Đá mặt trời (tiếng Bắc Âu cổ là sólarsteinn) là một viên đá được nhắc trong saga Iceland, giúp người cầm nó tìm ra vị trí Mặt Trời khi trời phủ mây hoặc sương mù. Ứng viên được nhiều nhà nghiên cứu ủng hộ nhất là calcite trong suốt, còn gọi là "đá băng đảo" (Iceland spar): nhìn qua nó, ánh sáng bị tách làm hai, và độ sáng của hai ảnh thay đổi theo hướng phân cực của ánh sáng bầu trời.
Thí nghiệm hiện đại cho thấy phương pháp này dùng được trên lý thuyết và cả ngoài thực địa. Nhưng điều quan trọng cần nói rõ: cho tới nay chưa có viên đá mặt trời nào được tìm thấy trong một di chỉ Viking, và saga không mô tả cách dùng. Đây là một giả thuyết hấp dẫn, có cơ sở vật lý chắc, có một bằng chứng khảo cổ gián tiếp, chứ không phải chuyện đã khép lại.
Người Viking đi biển xa mà không có la bàn từ
Từ cuối thế kỷ 8, thuyền Bắc Âu đi từ Na Uy sang quần đảo Faroe, Iceland, Greenland và tới bờ Bắc Mỹ quanh năm 1000, điều được xác nhận bởi khu di chỉ L'Anse aux Meadows ở Newfoundland (Canada). Trên những chặng dài như vậy, họ chưa có la bàn từ: la bàn kim nam châm chỉ xuất hiện ở châu Âu vào khoảng thế kỷ 12–13. Vậy họ dựa vào đâu?
Các nhà sử học hàng hải liệt kê một bộ công cụ khá phong phú: độ cao của Mặt Trời lúc giữa trưa để giữ vĩ độ, sao Bắc Cực vào mùa đêm tối, hướng sóng lừng, đàn chim biển và cá voi tụ ở vùng nước giàu thức ăn, màu nước và mây báo hiệu đất liền phía trước. Saga còn kể chuyện thả quạ để xem nó bay về phía đất liền nào.
Khó khăn nằm ở mùa hè Bắc Đại Tây Dương. Ở vĩ độ của Iceland, đêm hè gần như không tối hẳn nên sao không hiện lên, trong khi sương mù và mây thấp có thể che Mặt Trời nhiều ngày. Mất Mặt Trời là mất cái mốc quan trọng nhất. Chỗ trống đó chính là nơi giả thuyết đá mặt trời được đặt vào.
Cần nhớ thêm rằng người Viking không đi biển theo kiểu vạch đường thẳng trên hải đồ. Họ đi theo những tuyến quen, truyền miệng từ người đi trước: chạy theo một vĩ độ nhất định, nhắm theo núi băng hay đỉnh núi cao nhìn thấy từ xa, đi ngang qua phía nam một hòn đảo đủ gần để thấy chim biển. Trên những tuyến như vậy, chỉ cần biết hướng Mặt Trời vài lần mỗi ngày đã đủ giữ thuyền không lệch quá xa.
Saga nói gì và không nói gì
Đoạn văn nổi tiếng nhất nằm trong một truyện ngắn gắn với saga về vua Olaf (Rauðúlfs þáttr). Trời tuyết mù mịt, nhà vua hỏi một người trong nhà về vị trí Mặt Trời; người ấy trả lời, và vua cầm viên đá mặt trời giơ lên trời, thấy ánh sáng toả ra từ viên đá, từ đó kiểm lại câu trả lời là đúng. Ngoài ra, một số danh mục tài sản của các nhà thờ và tu viện ở Iceland thời Trung đại, theo các nhà nghiên cứu dẫn lại, có ghi những món đồ gọi là sólarsteinn.
Những gì saga không nói cũng quan trọng không kém. Không có đoạn nào kể viên đá được mang lên thuyền để đi biển, không có mô tả viên đá trông như thế nào, cũng không có hướng dẫn cách nhìn qua nó. Đoạn chuyện vua Olaf diễn ra trên đất liền và mang màu sắc một phép thử trí tuệ hơn là bài học hàng hải.
Vì vậy, việc gắn đá mặt trời với kỹ thuật dẫn đường là một suy luận của giới nghiên cứu hiện đại. Người đầu tiên đề xuất rõ ràng là nhà khảo cổ Đan Mạch Thorkild Ramskou vào cuối thập niên 1960: theo ông, viên đá có thể là một khoáng vật có tính phân cực, giúp xác định Mặt Trời sau mây. Từ đó, câu hỏi chuyển sang chỗ kiểm chứng được: một tinh thể như vậy có làm được việc đó không?
