昼間の偏光パターンが真北への道を指し示す – Physics World

コンパスやGPSを使わずに、あるいは太陽の位置さえ知らなくても、昼間の空を見るだけでどちらが北かを知ることができますか? 新しい光学手法のおかげで、答えはすぐに「イエス」になる可能性があります。 フランスのエクス・マルセイユ大学の研究者によって開発されたこの方法は、散乱した日光の偏光パターンを分析することによって機能します。 代替航行技術の開発を助けるだけでなく、動物が物理現象を利用して移動する方法を理解するのにも役立つ可能性がある。

現在、真北を識別する主な方法は XNUMX つあります。 XNUMX つは、人類の歴史を通じて航海士が行ってきたように、星の位置を使用することです。 もう一つは、磁気コンパスに頼ることです。 XNUMX 番目の最新の方法では、GPS などの全地球測位衛星システムが使用されます。 ただし、それぞれの方法には欠点があります。 星は夜で天気が良いときにのみ見えます。 磁気コンパスは、鉄を含む岩などの自然源からの磁気干渉の影響を受けやすいです。 また、衛星ナビゲーション システムは妨害電波やハッキングに対して脆弱です。

近年、研究者たちは、まばらな磁気および視覚的手がかりを使用して移動する方法についての新鮮なアイデアを求めて、昆虫や渡り鳥に目を向けています。 たとえば、渡り鳥が天の極の周りの星の回転を観察することで内部の磁気コンパスを校正する一方で、カタグリフィスアリは天の偏光を利用することが知られています。 一部の鳥は、日中の移動に偏光を使用することもあります。

天窓の偏光

研究者らが SkyPole と名付けたこの新しい方法は、大気中の粒子が光を散乱させるときに発生する天窓の偏光に依存しています。 色や強度とは異なり、天窓の偏光は人間の目には見えず、地表の観察者に対する太陽の位置に応じて明確なパターンを生成します。

地球は南北軸の周りを回転するため、北半球の観測者は、太陽が天の北極、つまり、北極に対応する空の点の周りを通る軌道を描くのを一日かけて見ることになります。地球の回転軸と天球との交点。したがって、夜に星座が北極星の周りを回るのと同じように、昼光の偏光度のパターンは日中この極の周りを回転します。

「天の北極では、偏光状態は一日中いつでも一定のままです」と説明します。 トーマス・クロンランド・マーティネット、研究チームのメンバーであり、博士課程の学生です。 エクス・マルセイユの科学研究所 (ISM) と プロヴァンス・マテリオ・マイクロ電子ナノ科学研究所 (IM2NP)。 「この特性を持つ空の唯一の点です。」

天窓パターンをナビゲーションの手がかりとして使用する

偏光測定カメラで経時的な偏光パターンの画像を収集することにより、研究者らは「偏光の不変性」、つまり XNUMX つの異なる期間の間に測定された偏光の交差点にある天の北極を正確に特定することができました。

「これまでの研究とは異なり、私たちはこの方法で太陽の位置を計算せず、天窓のパターンをナビゲーションの手掛かりとして直接使用しています」とクロンランド・マーティネット氏は説明する。 「より正確には、天窓の偏光の時間変化を考慮することで、複雑な三角法の計算を処理することなく、天の極の位置を簡単に計算できるようになります。 さらに、偏光画像以外の情報は必要ないため、手法が非常にシンプルになります。」

偏光が鳥の磁気コンパスを軌道から狂わせる

研究者らによると、SkyPole は時間の経過とともにドリフトする慣性航法システムのコンパスを校正するために使用できる可能性があります。 また、自動偏光六分儀の開発を可能にするなど、海洋航行にも役立つ可能性がある。 クロンランド・マーティネット氏によると、これは衛星ベースのナビゲーションの代替手段になる可能性さえあるという。 「[衛星ナビゲーション システム]は高精度ではありますが、簡単にぼやけたりなりすましされる可能性があり、たとえば自動運転車など、堅牢な情報が必要な場合には最適な候補ではない可能性があります」と彼は言います。 フィジックスワールド。

現時点では、SkyPole のデータ収集時間は長いため、瞬時の全地球測位には適していませんが、チームのメンバーはそれを高速化する方法を模索しています。 彼らは自分の仕事を次のように報告しています PNAS.

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• 情報源： https://physicsworld.com/a/daytime-polarization-patterns-point-the-way-to-true-north/