miércoles, 14 de noviembre de 2007

Luz polarizada II: Los vikingos y la piedra solar

"Un barco vikingo se retrasa en su vuelta a casa desde las tierras del lejano Oeste, recientemente descubiertas. El invierno está a la vuelta de la esquina y el tiempo pronto se hará desapacible. Es imprescindible que el timonel mantenga el rumbo hacia el Este. ¿Pero dónde exactamente está el hogar?. El cielo va nublándose más cada día que pasa. La mayor parte de las noches las estrellas no son visibles, e incluso durante el día el sol es difícil de contemplar. La luz del día dura poco y la mayor parte del tiempo el sol ilumina el cielo desde algún lugar por debajo del horizonte. Colgando de lo alto del mástil del barco, un marinero entorna los ojos buscando sin resultado pistas en el brillo de las nubes. Entonces, Leif el Afortunado señala un claro entre las nubes, rebusca en la bolsa que lleva a la cintura y saca su piedra solar. A través del cristal observa la pequeña mancha azul del cielo. Gira la piedra hasta que se torna amarilla y grita hacia el timonel con el brazo estirado apuntando hacia estribor, hacia casa."
Traducido de aquí.

Nadie sabe cómo los vikingos eran capaces de navegar durante días a través de mar abierto recorriendo tan grandes distancias, sobretodo teniendo en cuenta que no conocían la brújula. Una teoría dice que utilizaban un tipo de mineral, llamado piedra solar, que tenía unas curiosas propiedades ópticas. Algunas sagas, como la de Hrafns, parecen mencionar cómo dirigían uno de estos cristales hacia el cielo para orientarse, aunque no entran en mucho detalle al respecto. Actualmente se conocen algunos minerales con propiedades que podrían explicar esta teoría. La propiedad óptica clave se denomina birrefringencia.

Un material birrefringente es aquel en el que la luz refractada se desdobla en dos haces. El ejemplo más típico de mineral con esta propiedad es un tipo de calcita llamado espato de Islandia. En Wikipedia he encontrado esta imagen en la que se aprecia perfectamente el desdoblamiento de una imagen al atravesar uno de estos cristales.


Esta bifurcación del camino que sigue la luz en el interior del cristal se debe a que éste es anisótropo, es decir, algunas de sus propiedades varían dependiendo de la dirección espacial que se tenga en cuenta. En concreto, la velocidad de la luz al atravesar el material (que, a su vez, depende de una propiedad llamada constante dieléctrica) es diferente en cada uno de los ejes cristalográficos de éste. El ángulo en el que un haz de luz se refracta al penetrar o salir de un material depende de la diferencia que existe entre la velocidad de la luz en el material y en el entorno que lo rodea (el aire, en este caso). Esto es lo que hace que el rayo se desdoble en dos, uno "rápido" y otro "lento". Pero además, y aquí viene la parte más interesante, cada uno de estos rayos emerge del cristal polarizado con un ángulo diferente, formando 90 grados entre ellos.

Pero ¿qué tiene todo esto que ver con el asunto de los vikingos?. Pues mucho, porque resulta que el cielo está polarizado, debido a la forma en la que las moléculas de la atmósfera difunden la luz del sol. He hecho un par de fotografías para observar este efecto, la primera "normal" y la segunda con un filtro polarizador frente al objetivo de la cámara, orientado de forma que el cambio en la tonalidad del cielo sea máxima.


Se puede apreciar cómo aparece una zona en el cielo con tonalidad más oscura y con orientación vertical. En realidad, esta dirección depende de la orientación del sol. La zona polarizada forma un gran arco que corta la esfera celeste mediante un plano imaginario perpendicular a la línea que apunta desde el observador hacia el sol. Vamos, que si el sol está en el horizonte, el arco de luz polarizada pasa justo por encima de nuestra cabeza.


Además, el plano de polarización de la luz del cielo siempre es perpendicular a la dirección del sol. Un vikingo podría haber usado su piedra solar como filtro polarizador para buscar el ángulo de máxima polarización de esta franja, y de ahí averigurar la dirección del sol. Claro que para ello tendría que ser visible algún claro de cielo despejado, porque la polarización no es observable a través de las nubes. Y, aún así, lo único que obtendría sería la dirección en la que se encuentra el sol.

Aunque la leyenda de la piedra solar fuera cierta, hay que ser realmente muy buen navegante para regresar de Terranova a Islandia, con su ayuda o sin ella.

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