拉夫过往的传奇”中提到的东西,对于在没有太阳的天空下导航极为关键。传说中的日长石能够鉴别出太阳的位置,即便在它被云层遮挡时;然而,在现存为数不多的维京人遇难船只中却未发现类似的石头。“实际上,这些都是猜测。”英国诺丁汉大学生化学家,并未参加此项研究的Stephen Harding说。但他指出了日长石可能存在的证据,包括在一艘16世纪英国遇难船只的助航设备附近发现的一块粗糙的白色晶体。他补充说,它并没有什么不合理,英国航海者可能从维京人那里学到了航海技巧,因为维京人曾居住在同一片水域,并在几个世纪之前侵略过不列颠群岛。

用晶体导航并非新时代的胡言乱语。若干种矿石,特别是方解石、堇青石和电气石的超纯晶体,能够分开一束太阳光使其形成两个图像,其中偏振光的路径与主光束略有不同。通过这样的晶体观察天空然后旋转它,可让两个图像变得同样亮,即使在多云的天空下,也有可能发现环绕太阳的偏振光环。鉴别出太阳的位置将能给航海者在漫长的海上航程中提供一个确定的参考。

但这样的技术在实践操作中可行吗?匈牙利布达佩斯特罗兰大学生物物理学家Gábor Horváth说,此前的研究表明答案是肯定的。现在,他和同事Dénes Száz基于这些研究,将数据整合到挪威伯根和格陵兰岛东南岸的维京人定居点Hvarf之间的计算机模拟航行中。这样的航行是直接向西的,以典型的维京船速航行约需要3周时间(每小时约11公里)。

该团队模拟了春分(远海航季开始的推测时间)和夏至(北半球一年中白昼最长的一天)之间的3600次航行。另外,模拟只有3个变量因素:云层覆盖量(一天内会有变化)、日长石选用的晶体种类和海航者使用它们的频率。每当导航员参考太阳石时,模拟船就会根据需要调整航线。

当导航员每4小时读取一次读数时,船只到达格陵兰岛的次数在32%到59%之间。若每隔5到6小时读数,意味着船只登陆的可能性会大大降低。但研究人员近日在英国皇家学会《开放科学》杂志发表的报告中称,当海员在航行中以每隔3小时或更短的时间进行太阳石读数时,船只将会以92%到100%的准确性到达陆地。研究人员称,除了读数的频率之外,成功航行的另一个关键是用太阳石进行同样数量的上午和下午读数。(因为早晨的读数会导致船偏向北,而下午的读数会使它偏向南,有时会完全错过格陵兰岛。)

该团队研究的所有3种晶体(方解石,一种碳酸钙的形式;堇青石,一种富含铁和镁的硅酸盐;还有电气石,一种富含硼的硅酸盐)在每隔3小时或更短时间读数时都能发挥良好的作用。堇青石在成功航行中的得分最高。当每隔5至6小时读数时,被维京人称作“冰洲石”的方解石的表现比其他两种石头略差一些。

尽管如此,在北大西洋的危险海域,这样的石头工具仍然是极为珍贵的。“维京人是极出色的船舶制造者。”Harding说,“但如果迷失了方向,他们将会死亡。”具有讽刺意味的是,一些研究人员认为,最终经过格陵兰岛南部的维京探险者早在哥伦布之前就已经发现了美洲。(晋楠编译)

《中国科学报》 (2018-04-18 第3版 国际)
 
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