Дневные модели поляризации указывают путь к истинному северу – Мир Физики

Можете ли вы сказать, где находится север, просто взглянув на дневное небо, не пользуясь компасом или GPS и даже не зная положения Солнца? Благодаря новому оптическому методу ответ вскоре может быть «да». Этот метод, разработанный исследователями из Экс-Марсельского университета во Франции, основан на анализе поляризационных моделей рассеянного дневного света. Помимо помощи в разработке альтернативных методов навигации, это могло бы помочь нам понять, как животные используют физические явления для миграции.

В настоящее время существует три основных способа определения истинного севера. Один из них — использовать положение звезд, как это делали мореплаватели на протяжении всей истории человечества. Другой — полагаться на магнитные компасы. Третий, самый последний, метод включает в себя глобальные навигационные спутниковые системы, такие как GPS. Однако каждый метод имеет свои недостатки. Звезды видны только ночью и в хорошую погоду. На магнитные компасы легко воздействуют магнитные помехи, в том числе от природных источников, таких как железосодержащие породы. А системы спутниковой навигации уязвимы для глушения и взлома.

В последние годы исследователи обратились к насекомым и мигрирующим птицам за свежими идеями о том, как ориентироваться, используя редкие магнитные и визуальные сигналы. Известно, например, что муравьи-катаглифи используют небесную поляризацию, в то время как перелетные птицы калибруют свой внутренний магнитный компас, наблюдая за вращением звезд вокруг небесного полюса. Некоторые птицы также могут использовать поляризацию для навигации в течение дня.

Поляризация светового люка

Новый метод, который исследователи назвали SkyPole, основан на поляризации неба, которая возникает, когда частицы в атмосфере рассеивают свет. В отличие от цвета или интенсивности, поляризация неба невидима человеческому глазу и создает отчетливую картину, которая зависит от положения Солнца по отношению к наблюдателю на поверхности Земли.

Поскольку Земля вращается вокруг оси север-юг, наблюдатель в северном полушарии в течение дня увидит, как Солнце очерчивает путь вокруг северного небесного полюса, то есть точки на небе, которая соответствует точка пересечения оси вращения Земли и небесной сферы. Таким образом, узоры степени поляризации дневного света будут вращаться вокруг этого полюса в течение дня, точно так же, как созвездия вращаются вокруг Полярной звезды ночью.

«Состояние поляризации остается постоянным в любое время суток на северном небесном полюсе», — объясняет Томас Кронланд-Мартинет, член исследовательской группы и аспирант в Институт наук движения в Экс-Марселе (ИЗМ) и Институт микроэлектронных нанонаук Прованса (ИМ2НП). «Это единственная точка на небе, обладающая этим свойством».

Использование рисунка светового люка в качестве навигационного ориентира

Собирая изображения поляризационных паттернов с течением времени с помощью поляриметрической камеры, исследователи смогли точно определить северный небесный полюс на пересечении «поляризационных инвариантностей», то есть поляризации, измеренной между двумя разными периодами времени.

«В отличие от предыдущих исследований, в нашем методе мы не вычисляем положение Солнца, а напрямую используем рисунок светового неба в качестве навигационного ориентира», — объясняет Кронланд-Мартинет. «Точнее, мы учитываем изменение во времени поляризации светового люка, что позволяет нам легко рассчитать положение небесного полюса без обработки сложных тригонометрических вычислений. Более того, нам не нужна никакая другая информация, кроме поляризационных изображений, что делает наш метод очень простым».

Поляризованный свет сбивает магнитный компас птиц с курса

По мнению исследователей, SkyPole можно использовать для калибровки компасов инерциальных навигационных систем, которые со временем могут дрейфовать. Это также могло бы помочь в морской навигации, например, позволив разработать автоматические поляриметрические секстанты. По мнению Kronland-Martinet, он даже может стать альтернативой спутниковой навигации. «Несмотря на то, что [спутниковые навигационные системы] очень точны, их можно легко размыть и подделать, и они могут быть не лучшим кандидатом, когда требуется надежная информация — например, в автономных транспортных средствах», — говорит он. Мир физики.

В настоящее время продолжительное время сбора данных SkyPole делает его непригодным для мгновенного глобального позиционирования, но члены команды изучают способы сделать это быстрее. Они сообщают о своей работе в PNAS.

• SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
• PlatoData.Network Вертикальный генеративный ИИ. Расширьте возможности себя. Доступ здесь.
• ПлатонАйСтрим. Интеллект Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
• ПлатонЭСГ. Автомобили / электромобили, Углерод, чистые технологии, Энергия, Окружающая среда, Солнечная, Управление отходами. Доступ здесь.
• ПлатонЗдоровье. Биотехнологии и клинические исследования. Доступ здесь.
• ЧартПрайм. Улучшите свою торговую игру с ChartPrime. Доступ здесь.
• Смещения блоков. Модернизация права собственности на экологические компенсации. Доступ здесь.
• Источник: https://physicsworld.com/a/daytime-polarization-patterns-point-the-way-to-true-north/