I Vichinghi utilizzarono ‘pietre solari’ di cristallo per scoprire l'America?

Traduzione da The Conversation. Autore Stephen Harding, Professore di Biochimica applicata, Università di Nottingham
Antichi documenti ci raccontano di come gli intrepidi navigatori vichinghi (che scoprirono l'Islanda, la Groenlandia ed infine il Nord America) navigarono utilizzando punti di riferimento, uccelli e balene, e poco altro. Ci sono pochi dubbi sul fatto che i marinai vichinghi avrebbero utilizzato pure la posizione notturna delle stelle e quella del sole durante il giorno, e gli archeologi hanno scoperto quella che sembra essere una meridiana vichinga per la navigazione. Ma senza bussole magnetiche, come tutti gli antichi marinai avrebbero avuto difficoltà a ritrovare la strada al passaggio delle nubi.
Ad ogni modo, vi sono anche diversi resoconti nelle saghe nordiche e in altre fonti di una sólarsteinn, “pietra solare” (NdT: “sunstone” in Inglese). La letteratura non dice per che cosa fosse utilizzata, ma il tema ha scatenato decenni di ricerche che hanno indagato se non si trattasse di un riferimento a una forma affascinante di strumento per la navigazione.
L'idea è che i Vichinghi possano aver utilizzato l'interazione della luce solare con particolari tipologie di cristallo per creare un aiuto per la navigazione che possa aver funzionato persino in condizioni di cielo coperto. Questo avrebbe significato che i Vichinghi scoprirono i principi base della misura della luce polarizzata secoli prima che questa fosse spiegata scientificamente (e che sono oggi utilizzati per identificare e misurare diverse sostanze chimiche). Gli scienziati si stanno ora avvicinando a stabilire se questa forma di navigazione possa essere stata possibile, o se si tratta solo di una teoria fantasiosa.

Dispersione e polarizzazione

Per comprendere meglio come questo può aver funzionato, abbiamo bisogno di comprendere alcune cose sul modo con cui la luce, e in particolare la luce solare, può essere influenzata. La luce che viene dal sole è dispersa e polarizzata dall'atmosfera. Questo avviene quando la luce è assorbita ed emessa nuovamente con la stessa energia delle molecole nell'aria e per diversi valori, sulla base della lunghezza d'onda della luce. L'estremità blu dello spettro della luce è dispersa più del rosso, come si spiega nella teoria sviluppata dal fisico britannico Lord Rayleigh nel diciannovesimo secolo. La dispersione per particelle nell'atmosfera spiega perché il cielo appaia blu.
Più importante è che le onde di luce dispersa siano pure polarizzate fino a una certa estensione. Questo significa che vibrano in un piano piuttosto che in tutte le direzioni al contempo. Il valore della polarizzazione subito da un raggio di luce solare dipende dal suo angolo per l'osservatore e dal fatto che la luce sia stata ulteriormente dispersa da nuvole e altre particelle che causano depolarizzazione.
Lungo la linea costiera della Norvegia e dell'Islanda si trovano frammenti cristallini di carbonato di calcio noti come calcite o spath d'Islanda (NdT: silfurberg in Islandese, Iceland spar in Inglese). Quando la luce solare polarizzata entra in un cristallo di calcite, avviene qualcosa di molto interessante. La calcite è fortemente birifrangente, il che significa che divide la luce che la attraversa in diverse direzioni e con diverse intensità, anche se l'intensità totale sarà costante.
Questo significa che gli oggetti visti attraverso un cristallo di calcite appaiono come doppi. Ciò che più conta per i nostri scopi, la differenza tra le due onde luminose dipende da come la luce originale è polarizzata e dalla posizione e orientamento del cristallo rispetto alla fonte di luce.

La tormalina e la cordierite sono cristalli con proprietà simili, eccetto per il fatto che invece di dividere la luce come la calcite, sono fortemente dicroiche. Questo significa che assorbono una componente della polarizzazione più fortemente dell'altra. Ancora una volta, le proprietà dicroiche dipendono da come la luce originale è polarizzata e dalla polarizzazione e dall'orientamento del cristallo rispetto alla fonte di luce.
Così, e almeno in teoria, l'esame di come la luce solare passava attraverso uno di questi cristalli – e con appropriata calibratura – potrebbe essere utilizzato come guida per marinai al fine di stimare la posizione del sole. Questo potrebbe allora permettere loro di determinare la direzione del nord geografico – persino senza comprendere i principi scientifici dietro questi fenomeni.
Se avanzassimo l'enorme supposizione che i Vichinghi possedevano questi cristalli/pietre solari a bordo delle loro navi e, ciò che più conta, sapessero cosa farci, la domanda sarebbe: la differenza nella luce sarebbe stata percettibile ai loro occhi? E sarebbe stata percettibile con sufficiente accuratezza (dopo errori causati dalle imperfezioni nei cristalli e dalla depolarizzazione), da essere usata come aiuto per la navigazione persino in condizioni di cielo coperto?

Verifica della teoria

L'ultima in un impressionante elenco di pubblicazioni recentemente comparse sull'argomento su Royal Society Open Science ha cercato di rispondere esattamente a questa domanda. Gabor Horvath e i suoi colleghi hanno guardato alla possibilità che i segnali ottici da queste tre tipologie di cristallo fossero sufficientemente forti da essere percettibili e con sufficiente accuratezza da predire la posizione del sole sotto un cielo coperto.
Per fare questo, hanno simulato le condizioni, posizione del sole compresa, di un viaggio vichingo tra Norvegia, Groenlandia meridionale e Terranova. Hanno scoperto che con un cielo limpido, col quale il grado di polarizzazione è alto, tutti e tre i cristalli mostravano sufficiente segnale e buona accuratezza. In condizioni di leggera nuvolosità, con le quali il grado di polarizzazione era in qualche modo ridotto ma sempre relativamente alto, cordierite e tormalina funzionavano meglio della calcite.
Solo la calcite molto pura (con le impurità ottiche rimosse) aveva prestazioni a un livello simile a quello degli altri due cristalli. Se la polarizzazione della luce solare era molto bassa, la calcite sembrava dare i risultati migliori nel predire la posizione del sole attraverso le nuvole. E in condizioni di cieli molto nuvolosi o di nebbia, gli errori di misurazione diventavano troppo alti per tutti e tre i cristalli.
La squadra di Horvath sta ora guardando ad ulteriori errori nella predizione della posizione del nord geografico, utilizzando queste informazioni. Se il metodo non funzionerà in condizioni di cielo nuvoloso utilizzando la tipologia di cristalli imperfetti che i Vichinghi avranno probabilmente posseduto, l'intera teoria sarebbe probabilmente sbagliata. E nei giorni di cielo limpido, sarebbe stato più semplice utilizzare meridiane calibrate.
Ma se i ricercatori stabiliscono che le pietre solari possono essere state accuratamente utilizzate per determinare la direzione del nord geografico, allora l'idea sembrerà praticabile. Tutto quello che resterebbe quindi, per provare finalmente questa affascinante teoria, sarebbe di trovare una nave vichinga con una pietra solare calibrata al suo interno. Per quello, ad ogni modo, potrebbe volerci del tempo.
Traduzione da The Conversation. The Conversation non è responsabile dell’accuratezza della traduzione.