Nordische Seefahrer bestimmten den Sonnenstand anhand der Polarisation des Himmels

Wikinger, die über offenes Meer segelten, um Island, Grönland und schließlich Nordamerika zu erreichen, hatten keinen Kompass und waren auf die Position der Sonne angewiesen, um einen Kurs zu halten. Doch der Nordatlantik ist zuverlässig über längere Strecken bewölkt, neblig oder verschneit – genau die Bedingungen, unter denen die Sonnenscheibe unsichtbar wird und allein die Koppelnavigation das Risiko birgt, ein Schiff auf einer mehrtägigen Überfahrt über offenes Wasser weit vom Kurs abzubringen.

Es gab kein Instrument, mit dem sich ein Kurs bestimmen ließ, wenn die Sonne nicht direkt zu sehen war; die scheinbaren Möglichkeiten bestanden darin, auf eine Lücke in den Wolken zu warten oder nach weniger zuverlässigen Anzeichen wie Wellenmustern, Vogelflug und fernen Landmarken zu navigieren – nichts davon funktionierte mitten auf dem Ozean, weit von jeder Küste entfernt, zuverlässig.

Nordische Sagas, darunter eine Episode mit König Olaf Haraldsson und dem Navigator Sigurd, beschreiben einen „Sonnenstein“ (sólarsteinn), mit dem sich die Position der Sonne an einem stark bewölkten Tag finden ließ. Moderne Forscher vermuten, dass es sich dabei um einen transparenten Kalzitkristall handelte, der als Islandspat bekannt ist und das durch ihn hindurchtretende Licht polarisiert.

Das Polarisationsmuster des Himmels durch einen Kalzitkristall ablesen, das auch bei Bewölkung erhalten bleibt und die wahre Position der Sonne auf etwa ein Grad genau offenlegt.

Die Streuung in der Atmosphäre erhält ein Polarisationsmuster über den Himmel hinweg, auch wenn die Sonnenscheibe unsichtbar ist.

Ein Kalzitkristall macht diese unsichtbare Polarisation lesbar, indem die Intensität eines doppelten Bildes ausgeglichen wird.

Das Polarisationsmuster korreliert mit der wahren Position der Sonne, sodass sich der Kurs genau ableiten lässt.

Dieses Ersatzsignal funktioniert unter denselben bewölkten Bedingungen, die das direkte Signal blockieren, und ermöglicht so die Navigation.

Wenn das direkte Signal blockiert ist, suche nach einer korrelierten Eigenschaft, die die Behinderung übersteht, und baue ein Werkzeug, um sie abzulesen.

Eine von Guy Ropars geleitete Studie aus dem Jahr 2011, veröffentlicht in Proceedings of the Royal Society A, zeigte, dass die Methode den wahren Sonnenstand auf etwa ein Grad genau bestimmen konnte, wobei selbst unter dunklen Dämmerungsbedingungen eine Genauigkeit von wenigen Grad erreichbar war; andere Forscher fanden heraus, dass das Polarisationsmuster des Himmels selbst bei vollständiger Bewölkung unter Bedingungen des Arktischen Ozeans nachweisbar blieb.