Vì sao một viên đá có thể "nhìn thấy" Mặt Trời sau mây
Ánh sáng Mặt Trời khi đi qua khí quyển bị các phân tử không khí tán xạ, và phần ánh sáng tán xạ ấy bị phân cực: dao động của nó nghiêng về một phương nhất định. Mức phân cực không đều trên bầu trời mà mạnh nhất trên một vòng tròn cách Mặt Trời khoảng 90 độ. Nhờ quy luật này, nếu đo được hướng phân cực ở một mảng trời hở, ta suy ra được Mặt Trời đang nằm ở đâu, kể cả khi nó ẩn sau mây hoặc vừa lặn dưới đường chân trời.
Mắt người gần như không cảm nhận được phân cực. Có một hiện tượng nhỏ gọi là "chổi Haidinger", do nhà vật lý Áo Wilhelm Haidinger mô tả năm 1844: khi nhìn vào bầu trời phân cực, một số người thấy thoáng một hình mờ màu vàng xanh như chiếc nơ. Nhưng nó quá mờ để dùng trên một con thuyền tròng trành.
Calcite trong suốt giải quyết vấn đề đó bằng hiện tượng khúc xạ kép: một tia sáng đi vào tinh thể tách thành hai tia, nên nhìn một chấm sáng qua viên đá sẽ thấy hai chấm. Khi ánh sáng tới bị phân cực, hai chấm sáng ấy có độ sáng khác nhau. Xoay viên đá cho tới khi hai chấm sáng đều nhau, người quan sát xác định được một phương trên bầu trời. Làm lại ở một mảng trời khác, giao điểm của hai phương cho ra vị trí Mặt Trời. Một số tinh thể khác như cordierite hay tourmaline cũng có tính chất quang học dùng được theo cách tương tự.
Xác tàu Alderney: bằng chứng khảo cổ gần nhất
Năm 2013, một nhóm nghiên cứu Pháp do nhà vật lý Guy Ropars (Đại học Rennes) dẫn đầu công bố phân tích một tinh thể calcite tìm thấy trong xác một con tàu Anh đắm gần đảo Alderney, eo biển Manche, năm 1592. Tinh thể nằm cạnh một bộ compa chia dùng trong hàng hải. Bề mặt đã mờ đục vì ngâm nước biển hàng trăm năm, nhưng phân tích cho thấy đó đúng là calcite, và nhóm nghiên cứu chứng minh một tinh thể như vậy, khi còn trong, đủ để xác định vị trí Mặt Trời với sai số vài độ.
Lập luận của nhóm này khá khéo: con tàu mang pháo bằng sắt, mà khối sắt lớn làm lệch kim la bàn từ. Một dụng cụ quang học không bị sắt ảnh hưởng sẽ là phương án dự phòng hữu ích. Nếu đúng, đây là bằng chứng rằng thủy thủ châu Âu từng dùng tinh thể calcite để định hướng.
Nhưng cần đọc đúng mức. Con tàu này cách thời Viking khoảng sáu thế kỷ, và việc một viên đá nằm cạnh dụng cụ hàng hải chưa chứng minh nó được dùng để dẫn đường. Bằng chứng Alderney nâng giả thuyết lên một bậc, cho thấy ý tưởng dùng được trong thực tế, nhưng vẫn chưa phải là bằng chứng rằng người Viking đã làm như vậy.
Thí nghiệm hiện đại đã kiểm tra được gì
Từ những năm 2000, nhiều nhóm nghiên cứu đã mang tinh thể ra trời thật và chạy mô phỏng máy tính. Một nhóm ở Đại học Eötvös Loránd (Hungary) đo phân cực bầu trời trên tàu ở Bắc Cực, rồi mô phỏng hàng nghìn chuyến đi Na Uy – Greenland với người định hướng dùng đá mặt trời đều đặn. Những kết quả chính gồm:
| Câu hỏi | Điều thí nghiệm cho thấy | Giới hạn |
|---|---|---|
| Calcite có xác định được Mặt Trời sau mây không? | Có, khi còn những mảng trời hở hoặc mây mỏng, sai số vài độ | Trời mây dày kín hoàn toàn thì gần như không dùng được |
| Có dùng được lúc chạng vạng không? | Có, ánh sáng hoàng hôn phân cực mạnh, kể cả khi Mặt Trời vừa khuất | Cần mắt quen và thao tác cẩn thận |
| Dùng thường xuyên có giúp đến đích không? | Mô phỏng cho thấy dùng đều đặn mỗi vài giờ thì tỷ lệ đến đích cao | Mô phỏng dựa trên giả định về cách đi biển, không phải ghi chép thật |
| Có cần dụng cụ đi kèm không? | Kết hợp với một kiểu la bàn mặt trời sẽ đọc hướng dễ hơn | Mảnh gỗ Uunartoq (Greenland) được coi là la bàn mặt trời vẫn còn tranh cãi |
Mảnh đĩa gỗ khắc vạch tìm thấy năm 1948 ở Uunartoq, Greenland, thường được nhắc như một la bàn mặt trời thời Bắc Âu. Có học giả đồng ý, có học giả cho rằng nó chỉ là đồ trang trí hay dụng cụ khác. Đây là kiểu bằng chứng điển hình trong chuyện này: có, nhưng mỗi mảnh đều có thể đọc theo nhiều cách.
