Pola polarisasi siang hari mengarah ke True North – Physics World

Pola polarisasi siang hari mengarah ke True North – Physics World

Stempel Waktu: 17 Agustus 2023 6

bintang (busur putih) tampak berputar mengelilingi kutub utara langit
Hamparan foto jejak bintang, yang menampilkan bintang (busur putih) tampak berputar mengelilingi kutub utara langit, dan simulasi numerik garis polarisasi invarian waktu (garis gelap) yang diukur dengan kamera polarimetri pada siang hari. Atas izin: Thomas Kronland-Martinet (CNRS/Universitas Aix-Marseille), dan ESO/B Tafreshi (twanight.org)

Bisakah Anda mengetahui arah utara hanya dengan melihat langit siang hari, tanpa menggunakan kompas atau GPS atau bahkan mengetahui posisi Matahari? Berkat metode optik baru, jawabannya bisa saja “ya”. Dikembangkan oleh para peneliti di Universitas Aix-Marseille di Perancis, metode ini bekerja dengan menganalisis pola polarisasi di siang hari yang tersebar. Selain membantu pengembangan teknik navigasi alternatif, hal ini juga dapat membantu kita memahami bagaimana hewan menggunakan fenomena fisik untuk bermigrasi.

Saat ini, ada tiga cara utama untuk mengidentifikasi Utara Sejati. Salah satunya adalah dengan menggunakan posisi bintang-bintang, seperti yang telah dilakukan para navigator sepanjang sejarah manusia. Cara lainnya adalah dengan mengandalkan kompas magnetik. Metode ketiga, yang terbaru, melibatkan sistem satelit navigasi global seperti GPS. Namun, setiap metode mempunyai kelemahannya masing-masing. Bintang hanya terlihat pada malam hari dan saat cuaca bagus. Kompas magnet mudah terpengaruh oleh interferensi magnet, termasuk yang bersumber dari alam seperti batuan yang mengandung besi. Dan sistem navigasi satelit rentan terhadap gangguan dan peretasan.

Dalam beberapa tahun terakhir, para peneliti beralih ke serangga dan burung yang bermigrasi untuk mendapatkan ide segar tentang cara bernavigasi menggunakan isyarat magnetik dan visual yang jarang. Semut Cataglyphis diketahui menggunakan polarisasi langit, misalnya, saat burung yang bermigrasi mengkalibrasi kompas magnet internal mereka dengan mengamati rotasi bintang di sekitar kutub langit. Beberapa burung mungkin juga menggunakan polarisasi untuk bernavigasi di siang hari.

Polarisasi jendela atap

Metode baru, yang oleh para peneliti dijuluki SkyPole, mengandalkan polarisasi cahaya langit, yang terjadi ketika partikel-partikel di atmosfer menghamburkan cahaya. Tidak seperti warna atau intensitas, polarisasi cahaya langit tidak terlihat oleh mata manusia, dan menghasilkan pola berbeda yang bergantung pada posisi Matahari terhadap pengamat di permukaan bumi.

Karena Bumi berputar pada sumbu utara-selatan, seorang pengamat di belahan bumi utara, sepanjang hari, akan melihat Matahari menelusuri jalur di sekitar kutub utara langit – yaitu, titik di langit yang berhubungan dengan perpotongan antara sumbu rotasi bumi dan bola langit. Oleh karena itu, pola derajat polarisasi siang hari akan berputar mengelilingi kutub ini pada siang hari, seperti halnya rasi bintang yang berputar mengelilingi Bintang Utara pada malam hari.

“Keadaan polarisasi tetap konstan setiap saat sepanjang hari di kutub utara langit,” jelasnya Thomas Kronland-Martinet, anggota tim studi dan mahasiswa PhD di Institut des Sciences du Mouvement di Aix-Marseille (ISM) dan Institut Matériaux Microélectronique Nanosciences de Provence (IM2NP). “Ini adalah satu-satunya titik di langit yang memiliki properti ini.”

Menggunakan pola skylight sebagai isyarat navigasi

Dengan mengumpulkan gambar pola polarisasi dari waktu ke waktu menggunakan kamera polarimetri, para peneliti dapat menentukan kutub utara langit di persimpangan “invariansi polarisasi” – yaitu, polarisasi yang diukur antara dua periode waktu yang berbeda.

“Berbeda dengan penelitian sebelumnya, kami tidak menghitung posisi Matahari dalam metode kami, namun langsung menggunakan pola jendela atap sebagai petunjuk navigasi,” jelas Kronland-Martinet. “Lebih tepatnya, kami mempertimbangkan variasi waktu dari polarisasi jendela atap, yang memungkinkan kami menghitung posisi kutub langit dengan mudah tanpa harus memproses kalkulus trigonometri yang rumit. Terlebih lagi, kami tidak memerlukan informasi lain selain gambar polarisasi, sehingga metode kami menjadi sangat sederhana.”

Menurut para peneliti, SkyPole dapat digunakan untuk mengkalibrasi kompas untuk sistem navigasi inersia yang dapat melayang seiring waktu. Teknologi ini juga dapat membantu navigasi laut, misalnya dengan memungkinkan pengembangan sekstan polarimetri otomatis. Menurut Kronland-Martinet, ini bahkan bisa menjadi alternatif navigasi berbasis satelit. “Meskipun sangat tepat, [sistem navigasi satelit] dapat dengan mudah dikaburkan dan dipalsukan dan mungkin bukan kandidat terbaik ketika informasi yang kuat diperlukan – misalnya, pada kendaraan otonom,” katanya. Dunia Fisika.

Saat ini, waktu pengumpulan data SkyPole yang lama membuatnya tidak cocok untuk penentuan posisi global secara instan, namun anggota tim sedang mencari cara untuk membuatnya lebih cepat. Mereka melaporkan pekerjaan mereka PNAS.

Stempel Waktu:

Lebih dari Dunia Fisika