Wzory polaryzacji w ciągu dnia wskazują drogę do True North – Physics World

Czy potrafisz określić, która jest północ, po prostu patrząc na niebo w ciągu dnia, bez używania kompasu lub GPS, ani nawet nie znając położenia Słońca? Dzięki nowej metodzie optycznej odpowiedź może wkrótce brzmieć „tak”. Metoda opracowana przez naukowców z Uniwersytetu w Aix-Marseille we Francji opiera się na analizie wzorców polaryzacji w rozproszonym świetle dziennym. Oprócz pomocy w opracowaniu alternatywnych technik nawigacji, może pomóc nam zrozumieć, w jaki sposób zwierzęta wykorzystują zjawiska fizyczne do migracji.

Obecnie istnieją trzy główne sposoby identyfikacji prawdziwej północy. Jednym z nich jest wykorzystanie pozycji gwiazd, tak jak robili to nawigatorzy w całej historii ludzkości. Innym jest poleganie na kompasach magnetycznych. Trzecia, najnowsza metoda wykorzystuje globalne systemy nawigacji satelitarnej, takie jak GPS. Jednak każda metoda ma swoje wady. Gwiazdy są widoczne tylko w nocy i przy dobrej pogodzie. Na kompasy magnetyczne łatwo wpływają zakłócenia magnetyczne, także te pochodzące ze źródeł naturalnych, takich jak skały zawierające żelazo. Systemy nawigacji satelitarnej są podatne na zakłócenia i ataki hakerskie.

W ostatnich latach badacze zwrócili się ku owadom i migrującym ptakom, szukając nowych pomysłów na nawigację przy użyciu nielicznych wskazówek magnetycznych i wizualnych. Wiadomo na przykład, że mrówki kataglifowe wykorzystują polaryzację niebieską, podczas gdy migrujące ptaki kalibrują swój wewnętrzny kompas magnetyczny, obserwując rotację gwiazd wokół bieguna niebieskiego. Niektóre ptaki mogą również wykorzystywać polaryzację do nawigacji w ciągu dnia.

Polaryzacja świetlika

Nowa metoda, którą naukowcy nazwali SkyPole, opiera się na polaryzacji świetlika, która zachodzi, gdy cząstki w atmosferze rozpraszają światło. W przeciwieństwie do koloru i intensywności, polaryzacja świetlika jest niewidoczna dla ludzkiego oka i tworzy wyraźny wzór zależny od położenia Słońca względem obserwatora na powierzchni Ziemi.

Ponieważ Ziemia obraca się wokół osi północ–południe, obserwator z półkuli północnej będzie w ciągu dnia widział, jak Słońce wyznacza ścieżkę wokół północnego bieguna niebieskiego – czyli punktu na niebie odpowiadającego przecięcie osi obrotu Ziemi ze sferą niebieską. Wzorce stopnia polaryzacji światła dziennego będą zatem obracać się wokół tego bieguna w ciągu dnia, tak jak konstelacje krążą wokół Gwiazdy Polarnej w nocy.

„Stan polaryzacji na północnym biegunie niebieskim pozostaje stały o każdej porze dnia” – wyjaśnia Thomasa Kronlanda-Martineta, członek zespołu badawczego i doktorant na ul Institut des Sciences du Mouvement w Aix-Marsylia (ISM) i Instytut Matériaux Microélectronique Nanosciences de Provence (IM2NP). „To jedyny punkt na niebie, w którym znajduje się ta nieruchomość”.

Używanie wzoru świetlika jako wskazówki nawigacyjnej

Zbierając obrazy wzorców polaryzacji w czasie za pomocą kamery polarymetrycznej, badacze byli w stanie wskazać północny biegun niebieski na przecięciu „niezmienności polaryzacji”, czyli polaryzacji mierzonej pomiędzy dwoma różnymi okresami czasu.

„W przeciwieństwie do poprzednich badań, w naszej metodzie nie obliczamy pozycji Słońca, ale bezpośrednio wykorzystujemy układ świetlików jako wskazówkę nawigacyjną” – wyjaśnia Kronland-Martinet. „Dokładniej, bierzemy pod uwagę zmienność polaryzacji świetlika w czasie, co pozwala nam łatwo obliczyć położenie bieguna niebieskiego bez konieczności wykonywania skomplikowanych rachunków trygonometrycznych. Co więcej, nie potrzebujemy żadnych innych informacji poza obrazami polaryzacyjnymi, co czyni naszą metodę bardzo prostą”.

Spolaryzowane światło zbacza z kursu kompasu magnetycznego ptaków

Zdaniem naukowców SkyPole można wykorzystać do kalibracji kompasów w systemach nawigacji inercyjnej, które z biegiem czasu podlegają dryfowi. Mógłby także wspomóc nawigację morską, na przykład umożliwiając rozwój automatycznych sekstansów polarymetrycznych. Zdaniem Kronland-Martinet może ona stać się nawet alternatywą dla nawigacji satelitarnej. „Chociaż [systemy nawigacji satelitarnej] są bardzo precyzyjne, można je łatwo zamazać i sfałszować, dlatego mogą nie być najlepszym kandydatem, gdy potrzebne są rzetelne informacje – na przykład w pojazdach autonomicznych” – mówi Fizyka Świat.

Obecnie długie czasy gromadzenia danych przez SkyPole sprawiają, że nie nadaje się on do natychmiastowego globalnego pozycjonowania, ale członkowie zespołu badają sposoby, aby przyspieszyć to działanie. Zgłaszają swoją pracę w PNAS.

• Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
• PlatoData.Network Pionowe generatywne AI. Wzmocnij się. Dostęp tutaj.
• PlatoAiStream. Inteligencja Web3. Wiedza wzmocniona. Dostęp tutaj.
• PlatonESG. Motoryzacja / pojazdy elektryczne, Węgiel Czysta technologia, Energia, Środowisko, Słoneczny, Gospodarowanie odpadami. Dostęp tutaj.
• Platon Zdrowie. Inteligencja w zakresie biotechnologii i badań klinicznych. Dostęp tutaj.
• ChartPrime. Podnieś poziom swojej gry handlowej dzięki ChartPrime. Dostęp tutaj.
• Przesunięcia bloków. Modernizacja własności offsetu środowiskowego. Dostęp tutaj.
• Źródło: https://physicsworld.com/a/daytime-polarization-patterns-point-the-way-to-true-north/