Hiểu nhầm hay gặp về đá mặt trời
Câu chuyện đá mặt trời hay được kể quá tay trên mạng. Mấy điểm nên tách bạch:
- "Người Viking chắc chắn dùng đá mặt trời": chưa có. Đây là giả thuyết có cơ sở, chưa có hiện vật Viking xác nhận.
- "Đá mặt trời là đá quý có phép": không. Nếu có thật, nó là một dụng cụ quang học, hoạt động nhờ vật lý của ánh sáng phân cực.
- "Đá mặt trời là loại đá feldspar lấp lánh bán ở tiệm": cái tên "sunstone" ngày nay còn dùng cho một loại feldspar ánh kim, khác hoàn toàn với calcite trong giả thuyết hàng hải.
- "Không có đá thì người Viking lạc đường": không. Họ có cả một bộ kỹ năng quan sát thiên nhiên; đá mặt trời, nếu có, chỉ là công cụ bổ sung cho ngày trời xấu.
- "Khoa học đã chứng minh xong": khoa học đã chứng minh phương pháp làm được, còn việc người xưa đã làm hay chưa là câu hỏi của khảo cổ, và nó vẫn mở.
Cách nói chính xác nhất hiện nay: đá mặt trời là một giả thuyết đáng tin về mặt vật lý, được một hiện vật thế kỷ 16 củng cố gián tiếp, và đang chờ một phát hiện khảo cổ thời Viking để khép lại.
Câu hỏi thường gặp
Có thể tự thử đá mặt trời ở nhà không?
Có thể thử nguyên lý bằng một mẩu calcite trong suốt: đặt lên một chấm mực sẽ thấy hai chấm. Nhìn một mảng trời xanh cách xa Mặt Trời qua viên đá rồi xoay, bạn sẽ thấy độ sáng thay đổi. Tuyệt đối không nhìn thẳng vào Mặt Trời, kể cả qua tinh thể.
Calcite trong suốt có hiếm không?
Calcite là khoáng vật rất phổ biến, nhưng loại trong vắt đủ lớn để nhìn xuyên qua thì ít hơn. Iceland từng có mỏ calcite trong nổi tiếng ở miền đông, vì thế nó mang tên đá băng đảo. Người Viking sống ở Iceland nên về lý thuyết có thể tiếp cận loại đá này.
Ong và một số loài vật có dùng ánh sáng phân cực không?
Có. Ong mật, kiến sa mạc và nhiều loài côn trùng cảm nhận được phân cực của bầu trời nhờ cấu trúc đặc biệt ở mắt, và dùng nó như la bàn. Đây là một lý do khiến các nhà khoa học tin rằng định hướng bằng phân cực là phương pháp khả thi.
Vì sao chưa tìm thấy đá mặt trời ở di chỉ Viking?
Có nhiều khả năng: thuyền đắm ngoài biển khó tìm, tinh thể calcite mềm và dễ mờ khi bị chôn vùi, hoặc đơn giản là phương pháp này ít được dùng. Cũng có thể người Viking không dùng nó. Thiếu bằng chứng khiến câu hỏi chưa thể khép lại theo chiều nào.
Máy bay hay tàu ngày nay còn dùng nguyên lý này không?
Từng có. Giữa thế kỷ 20, một số chuyến bay vùng cực, nơi la bàn từ kém tin cậy, đã dùng la bàn bầu trời dựa trên phân cực ánh sáng. Ngày nay định vị vệ tinh thay thế, nhưng cảm biến phân cực vẫn được nghiên cứu cho robot và thiết bị bay nhỏ.