Исландский шпат: кристалл, положивший начало геометрической оптике

Исландская сага X века содержит подробности путешествий викингов. В них описывается таинственный «солнечный камень», который скандинавские мореплаватели использовали для определения местоположения Солнца, причем его можно было использовать даже в облачную погоду.

Это исландский шпат, ранее известный как исландский хрусталь, прозрачная разновидность кальцита (кристаллизованного карбоната кальция). Учтите, что свет от Солнца (как и от лампочки) неполяризован. Она состоит из двух компонентов: электрической волны и магнитной волны, которые распространяются во всех направлениях, но в плоскостях, перпендикулярных направлению распространения волны. Если поместить фильтр на пути света так, чтобы электрическая составляющая могла распространяться в одном направлении, то вы получите поляризованный свет.

Исландские кристаллы на красном фоне, источник фото: pxhere.com

Одним из таких фильтров является «Исландский кристалл». Встречается в виде крупных кристаллов, легко раскалывающихся на ромбы. Исландский шпат, используемый в качестве фильтра, позволяет лучу света, испускаемому Солнцем, разлагаться при прохождении через его тело. Происходит распространенное явление двойного лучепреломления, называемое двупреломлением. Таким образом, предметы, рассматриваемые через этот кристалл, будут казаться двоящимися.

Насколько полезен был этот кристалл для викингов?

Исследователи изучили кусок исландского шпата, обнаруженный на борту затонувшего в 1592 году корабля елизаветинской эпохи. Они обнаружили, что перемещение кристалла в поле зрения и из него приводит к появлению характерного узора из двойных точек, выровненных по направлению к Солнцу.

Нам осталось сделать всего два пояснения, прежде чем мы поймем, как действовали викинги и почему они стали покорителями морей. Первый относится к тому факту, что наблюдение связано с определенными особенностями глаза (энтопическое явление). Движение хрусталика зависит от чувствительности центральной ямки — места на сетчатке, где изображение выглядит наиболее четко.

Исландские кристаллы, источник фото: flickr.com

А теперь представим, что мы находимся в северных морях и плывем на одном из кораблей вместе с завоевателями-викингами. Сейчас пасмурный день или сумерки. В те времена было трудно ориентироваться без света и положения Солнца. Викинг на дежурстве берет исландский кристалл и смотрит через него на небо, происходит явление двойного лучепреломления. Он вращает кристалл до точки, в которой преломленные лучи имеют одинаковую силу. Он позаботился о том, чтобы в солнечный день на корпусе кристалла была нанесена метка. Он скорректирует курс судна в соответствии с разницей между этими ориентирами.

Именно так викинги смогли открыть новые территории, а исландский хрусталь в те времена был бесценным компасом.