A nappali polarizációs minták mutatják az utat a valódi északhoz – a fizika világához

Meg tudod mondani, merre van észak, pusztán a nappali égboltra nézve, iránytű vagy GPS használata vagy akár a Nap helyzetének ismerete nélkül? Egy új optikai módszernek köszönhetően a válasz hamarosan „igen” lehet. A francia Aix-Marseille Egyetem kutatói által kifejlesztett módszer szórt nappali fény polarizációs mintázatainak elemzésével működik. Amellett, hogy segíti az alternatív navigációs technikák fejlesztését, segíthet megérteni, hogyan használják az állatok a fizikai jelenségeket a vándorlásra.

Jelenleg három fő módja van a valódi észak azonosításának. Az egyik a csillagok helyzetének használata, ahogy a navigátorok tették az emberiség történelme során. A másik, hogy a mágneses iránytűkre támaszkodunk. A harmadik, legújabb módszer a globális navigációs műholdrendszereket, például a GPS-t foglalja magában. Azonban minden módszernek megvannak a maga hátrányai. A csillagok csak éjszaka és jó időben láthatók. A mágneses iránytűket könnyen befolyásolja a mágneses interferencia, beleértve a természetes forrásokat is, például vastartalmú kőzeteket. A műholdas navigációs rendszerek pedig ki vannak téve a zavarásnak és a hackelésnek.

Az elmúlt években a kutatók a rovarokhoz és a vándormadarakhoz fordultak új ötletekért a ritka mágneses és vizuális jelzések segítségével történő navigálásról. A kataglifa hangyákról ismert, hogy például égi polarizációt alkalmaznak, míg a vándormadarak belső mágneses iránytűjüket úgy kalibrálják, hogy megfigyelik a csillagok forgását az égi pólus körül. Egyes madarak polarizációt is használhatnak a napközbeni navigációhoz.

Tetőablak polarizáció

Az új módszer, amelyet a kutatók SkyPole-nak neveztek el, a tetőablak polarizációján alapul, amely akkor következik be, amikor a légkörben lévő részecskék szórják a fényt. Ellentétben a színnel vagy az intenzitással, a tetőablak polarizációja az emberi szem számára láthatatlan, és különálló mintázatot hoz létre, amely a Nap helyzetétől függ a Föld felszínén lévő megfigyelőhöz képest.

Mivel a Föld egy észak-déli tengely körül forog, az északi féltekén tartózkodó megfigyelő egy nap leforgása alatt azt fogja látni, hogy a Nap körvonalaz egy utat az északi égi pólus körül – vagyis az égbolt azon pontja körül, amely megfelel a Föld forgástengelye és az égi szféra metszéspontja. A nappali fény polarizációs fokának megfelelő mintázatok ezért nappal e pólus körül forognak, éppúgy, mint éjszaka a csillagképek a Sarkcsillag körül.

„A polarizáció állapota a nap bármely szakában állandó marad az északi égi póluson” – magyarázza. Thomas Kronland-Martinet, a tanulmányi csoport tagja és PhD hallgató a címen Aix-Marseille Institut des Sciences du Mouvement (ISM) és a Institut Matériaux Microélectronique Nanosciences de Provence (IM2NP). – Ez az egyetlen pont az égbolton, ahol ez az ingatlan rendelkezik.

A tetőablak minta használata navigációs jelzésként

Azáltal, hogy polarimetriás kamerával gyűjtöttek képeket a polarizációs mintákról az idő múlásával, a kutatók meg tudták határozni az északi égi pólust a „polarizációs invarianciák” metszéspontjában – vagyis a két különböző időszak között mért polarizációt.

„A korábbi tanulmányokkal ellentétben módszerünkben nem számítjuk ki a Nap helyzetét, hanem közvetlenül a tetőablak mintáját használjuk navigációs jelzésként” – magyarázza Kronland-Martinet. Pontosabban, figyelembe vesszük a tetőablak polarizációjának időbeli változását, ami lehetővé teszi, hogy könnyen kiszámítsuk az égi pólus helyzetét anélkül, hogy bonyolult trigonometrikus számításokat kellene feldolgoznunk. Ráadásul nincs szükségünk más információra, mint a polarizációs képekre, ami nagyon egyszerűvé teszi a módszerünket.”

A polarizált fény elfordítja a madarak mágneses iránytűjét

A kutatók szerint a SkyPole-t fel lehetne használni az inerciális navigációs rendszerek iránytűinek kalibrálására, amelyek idővel sodródnak. Segítheti a tengeri navigációt is, például lehetővé téve az automatikus polarimetriás szextánsok kifejlesztését. A Kronland-Martinet szerint akár a műholdas alapú navigáció alternatívája is lehet. „Bár rendkívül pontosak, a [műholdas navigációs rendszerek] könnyen elmoshatók és hamisíthatók, és nem biztos, hogy a legjobb választás olyan esetekben, amikor robusztus információkra van szükség – például autonóm járművekben” – mondja. Fizika világ.

Jelenleg a SkyPole hosszú adatgyűjtési ideje alkalmatlanná teszi az azonnali globális helymeghatározásra, de a csapat tagjai keresik a gyorsabbá tétel lehetőségeit. Beszámolnak munkájukról PNAS.

• SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Erősítse meg magát. Hozzáférés itt.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
• PlatoESG. Autóipar / elektromos járművek, Carbon, CleanTech, Energia, Környezet, Nap, Hulladékgazdálkodás. Hozzáférés itt.
• PlatoHealth. Biotechnológiai és klinikai vizsgálatok intelligencia. Hozzáférés itt.
• ChartPrime. Emelje fel kereskedési játékát a ChartPrime segítségével. Hozzáférés itt.
• BlockOffsets. A környezetvédelmi ellentételezési tulajdon korszerűsítése. Hozzáférés itt.
• Forrás: https://physicsworld.com/a/daytime-polarization-patterns-point-the-way-to-true-north/