تشير أنماط الاستقطاب في النهار إلى الطريق إلى الشمال الحقيقي - عالم الفيزياء

هل يمكنك معرفة اتجاه الشمال بمجرد النظر إلى السماء أثناء النهار، دون استخدام بوصلة أو نظام تحديد المواقع (GPS) أو حتى معرفة موقع الشمس؟ وبفضل طريقة بصرية جديدة، قد تكون الإجابة قريبًا "نعم". تعمل هذه الطريقة، التي طورها باحثون في جامعة إيكس مرسيليا في فرنسا، من خلال تحليل أنماط الاستقطاب في ضوء النهار المتفرق. وبالإضافة إلى المساعدة في تطوير تقنيات الملاحة البديلة، يمكن أن يساعدنا في فهم كيفية استخدام الحيوانات للظواهر الفيزيائية للهجرة.

في الوقت الحاضر، هناك ثلاث طرق رئيسية لتحديد الشمال الحقيقي. الأول هو استخدام مواقع النجوم، كما فعل الملاحون عبر تاريخ البشرية. آخر هو الاعتماد على البوصلات المغناطيسية. أما الطريقة الثالثة، وهي الأحدث، فتتضمن أنظمة الملاحة العالمية عبر الأقمار الصناعية مثل نظام تحديد المواقع العالمي (GPS). ومع ذلك، كل طريقة لها عيوبها. النجوم مرئية فقط في الليل وفي الطقس الجيد. تتأثر البوصلات المغناطيسية بسهولة بالتداخل المغناطيسي، بما في ذلك من المصادر الطبيعية مثل الصخور الحاملة للحديد. وأنظمة الملاحة عبر الأقمار الصناعية معرضة للتشويش والقرصنة.

في السنوات الأخيرة، تحول الباحثون إلى الحشرات والطيور المهاجرة للحصول على أفكار جديدة حول كيفية التنقل باستخدام إشارات مغناطيسية وبصرية متفرقة. ومن المعروف أن النمل الكاتاغليفيس يستخدم الاستقطاب السماوي، على سبيل المثال، بينما تقوم الطيور المهاجرة بمعايرة بوصلتها المغناطيسية الداخلية من خلال مراقبة دوران النجوم حول القطب السماوي. قد تستخدم بعض الطيور أيضًا الاستقطاب للتنقل خلال النهار.

الاستقطاب كوة

تعتمد الطريقة الجديدة، التي أطلق عليها الباحثون اسم SkyPole، على استقطاب المناور، والذي يحدث عندما تشتت الجسيمات الموجودة في الغلاف الجوي الضوء. على عكس اللون أو الشدة، فإن استقطاب الكوة غير مرئي للعين البشرية، وينتج نمطًا مميزًا يعتمد على موقع الشمس بالنسبة لمراقب على سطح الأرض.

وبما أن الأرض تدور حول محور شمالي جنوبي، فإن الراصد في نصف الكرة الشمالي سيرى الشمس، على مدار اليوم، وهي ترسم مسارًا حول القطب السماوي الشمالي - أي النقطة في السماء التي تتوافق مع القطب السماوي الشمالي. التقاطع بين محور دوران الأرض والكرة السماوية. وبالتالي فإن أنماط درجة استقطاب ضوء النهار ستدور حول هذا القطب أثناء النهار، كما تدور الأبراج حول نجم الشمال ليلاً.

ويشرح قائلاً: "تظل حالة الاستقطاب ثابتة في أي وقت من اليوم عند القطب السماوي الشمالي". توماس كرونلاند مارتينت، عضو فريق الدراسة وطالب دكتوراه في معهد إيكس مرسيليا لعلوم الحركة (ISM) و معهد المواد الدقيقة لعلوم النانو الإلكترونية في بروفانس (IM2NP). "إنها النقطة الوحيدة في السماء التي تمتلك هذه الخاصية."

استخدام نمط المناور كإشارة ملاحية

ومن خلال جمع صور لأنماط الاستقطاب مع مرور الوقت باستخدام كاميرا قياس استقطابية، تمكن الباحثون من تحديد القطب السماوي الشمالي عند تقاطع "ثوابت الاستقطاب" - أي الاستقطاب المقاس بين فترتين زمنيتين مختلفتين.

يوضح كرونلاند مارتينيت: "خلافًا للدراسات السابقة، فإننا لا نحسب موقع الشمس بطريقتنا، ولكننا نستخدم نمط المناور مباشرة كإشارة ملاحية". "بشكل أكثر دقة، نحن نأخذ في الاعتبار التغير الزمني لاستقطاب المناور، والذي يسمح لنا بحساب موقع القطب السماوي بسهولة دون الحاجة إلى معالجة حسابات المثلثات المعقدة. علاوة على ذلك، لا نحتاج إلى معلومات أخرى سوى صور الاستقطاب، مما يجعل طريقتنا بسيطة للغاية.

يؤدي الضوء المستقطب إلى إبعاد البوصلة المغناطيسية للطيور عن مسارها

ووفقا للباحثين، يمكن استخدام SkyPole لمعايرة البوصلات لأنظمة الملاحة بالقصور الذاتي التي تكون عرضة للانجراف مع مرور الوقت. ويمكنه أيضًا أن يساعد في الملاحة البحرية، على سبيل المثال، من خلال تمكين تطوير السدسات الاستقطابية الأوتوماتيكية. ووفقا لكرونلاند مارتينت، فإنه يمكن أن يصبح بديلا للملاحة المعتمدة على الأقمار الصناعية. يقول: "على الرغم من أنها دقيقة للغاية، إلا أنه من الممكن أن تكون أنظمة الملاحة عبر الأقمار الصناعية غير واضحة ومخادعة بسهولة وقد لا تكون المرشح الأفضل عندما تكون هناك حاجة إلى معلومات قوية - على سبيل المثال، في المركبات ذاتية القيادة". عالم الفيزياء.

في الوقت الحاضر، الوقت الطويل الذي يستغرقه SkyPole لجمع البيانات يجعله غير مناسب لتحديد المواقع العالمية بشكل فوري، لكن أعضاء الفريق يستكشفون طرقًا لجعله أسرع. يبلغون عن عملهم في PNAS.

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. تمكين نفسك. الوصول هنا.
• أفلاطونايستريم. ذكاء Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• أفلاطون السيارات / المركبات الكهربائية ، كربون، كلينتك ، الطاقة، بيئة، شمسي، إدارة المخلفات. الوصول هنا.
• أفلاطون هيلث. التكنولوجيا الحيوية وذكاء التجارب السريرية. الوصول هنا.
• تشارت بريم. ارفع مستوى لعبة التداول الخاصة بك مع ChartPrime. الوصول هنا.
• BlockOffsets. تحديث ملكية الأوفست البيئية. الوصول هنا.
• المصدر https://physicsworld.com/a/daytime-polarization-patterns-point-the-way-to-true-north/