الگوهای قطبی شدن روز راه را به شمال واقعی - دنیای فیزیک نشان می دهد

الگوهای قطبی شدن روز راه را به شمال واقعی - دنیای فیزیک نشان می دهد

تمبر زمانی: 17 اوت 2023، 6:04 صبح

به نظر می رسد ستاره ها (قوس های سفید) به دور قطب شمال آسمان می چرخند
پوشش یک عکس دنباله ستاره، که در آن ستاره‌ها (قوس‌های سفید) به نظر می‌رسند که در اطراف قطب شمال آسمان می‌چرخند، و شبیه‌سازی عددی خطوط قطبش ثابت با زمان (خطوط تاریک) که توسط یک دوربین پلاریمتری در طول روز اندازه‌گیری می‌شود. با احترام: Thomas Kronland-Martinet (CNRS/Aix-Marseille University) و ESO/B Tafreshi (twanight.org)

آیا فقط با نگاه کردن به آسمان روز، بدون استفاده از قطب نما یا GPS یا حتی دانستن موقعیت خورشید، می توانید تشخیص دهید که کدام سمت شمال است؟ به لطف یک روش نوری جدید، پاسخ می تواند به زودی "بله" باشد. این روش که توسط محققان دانشگاه Aix-Marseille در فرانسه ابداع شده است، با تجزیه و تحلیل الگوهای قطبش در نور روز پراکنده کار می کند. علاوه بر کمک به توسعه تکنیک‌های ناوبری جایگزین، می‌تواند به ما در درک چگونگی استفاده حیوانات از پدیده‌های فیزیکی برای مهاجرت کمک کند.

در حال حاضر، سه راه اصلی برای شناسایی شمال واقعی وجود دارد. یکی استفاده از موقعیت ستارگان است، همانطور که دریانوردان در طول تاریخ بشر انجام داده اند. مورد دیگر تکیه بر قطب نماهای مغناطیسی است. روش سوم، جدیدترین، شامل سیستم های ماهواره ای ناوبری جهانی مانند GPS است. با این حال، هر روش دارای معایبی است. ستاره ها فقط در شب و در هوای خوب قابل مشاهده هستند. قطب نماهای مغناطیسی به راحتی تحت تأثیر تداخل مغناطیسی قرار می گیرند، از جمله از منابع طبیعی مانند سنگ های حاوی آهن. و سیستم های ناوبری ماهواره ای در برابر پارازیت و هک آسیب پذیر هستند.

در سال‌های اخیر، محققان به حشرات و پرندگان مهاجر روی آورده‌اند تا ایده‌های تازه‌ای در مورد چگونگی مسیریابی با استفاده از نشانه‌های مغناطیسی و بصری پراکنده داشته باشند. مورچه‌های Cataglyphis به استفاده از قطبش آسمانی معروف هستند، برای مثال، در حالی که پرندگان مهاجر قطب‌نمای مغناطیسی داخلی خود را با مشاهده چرخش ستارگان به دور قطب آسمان کالیبره می‌کنند. برخی از پرندگان نیز ممکن است از قطبش برای حرکت در طول روز استفاده کنند.

پلاریزاسیون نورگیر

روش جدید که محققان آن را SkyPole نامیده‌اند، بر قطبش نورگیر است که زمانی اتفاق می‌افتد که ذرات موجود در جو نور را پراکنده می‌کنند. برخلاف رنگ یا شدت، پلاریزاسیون نورگیر برای چشم انسان نامرئی است و الگویی متمایز ایجاد می کند که به موقعیت خورشید نسبت به ناظر روی سطح زمین بستگی دارد.

از آنجایی که زمین به دور یک محور شمالی-جنوبی می چرخد، ناظری در نیمکره شمالی، در طول یک روز، خورشید را می بیند که مسیری را در اطراف قطب شمال سماوی - یعنی نقطه ای در آسمان که مطابق با تقاطع بین محور چرخشی زمین و کره سماوی. بنابراین، الگوهایی در درجه قطبش نور روز در طول روز به دور این قطب می چرخند، درست همانطور که صورت های فلکی در شب به دور ستاره شمالی می چرخند.

توضیح می دهد: «وضعیت قطبش در هر زمانی از روز در قطب شمال آسمان ثابت می ماند. توماس کرونلند-مارتینت، عضوی از تیم مطالعاتی و دانشجوی دکتری در انستیتوی علوم جنبش ایکس مارسی (ISM) و Institut Matériaux Microelectronique Nanosciences de Provence (IM2NP). "این تنها نقطه در آسمان است که این خاصیت را دارد."

استفاده از الگوی نورگیر به عنوان نشانه ناوبری

با جمع‌آوری تصاویری از الگوهای قطبش در طول زمان با یک دوربین پلاریمتری، محققان توانستند قطب شمال سماوی را در تقاطع "عدم تغییر قطبش" مشخص کنند - یعنی قطبش اندازه‌گیری شده بین دو دوره زمانی مشخص.

کرونلند-مارتینت توضیح می‌دهد: «بر خلاف مطالعات قبلی، ما موقعیت خورشید را در روش خود محاسبه نمی‌کنیم، بلکه مستقیماً از الگوی نورگیر به عنوان یک نشانه ناوبری استفاده می‌کنیم. "به طور دقیق تر، ما تغییرات زمانی قطبش نورگیر را در نظر می گیریم، که به ما امکان می دهد موقعیت قطب سماوی را بدون نیاز به پردازش محاسبات پیچیده مثلثاتی به راحتی محاسبه کنیم. علاوه بر این، ما به اطلاعات دیگری به جز تصاویر پلاریزاسیون نیاز نداریم و این روش ما را بسیار ساده می کند.

به گفته محققان، SkyPole می تواند برای کالیبره کردن قطب نماها برای سیستم های ناوبری اینرسی که در طول زمان در معرض رانش هستند، استفاده شود. همچنین می‌تواند به ناوبری دریایی کمک کند، برای مثال، امکان توسعه سکسستان‌های قطبی خودکار را فراهم می‌کند. به گفته Kronland-Martinet، حتی می تواند جایگزینی برای ناوبری مبتنی بر ماهواره باشد. او می‌گوید: «در حالی که [سیستم‌های ناوبری ماهواره‌ای] بسیار دقیق هستند، می‌توانند به راحتی محو و جعل شوند و ممکن است بهترین گزینه برای زمانی که اطلاعات قوی مورد نیاز است - برای مثال، در وسایل نقلیه خودران»، نباشد. دنیای فیزیک

در حال حاضر، زمان‌های طولانی جمع‌آوری داده‌های SkyPole آن را برای موقعیت‌یابی جهانی آنی نامناسب می‌کند، اما اعضای تیم در حال بررسی راه‌هایی برای سریع‌تر کردن آن هستند. آنها گزارش کار خود را در PNAS.

تمبر زمان:

بیشتر از دنیای فیزیک