千年之前，維京人何以稱霸北大西洋？

GUESTS FROM OVERSEAS。|圖片來源：NICHOLAS ROERICH

冰山、雲層和大霧，對於維京人而言，要從挪威前往他們的殖民地冰島和格陵蘭島的海路上面臨著重重的困難。然而，在沒有磁性指南針的情況下，維京的海員依舊完成了這項壯舉，並統治了北大西洋300年之久（公元900年-1200年）。

他們究竟是如何做到的？長期以來這個問題一直困擾著科學家。現在，藉助計算機的模擬和傳說中的晶體，我們正在接近答案。

幾十年來，研究人員一直認為，在諸如「奧拉夫國王的傳奇」之類的維京傳說中提到的神秘「太陽石」，是陰天中指引船員繼續航行的關鍵。即使是在太陽被遮擋的情況下，這種傳說中的太陽石也能夠精確導航，識別出太陽的位置。

可惜的是，在現有的少數維京沉船中並沒有發現類似的石頭。但有間接證據表明太陽石的存在，比如在16世紀的英國沉船中發現了一種粗糙、發白的晶體。這是有可能的，因為英國的水手們可能從維京人哪裡學到了航海技巧。這些維京人在幾個世紀之前就穿過了同樣的海域並襲擊了不列顛群島。

利用晶體導航並非是不可能的事。自然界中，有幾種不同類型的礦物——特別是方解石、堇青石和電氣石的超純晶體——可以將穿過的光線分裂成兩束光，並投射出兩個影像，而且偏振光的傳播路徑與主光束略有不同。航海員可以通過這種晶體觀測天空，然後慢慢地旋轉它，直到這兩幅圖像同樣明亮，那麼即使在多雲的天空下，也有可能發現環繞太陽的偏振光環。在漫長的航海之旅中，識別出太陽的位置將為海員們提供一個確定的參考點。

方解石，或許是維京傳說中的「太陽石」。|圖片來源：ARNIEIN/WIKIMEDIA COMMONS

問題是，這種技術在實踐中奏效嗎？至少先前的研究表明，答案是肯定的。生物學家Gábor Horváth和Dénes Száz在這些研究基礎上，將位於挪威的Bergen和維京人在格陵蘭的東南沿海的殖民地Hvarf之間的航行數據納入計算機模擬。這樣的航行是向西的直航，在典型的維京船速下（大約11公里每小時），航行時間需要大約3周。

該團隊模擬了在春分（假定開始的公海旅行季節）和夏至（北方一年中最長的一天）期間的上千次航行。另外，模擬的變化只基於三個因素：雲層覆蓋的數量（在一天中的變化）、被用作為太陽石的水晶類型、以及海員們使用它們的頻率。每當海員使用太陽石時，模擬船隻會根據需要調整航向。

從挪威Bergen前往格陵蘭Hvarf的兩個極端的例子。在春分期間，維京人利用方解石來分析天空的偏振。在1000次航行模擬中，如果導航頻率為每1小時一次時，所有的船隻都成功（綠色）地抵達格陵蘭海岸（a）。然而，如果導航頻率為每6小時一次，在1000次的航行中，只有9次是成功的，還有991次失敗（紅色）。|圖片來源：[1]

當海員使用太陽石導航的頻率為每4小時一次時，所有航行的導航成功率介於32%和59%間。如果導航周期為5或6小時，意味著船隻登陸的幾率大大降低。但是，如果海員使用太陽石導航的周期為3小時或更短時間時，無論是在春分還是夏至，導航的成功率高達92%和100%之間。研究人員將這一最新結果發表在《皇家學會開放科學》[1]。研究人員還表示，除了導航頻率之外，上午和下午讀取太陽石的次數相同也是成功航行的關鍵。（這是因為早晨的使用頻率可以導致船隻向北偏移太遠，而下午的使用頻率會導致向南偏移太遠，有時甚至會錯過格陵蘭島。）

研究人員分別利用三種不同的晶體，在春分和夏至對航行進行模擬。該圖顯示了在不同導航周期（橫軸）下的導航成功率（縱軸）。一個比較意外的結果是，在導航周期為5小時以及春分的那天，三種太陽石的導航成功率均為100%。|圖片來源：[1]

研究小組模擬了三種晶體，分別是方解石（一種碳酸鈣）、富含鐵和鎂的硅酸鹽的堇青石、和富含硼的硅酸鹽的電氣石，發現它們均在3小時或更短的時間內表現優異。其中，堇青石表現的最完美。而在5到6個小時的導航頻率中，維京人熟知的「冰島晶石」——方解石，表現得比其它兩種類型的晶體略遜一籌。

該圖顯示的則是在春分期間，1000次從Hvarf（格陵蘭）到挪威的航行模擬。可以看出，在利用方解石分析天空偏振，且導航頻率為每1小時一次（a）和每6小時一次時，維京船員都成功地抵達了歐洲某地。|圖片來源：[1]

在北大西洋的危險海域，這樣的工具是非常寶貴的。沒人知道維京人是否真的使用過這種方法。但如果有，他們可以將其精確地運用於導航。未來研究人員將考慮各種自然環境因素的影響，進一步探索在導航周期為1-3小時下，維京人是否能夠順利地橫穿北大西洋。

參考來源：

[1] http://rsos.royalsocietypublishing.org/content/5/4/172187

[2] http://www.sciencemag.org/news/2018/04/viking-seafarers-may-have-navigated-legendary-crystals

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