冰山、云层和大雾,对于维京人而言,要从挪威前往他们的殖民地冰岛和格陵兰岛的海路上面临着重重的困难。然而,在没有磁性指南针的情况下,维京的海员依旧完成了这项壮举,并统治了北大西洋300年之久(公元900年-1200年)。他们究竟是如何做到的?长期以来这个问题一直困扰着科学家。现在,借助计算机的模拟和传说中的晶体,我们正在接近答案。
几十年来,研究人员一直认为,在诸如“奥拉夫国王的传奇”之类的维京传说中提到的神秘“太阳石”,是阴天中指引船员继续航行的关键。即使是在太阳被遮挡的情况下,这种传说中的太阳石也能够精确导航,识别出太阳的位置。可惜的是,在现有的少数维京沉船中并没有发现类似的石头。但有间接证据表明太阳石的存在,比如在16世纪的英国沉船中发现了一种粗糙、发白的晶体。
这是有可能的,因为英国的水手们可能从维京人哪里学到了航海技巧。这些维京人在几个世纪之前就穿过了同样的海域并袭击了不列颠群岛。
利用晶体导航并非是不可能的事。自然界中,有几种不同类型的矿物——特别是方解石、堇青石和电气石的超纯晶体——可以将穿过的光线分裂成两束光,并投射出两个影像,而且偏振光的传播路径与主光束略有不同。航海员可以通过这种晶体观测天空,然后慢慢地旋转它,直到这两幅图像同样明亮,那么即使在多云的天空下,也有可能发现环绕太阳的偏振光环。在漫长的航海之旅中,识别出太阳的位置将为海员们提供一个确定的参考点。
问题是,这种技术在实践中奏效吗?至少先前的研究表明,答案是肯定的。生物学家Gábor Horváth和Dénes Száz在这些研究基础上,将位于挪威的Bergen和维京人在格陵兰的东南沿海的殖民地Hvarf之间的航行数据纳入计算机模拟。这样的航行是向西的直航,在典型的维京船速下(大约11公里每小时),航行时间需要大约3周。
该团队模拟了在春分(假定开始的公海旅行季节)和夏至(北方一年中最长的一天)期间的上千次航行。另外,模拟的变化只基于三个因素:云层覆盖的数量(在一天中的变化)、被用作为太阳石的水晶类型、以及海员们使用它们的频率。每当海员使用太阳石时,模拟船只会根据需要调整航向。
当海员使用太阳石导航的频率为每4小时一次时,所有航行的导航成功率介于32%和59%间。
如果导航周期为5或6小时,意味着船只登陆的几率大大降低。但是,如果海员使用太阳石导航的周期为3小时或更短时间时,无论是在春分还是夏至,导航的成功率高达92%和100%之间。研究人员将这一最新结果发表在《皇家学会开放科学》。研究人员还表示,除了导航频率之外,上午和下午读取太阳石的次数相同也是成功航行的关键。
(这是因为早晨的使用频率可以导致船只向北偏移太远,而下午的使用频率会导致向南偏移太远,有时甚至会错过格陵兰岛。)
研究小组模拟了三种晶体,分别是方解石(一种碳酸钙)、富含铁和镁的硅酸盐的堇青石、和富含硼的硅酸盐的电气石,发现它们均在3小时或更短的时间内表现优异。其中,堇青石表现的最完美。而在5到6个小时的导航频率中,维京人熟知的“冰岛晶石”——方解石,表现得比其它两种类型的晶体略逊一筹。
在北大西洋的危险海域,这样的工具是非常宝贵的。没人知道维京人是否真的使用过这种方法。但如果有,他们可以将其精确地运用于导航。未来研究人员将考虑各种自然环境因素的影响,进一步探索在导航周期为1-3小时下,维京人是否能够顺利地横穿北大西洋。