Sonnenstein der Wikinger

Doppelbrechenden Kristalle können Lichtbündel in zwei Lichtstrahlen aufteilen. Die nutzten schon die Wikinger zur Navigation. Hierzu finden Sie weiter unten auch ein Video mit einer ausführlichen Beschreibung, des Verfahrens.

Ein Beispiel für einen solchen Kristall ist Calcit, auch Kalkspat, Doppelspat, Islandspat und eben Sonnenstein der Wikinger genannt. Man kann damit auch tolle Physik-Experimente machen, wenn man sie in Kombination mit Polarisationsfolie verwendet.

Magische Schriftverdopplung mit Sonnenstein

Betrachtet man zum Beispiel einen Schriftzug durch den Sonnenstein, so kann man diesen bei korrekter Ausrichtung doppelt sehen.

Dreht man den Calcit, so bewegt sich eines dieser Bilder und verschwindet schließlich, wenn man den Calcit dreht oder eine Polarisationsfolie darüber hält. Dies gibt einen wichtigen Hinweis darauf, was die Ursache für den Verdopplungseffekt sein könnte.

Calcit bricht das Licht gleich zwei Mal

Zunächst hat diese Eigenheit von Calcit mit der Lichtbrechung zu tun. Treten Lichtstrahlen von einem transparenten Medium in ein anderes über, dann ändert sich die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichts und der Lichtstrahl wird abgelenkt. Zwei tolle Physik-Experimente zum Thema Lichtbrechung mit anschaulichen Erklärungen sind hier zu finden: Der dreigeteilte Löffel und Eine Münze verschwindet.

Die Doppelbrechung des Lichts einfach erklärt

Bei der Doppelbrechung hängt die beschriebene Lichtbrechung zusätzlich von der Polarisationsrichtung des Lichts ab. Licht kann man sich als eine (elektromagnetische) Welle vorstellen, die in alle möglichen Richtungen schwingt. Unterschiedliche Schwingungsrichtungen wechselwirken jedoch bei bestimmten Materialien ganz verschiedenartig.

Lineare und elliptische Polarisation

Dies gilt insbesondere für die Kristallstruktur von Calcit, die aus Kalzium, Kohlenstoff und Sauerstoff besteht. Daher werden die Lichtstrahlen verschiedenartig abgelenkt. Es kommt zu einer Aufspaltung des Lichtstrahles in zwei Lichtbündel. Es handelt sich dabei um zwei senkrecht zueinander polarisierte Teilbündel.

Eine Grafik von Wikipedia zeigt zwei senkrecht zueinander polarisierte Lichtwellen sowie elliptisch polarisiertes Licht:

Die Wikinger und der Sonnenstein

Wie die Wikinger den Sonnenstein zum Navigieren verwendet haben könnten, ist in dem Video zu sehen. Die Methode war ziemlich genial, bedenkt man, dass die Wikinger im hohen Norden lebten, wo das Wetter oft schlecht und der Himmel bedeckt war. Hinzu kamen niedrige Sonnenstände, gerade im Winter.

Das war ein klarer Nachteil gegenüber den Seefahrernationen am Mittelmeer. Mit Sonnenstein jedoch war ein Navigieren auch unter widrigen Umständen möglich.

Weiter Informationen finden Sie außerdem bei The Royal Society: The sixteenth century Alderney crystal: a calcite as an efficient reference optical compass?