Dnevni polarizacijski vzorci kažejo pot do pravega severa – sveta fizike

Ali lahko ugotovite, katera smer je proti severu, samo s pogledom na nebo podnevi, brez uporabe kompasa ali GPS-a ali celo poznavanja položaja Sonca? Zahvaljujoč novi optični metodi bi lahko bil odgovor kmalu "da". Metoda, ki so jo razvili raziskovalci na univerzi Aix-Marseille v Franciji, deluje tako, da analizira polarizacijske vzorce v razpršeni dnevni svetlobi. Poleg pomoči pri razvoju alternativnih navigacijskih tehnik nam lahko pomaga razumeti, kako živali uporabljajo fizične pojave za selitev.

Trenutno obstajajo trije glavni načini za identifikacijo pravega severa. Ena je uporaba položajev zvezd, kot so to počeli navigatorji skozi človeško zgodovino. Druga možnost je zanašanje na magnetne kompase. Tretja, najnovejša metoda vključuje globalne satelitske navigacijske sisteme, kot je GPS. Vendar ima vsaka metoda svoje pomanjkljivosti. Zvezde so vidne samo ponoči in ob lepem vremenu. Na magnetne kompase zlahka vplivajo magnetne motnje, tudi iz naravnih virov, kot so kamnine, ki vsebujejo železo. In satelitski navigacijski sistemi so ranljivi za motenje in vdiranje.

V zadnjih letih so se raziskovalci obrnili na žuželke in ptice selivke, da bi dobili sveže zamisli o tem, kako krmariti z uporabo redkih magnetnih in vizualnih znakov. Znano je, da mravlje Cataglyphis na primer uporabljajo nebesno polarizacijo, medtem ko ptice selivke umerjajo svoj notranji magnetni kompas z opazovanjem vrtenja zvezd okoli nebesnega pola. Nekatere ptice lahko uporabljajo tudi polarizacijo za navigacijo podnevi.

Polarizacija strešnega okna

Nova metoda, ki so jo raziskovalci poimenovali SkyPole, se opira na polarizacijo strešnega okna, do katere pride, ko delci v ozračju razpršijo svetlobo. Za razliko od barve ali intenzivnosti je polarizacija svetlobe nevidna človeškemu očesu in ustvarja jasen vzorec, ki je odvisen od položaja Sonca glede na opazovalca na zemeljski površini.

Since the Earth rotates around a north–south axis, an observer in the northern hemisphere will, over the course of a day, see the Sun trace out a path around the north celestial pole – that is, the point in the sky that corresponds to the intersection between the Earth’s rotational axis and the celestial sphere. Patterns in the degree of daylight polarization will therefore rotate around this pole during the day, just as constellations revolve around the North Star at night.

"Stanje polarizacije ostaja konstantno kadar koli v dnevu na severnem nebesnem polu," pojasnjuje Thomas Kronland-Martinet, članica študijskega tima in doktorska študentka na Aix-Marseille Institut des Sciences du Mouvement (ISM) in Institut Matériaux Microélectronique Nanosciences de Provence (IM2NP). "To je edina točka na nebu, ki ima to lastnost."

Uporaba vzorca strešnega okna kot navigacijske iztočnice

Z zbiranjem slik polarizacijskih vzorcev skozi čas s polarimetrično kamero so raziskovalci lahko natančno določili severni nebesni pol na presečišču "polarizacijskih invarianc" - to je polarizacija, izmerjena med dvema različnima časovnima obdobjema.

»V nasprotju s prejšnjimi študijami v naši metodi ne izračunamo položaja Sonca, ampak neposredno uporabimo vzorec svetlobnika kot navigacijsko iztočnico,« pojasnjuje Kronland-Martinet. »Natančneje, upoštevamo časovno variacijo polarizacije svetilnika, kar nam omogoča enostaven izračun položaja nebesnega pola, ne da bi morali obdelati zapleten trigonometrični izračun. Še več, ne potrebujemo nobenih drugih informacij kot polarizacijske slike, zaradi česar je naša metoda zelo preprosta.

Polarizirana svetloba vrže ptičji magnetni kompas s smeri

Po mnenju raziskovalcev bi lahko SkyPole uporabili za umerjanje kompasov za inercialne navigacijske sisteme, ki so sčasoma podvrženi odnašanju. Prav tako bi lahko pomagal pomorski navigaciji, na primer z omogočanjem razvoja avtomatskih polarimetričnih sekstantov. Po mnenju Kronland-Martineta bi lahko postal celo alternativa satelitski navigaciji. »Čeprav so zelo natančni, je [satelitske navigacijske sisteme] mogoče zlahka zamegliti in ponarediti ter morda niso najboljši kandidat, ko so potrebne zanesljive informacije – na primer pri avtonomnih vozilih,« pravi. Svet fizike.

Trenutno SkyPole zaradi dolgih časov zbiranja podatkov ni primeren za takojšnje globalno pozicioniranje, vendar člani ekipe raziskujejo načine, kako bi to naredili hitreje. O svojem delu poročajo v PNAS.

• Distribucija vsebine in PR s pomočjo SEO. Okrepite se še danes.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Opolnomočite se. Dostopite tukaj.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Razširjeno znanje. Dostopite tukaj.
• PlatoESG. Avtomobili/EV, Ogljik, CleanTech, Energija, Okolje, sončna energija, Ravnanje z odpadki. Dostopite tukaj.
• PlatoHealth. Obveščanje o biotehnologiji in kliničnih preskušanjih. Dostopite tukaj.
• ChartPrime. Izboljšajte svojo igro trgovanja s ChartPrime. Dostopite tukaj.
• BlockOffsets. Posodobitev okoljskega offset lastništva. Dostopite tukaj.
• vir: https://physicsworld.com/a/daytime-polarization-patterns-point-the-way-to-true-north/