Päivän polarisaatiomallit osoittavat tien todelliseen pohjoiseen – fysiikan maailmaan

Pystytkö kertomaan, kumpi suunta on pohjoinen, vain katsomalla päivätaivasta, ilman kompassia tai GPS:ää tai edes Auringon sijaintia? Uuden optisen menetelmän ansiosta vastaus voi pian olla "kyllä". Ranskan Aix-Marseillen yliopiston tutkijoiden kehittämä menetelmä toimii analysoimalla polarisaatiokuvioita hajallaan päivänvalossa. Sen lisäksi, että se auttaa kehittämään vaihtoehtoisia navigointitekniikoita, se voisi auttaa meitä ymmärtämään, kuinka eläimet käyttävät fyysisiä ilmiöitä vaeltaessaan.

Tällä hetkellä on kolme tapaa tunnistaa todellinen pohjoinen. Yksi on käyttää tähtien sijaintia, kuten navigaattorit ovat tehneet läpi ihmiskunnan historian. Toinen on luottaa magneettiseen kompassiin. Kolmas, uusin, menetelmä sisältää maailmanlaajuiset satelliittinavigointijärjestelmät, kuten GPS. Jokaisella menetelmällä on kuitenkin haittapuolensa. Tähdet näkyvät vain yöllä ja hyvällä säällä. Magneettiset häiriöt vaikuttavat helposti magneettisiin kompasseihin, myös luonnollisista lähteistä, kuten rautaa sisältävistä kivistä. Ja satelliittinavigointijärjestelmät ovat alttiita häirinnälle ja hakkerointille.

Viime vuosina tutkijat ovat kääntyneet hyönteisten ja muuttolintujen puoleen saadakseen uusia ideoita siitä, kuinka navigoida niukkojen magneettisten ja visuaalisten vihjeiden avulla. Katalyfimuurahaisten tiedetään käyttävän esimerkiksi taivaan polarisaatiota, kun taas muuttolinnut kalibroivat sisäisen magneettisen kompassinsa tarkkailemalla tähtien pyörimistä taivaannavan ympärillä. Jotkut linnut voivat myös käyttää polarisaatiota navigoidakseen päivän aikana.

Kattoikkunan polarisaatio

Uusi menetelmä, jonka tutkijat ovat kutsuneet SkyPoleksi, perustuu kattoikkunan polarisaatioon, joka tapahtuu, kun ilmakehän hiukkaset sirottavat valoa. Toisin kuin väri tai intensiteetti, kattoikkunan polarisaatio on ihmissilmälle näkymätön, ja se tuottaa selkeän kuvion, joka riippuu Auringon sijainnista suhteessa maan pinnalla olevaan tarkkailijaan.

Koska maa pyörii pohjoinen–etelä-akselin ympäri, pohjoisella pallonpuoliskolla oleva havainnoija näkee päivän aikana auringon jäljittävän polun pohjoisen taivaannavan ympärille – eli taivaan pisteen, joka vastaa Maan pyörimisakselin ja taivaanpallon leikkauspiste. Päivänvalon polarisaatioasteen kuviot pyörivät siksi päivän aikana tämän navan ympärillä, aivan kuten tähtikuviot pyörivät Pohjantähden ympärillä yöllä.

"Polarisaation tila pysyy vakiona mihin aikaan vuorokaudesta pohjoisnavalla", selittää. Thomas Kronland-Martinet, tutkimusryhmän jäsen ja tohtoriopiskelija osoitteessa Aix-Marseillen Institut des Sciences du Mouvement (ISM) ja Institut Matériaux Microélectronique Nanosciences de Provence (IM2NP). "Se on ainoa piste taivaalla, jolla on tämä omaisuus."

Kattoikkunakuvion käyttäminen navigointivihjeenä

Keräämällä kuvia polarisaatiokuvioista ajan mittaan polarimetrisellä kameralla tutkijat pystyivät paikantamaan pohjoisen taivaannavan "polarisaatioinvarianssien" - eli kahden erillisen ajanjakson välillä mitatun polarisaation - leikkauskohdassa.

"Toisin kuin aikaisemmat tutkimukset, emme laske Auringon sijaintia menetelmässämme, vaan käytämme suoraan kattoikkunakuviota navigointivihjeenä", Kronland-Martinet selittää. "Tarkemmin ottaen huomioimme kattoikkunan polarisaation aikavaihtelun, jonka avulla voimme helposti laskea taivaannavan sijainnin ilman, että tarvitsee käsitellä monimutkaisia ​​trigonometrialaskuja. Lisäksi emme tarvitse muuta tietoa kuin polarisaatiokuvia, mikä tekee menetelmästämme hyvin yksinkertaisen.

Polarisoitu valo heittää lintujen magneettisen kompassin pois kurssilta

Tutkijoiden mukaan SkyPolea voitaisiin käyttää kompassien kalibroimiseen inertialavigointijärjestelmille, jotka ovat alttiina ajautumiseen ajan myötä. Se voisi myös auttaa merenkulkua esimerkiksi mahdollistamalla automaattisten polarimetristen sekstanttien kehittämisen. Kronland-Martinetin mukaan siitä voisi tulla jopa vaihtoehto satelliittipohjaiselle navigoinnille. "Vaikka [satelliittinavigointijärjestelmät] ovat erittäin tarkkoja, niitä voidaan helposti hämärtää ja huijata, eivätkä ne välttämättä ole paras mahdollinen vaihtoehto silloin, kun tarvitaan vankkaa tietoa – esimerkiksi autonomisissa ajoneuvoissa", hän kertoo. Fysiikan maailma.

Tällä hetkellä SkyPolen pitkät tiedonkeruuajat tekevät siitä sopimattoman välittömään globaaliin paikannukseen, mutta tiimin jäsenet tutkivat tapoja nopeuttaa sitä. He raportoivat työstään PNAS.

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• PlatoData.Network Vertical Generatiivinen Ai. Vahvista itseäsi. Pääsy tästä.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• PlatoESG. Autot / sähköautot, hiili, CleanTech, energia, ympäristö, Aurinko, Jätehuolto. Pääsy tästä.
• PlatonHealth. Biotekniikan ja kliinisten kokeiden älykkyys. Pääsy tästä.
• ChartPrime. Nosta kaupankäyntipeliäsi ChartPrimen avulla. Pääsy tästä.
• BlockOffsets. Ympäristövastuun omistuksen nykyaikaistaminen. Pääsy tästä.
• Lähde: https://physicsworld.com/a/daytime-polarization-patterns-point-the-way-to-true-north/