Padrões de polarização diurna apontam o caminho para o Norte Verdadeiro – Physics World

Você consegue dizer qual é o norte apenas olhando para o céu diurno, sem usar bússola ou GPS ou mesmo saber a posição do Sol? Graças a um novo método óptico, a resposta poderá em breve ser “sim”. Desenvolvido por pesquisadores da Universidade de Aix-Marseille, na França, o método funciona analisando os padrões de polarização na luz diurna dispersa. Além de ajudar no desenvolvimento de técnicas alternativas de navegação, poderá ajudar-nos a compreender como os animais utilizam fenómenos físicos para migrar.

Atualmente, existem três formas principais de identificar o Norte Verdadeiro. Uma delas é usar as posições das estrelas, como os navegadores fizeram ao longo da história humana. Outra é confiar em bússolas magnéticas. O terceiro método, mais recente, envolve sistemas globais de navegação por satélite, como o GPS. No entanto, cada método tem suas desvantagens. As estrelas só são visíveis à noite e com bom tempo. Bússolas magnéticas são facilmente afetadas por interferência magnética, inclusive de fontes naturais, como rochas contendo ferro. E os sistemas de navegação por satélite são vulneráveis ​​a interferências e hackers.

Nos últimos anos, os pesquisadores recorreram a insetos e aves migratórias em busca de novas ideias sobre como navegar usando sinais magnéticos e visuais esparsos. Sabe-se que as formigas Cataglyphis usam a polarização celestial, por exemplo, enquanto as aves migratórias calibram sua bússola magnética interna observando a rotação das estrelas em torno do pólo celeste. Algumas aves também podem usar a polarização para navegar durante o dia.

Polarização da clarabóia

O novo método, que os investigadores apelidaram de SkyPole, baseia-se na polarização da clarabóia, que ocorre quando as partículas na atmosfera dispersam a luz. Ao contrário da cor ou da intensidade, a polarização da clarabóia é invisível ao olho humano e produz um padrão distinto que depende da posição do Sol em relação a um observador na superfície da Terra.

Como a Terra gira em torno de um eixo norte-sul, um observador no hemisfério norte verá, ao longo de um dia, o Sol traçar um caminho em torno do pólo celeste norte – isto é, o ponto no céu que corresponde a a intersecção entre o eixo de rotação da Terra e a esfera celeste. Os padrões no grau de polarização da luz diurna irão, portanto, girar em torno deste pólo durante o dia, assim como as constelações giram em torno da Estrela do Norte à noite.

“O estado de polarização permanece constante a qualquer hora do dia no pólo celeste norte”, explica Thomas Kronland-Martinet, membro da equipe de estudo e estudante de doutorado na Instituto de Ciências do Movimento de Aix-Marselha (ISM) e o Instituto Matériaux Microélectronique Nanosciences de Provence (IM2NP). “É o único ponto no céu que possui esta propriedade.”

Usando o padrão da clarabóia como uma dica de navegação

Ao coletar imagens de padrões de polarização ao longo do tempo com uma câmera polarimétrica, os pesquisadores conseguiram localizar o pólo celeste norte na interseção das “invariâncias de polarização” – ou seja, a polarização medida entre dois períodos de tempo distintos.

“Ao contrário de estudos anteriores, não calculamos a posição do Sol no nosso método, mas usamos diretamente o padrão da clarabóia como uma dica de navegação”, explica Kronland-Martinet. “Mais precisamente, consideramos a variação temporal da polarização da claraboia, o que nos permite calcular facilmente a posição do pólo celeste sem ter que processar cálculos trigonométricos complexos. Além disso, não precisamos de nenhuma outra informação além de imagens de polarização, o que torna o nosso método muito simples.”

Luz polarizada desvia a bússola magnética dos pássaros

Segundo os pesquisadores, o SkyPole poderia ser usado para calibrar bússolas para sistemas de navegação inercial que estão sujeitos a desvios ao longo do tempo. Poderia também ajudar a navegação marítima, por exemplo, permitindo o desenvolvimento de sextantes polarimétricos automáticos. Segundo Kronland-Martinet, poderá até tornar-se uma alternativa à navegação por satélite. “Embora altamente precisos, [os sistemas de navegação por satélite] podem ser facilmente desfocados e falsificados e podem não ser os melhores candidatos para quando informações robustas são necessárias – por exemplo, em veículos autônomos”, diz ele. Mundo da Física.

Actualmente, os longos tempos de recolha de dados do SkyPole tornam-no inadequado para o posicionamento global instantâneo, mas os membros da equipa estão a explorar formas de o tornar mais rápido. Eles relatam seu trabalho em PNAS.

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