주간 편광 패턴은 진북으로 가는 길을 가리킵니다

플라톤에 의해 재발행

팔로워 : 0

별(흰색 호)이 천구의 북극을 중심으로 회전하는 것처럼 보입니다. — 별(흰색 호)이 천구의 북극을 중심으로 회전하는 것처럼 보이는 별 궤적 사진과 주간에 편광 카메라로 측정한 시불변 편광선(어두운 선)의 수치 시뮬레이션을 오버레이합니다. 제공: Thomas Kronland-Martinet(CNRS/Aix-Marseille University) 및 ESO/B Tafreshi(twanight.org)

나침반이나 GPS를 사용하지 않고, 심지어 태양의 위치를 알지 못해도 낮 하늘만 보고 어느 쪽이 북쪽인지 알 수 있습니까? 새로운 광학 방식 덕분에 대답은 곧 "예"가 될 수 있습니다. 프랑스 Aix-Marseille University의 연구원들이 개발한 이 방법은 산란된 일광의 편광 패턴을 분석하여 작동합니다. 대체 항법 기술의 개발을 지원할 뿐만 아니라 동물이 물리적 현상을 사용하여 이동하는 방법을 이해하는 데 도움이 될 수 있습니다.

현재 진북을 식별하는 세 가지 주요 방법이 있습니다. 하나는 항해사가 인류 역사 전반에 걸쳐 해왔던 것처럼 별의 위치를 사용하는 것입니다. 또 다른 방법은 자기 나침반에 의존하는 것입니다. 가장 최근의 세 번째 방법은 GPS와 같은 글로벌 항법 위성 시스템을 포함합니다. 그러나 각 방법에는 단점이 있습니다. 별은 밤과 날씨가 좋을 때만 볼 수 있습니다. 자기 나침반은 철을 함유한 암석과 같은 천연 자원을 포함하여 자기 간섭의 영향을 쉽게 받습니다. 그리고 위성 내비게이션 시스템은 전파 방해와 해킹에 취약합니다.

최근 몇 년 동안 연구자들은 희박한 자기 및 시각적 단서를 사용하여 탐색하는 방법에 대한 신선한 아이디어를 얻기 위해 곤충과 철새에 눈을 돌렸습니다. 예를 들어, Cataglyphis 개미는 천구의 편광을 사용하는 것으로 알려져 있으며, 철새는 천구의 극 주위의 별의 회전을 관찰하여 내부 자기 나침반을 보정합니다. 일부 새는 낮 동안 탐색하기 위해 편광을 사용할 수도 있습니다.

채광창 편광

연구원들이 SkyPole이라고 명명한 새로운 방법은 대기 중의 입자가 빛을 산란시킬 때 발생하는 채광창 편광에 의존합니다. 색상이나 강도와 달리 채광창 편광은 인간의 눈에 보이지 않으며 지구 표면의 관찰자를 기준으로 한 태양의 위치에 따라 뚜렷한 패턴을 생성합니다.

지구는 남북 축을 중심으로 회전하므로 북반구에 있는 관찰자는 하루 동안 태양이 천구의 북극, 즉 천구의 북극을 중심으로 경로를 그리는 것을 볼 수 있습니다. 지구의 자전축과 천구의 교차점. 따라서 밤에 별자리가 북극성을 중심으로 회전하는 것처럼 일광 편광 정도의 패턴은 낮 동안 이 극을 중심으로 회전합니다.

“천구의 북극에서는 양극화 상태가 하루 중 언제라도 일정하게 유지됩니다.”라고 설명합니다. 토마스 크론란트-마르티넷, 연구팀의 일원이자 박사 과정 학생 Aix-Marseille의 Institut des Sciences du Mouvement (ISM)과 Institut Matériaux Microélectronique Nanosciences de Provence(프로방스 소재) (IM2NP). "이 속성을 갖는 것은 하늘의 유일한 지점입니다."

채광창 패턴을 탐색 신호로 사용

연구진은 편광 카메라를 사용하여 시간 경과에 따른 편광 패턴 이미지를 수집함으로써 "편광 불변성"의 교차점, 즉 서로 다른 두 기간 사이에 측정된 편광인 천구의 북극을 정확히 찾아낼 수 있었습니다.

"이전 연구와는 달리 우리는 우리 방법으로 태양의 위치를 계산하지 않고 채광창 패턴을 탐색 단서로 직접 사용합니다."라고 Kronland-Martinet은 설명합니다. “더 정확하게는 우리는 채광창 편광의 시간 변화를 고려합니다. 이를 통해 복잡한 삼각법 미적분을 처리하지 않고도 천구의 극 위치를 쉽게 계산할 수 있습니다. 게다가 편광 이미지 외에는 다른 정보가 필요하지 않아 방법이 매우 간단합니다.”

편광으로 인해 새의 자기 나침반이 경로에서 벗어남

연구원들에 따르면 SkyPole은 시간이 지남에 따라 표류할 수 있는 관성 항법 시스템의 나침반을 교정하는 데 사용될 수 있습니다. 예를 들어 자동 편광 육분의 개발을 가능하게 함으로써 해양 항해에도 도움이 될 수 있습니다. Kronland-Martinet에 따르면 이는 위성 기반 항법의 대안이 될 수도 있습니다. “[위성 내비게이션 시스템]은 매우 정확하지만 쉽게 흐려지고 스푸핑될 수 있으며 자율주행차와 같이 강력한 정보가 필요한 경우에는 적합하지 않을 수 있습니다.”라고 그는 말합니다. 물리학 세계.

현재 SkyPole의 긴 데이터 수집 시간으로 인해 즉각적인 글로벌 포지셔닝에는 적합하지 않지만 팀원들은 이를 더 빠르게 만드는 방법을 모색하고 있습니다. 그들은 자신의 작업을 보고합니다. PNAS.