รูปแบบโพลาไรเซชันในเวลากลางวันชี้ให้เห็นถึงทิศเหนือที่แท้จริง – โลกแห่งฟิสิกส์

รูปแบบโพลาไรเซชันในเวลากลางวันชี้ให้เห็นถึงทิศเหนือที่แท้จริง – โลกแห่งฟิสิกส์

Time Stamp: 17 สิงหาคม 2023 6:04

ดวงดาว (ส่วนโค้งสีขาว) ดูเหมือนจะหมุนรอบขั้วโลกเหนือ
ภาพซ้อนทับของภาพถ่ายเส้นทางดาว ซึ่งดวงดาว (ส่วนโค้งสีขาว) ดูเหมือนจะหมุนรอบขั้วโลกเหนือ และการจำลองเชิงตัวเลขของเส้นโพลาไรเซชันที่ไม่แปรเปลี่ยนตามเวลา (เส้นมืด) ซึ่งวัดโดยกล้องโพลาริเมตริกในช่วงกลางวัน เอื้อเฟื้อโดย: Thomas Kronland-Martinet (CNRS/Aix-Marseille University) และ ESO/B Tafreshi (twanight.org)

คุณบอกได้ไหมว่าทิศไหนคือทิศเหนือเพียงแค่มองท้องฟ้าตอนกลางวัน โดยไม่ต้องใช้เข็มทิศหรือ GPS หรือแม้แต่รู้ตำแหน่งของดวงอาทิตย์? ด้วยวิธีการมองเห็นแบบใหม่ คำตอบอาจเป็น "ใช่" ในไม่ช้า พัฒนาโดยนักวิจัยจากมหาวิทยาลัย Aix-Marseille ในฝรั่งเศส วิธีการนี้ทำงานโดยการวิเคราะห์รูปแบบโพลาไรเซชันในเวลากลางวันที่กระจัดกระจาย นอกจากจะช่วยพัฒนาเทคนิคการนำทางทางเลือกแล้ว ยังช่วยให้เราเข้าใจว่าสัตว์ใช้ปรากฏการณ์ทางกายภาพในการอพยพอย่างไร

ปัจจุบันมีสามวิธีหลักในการระบุ True North ประการแรกคือการใช้ตำแหน่งของดวงดาว ดังที่นักเดินเรือเคยทำมาตลอดประวัติศาสตร์ของมนุษย์ อีกประการหนึ่งคือการพึ่งพาเข็มทิศแม่เหล็ก วิธีที่สามซึ่งล่าสุดเกี่ยวข้องกับระบบดาวเทียมนำทางทั่วโลก เช่น GPS อย่างไรก็ตาม แต่ละวิธีก็มีข้อเสียของตัวเอง ดวงดาวจะมองเห็นได้เฉพาะในเวลากลางคืนและในวันที่อากาศดี เข็มทิศแม่เหล็กได้รับผลกระทบจากการรบกวนของแม่เหล็กได้ง่าย รวมถึงจากแหล่งธรรมชาติ เช่น หินที่มีเหล็ก และระบบนำทางด้วยดาวเทียมเสี่ยงต่อการถูกรบกวนและแฮ็ก

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา นักวิจัยได้หันไปหาแมลงและนกอพยพเพื่อหาแนวคิดใหม่ๆ เกี่ยวกับวิธีการนำทางโดยใช้สัญญาณแม่เหล็กและภาพแบบเบาบาง เป็นที่ทราบกันดีว่ามด Cataglyphis ใช้โพลาไรซ์บนท้องฟ้า ในขณะที่นกอพยพจะปรับเทียบเข็มทิศแม่เหล็กภายในโดยสังเกตการหมุนของดวงดาวรอบขั้วท้องฟ้า นกบางชนิดอาจใช้โพลาไรเซชันเพื่อนำทางในระหว่างวัน

โพลาไรซ์สกายไลท์

วิธีการใหม่ซึ่งนักวิจัยตั้งชื่อว่า SkyPole นั้นอาศัยโพลาไรเซชันของสกายไลท์ ซึ่งเกิดขึ้นเมื่ออนุภาคในชั้นบรรยากาศกระเจิงแสง ต่างจากสีหรือความเข้ม โพลาไรเซชันของแสงสกายไลท์ไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตามนุษย์ และทำให้เกิดรูปแบบที่ชัดเจนซึ่งขึ้นอยู่กับตำแหน่งของดวงอาทิตย์เมื่อเทียบกับผู้สังเกตการณ์บนพื้นผิวโลก

เนื่องจากโลกหมุนรอบแกนเหนือ-ใต้ ผู้สังเกตการณ์ในซีกโลกเหนือจะเห็นดวงอาทิตย์ตามเส้นทางรอบขั้วโลกเหนือตลอดทั้งวัน นั่นคือจุดบนท้องฟ้าที่สอดคล้องกับ จุดตัดระหว่างแกนหมุนของโลกกับทรงกลมท้องฟ้า รูปแบบในระดับโพลาไรเซชันของแสงกลางวันจะหมุนรอบขั้วโลกนี้ในระหว่างวัน เช่นเดียวกับที่กลุ่มดาวโคจรรอบดาวเหนือในเวลากลางคืน

“สถานะของโพลาไรเซชันจะคงที่ ณ ขั้วโลกเหนือ ณ เวลาใดก็ได้ของวัน” อธิบาย โธมัส ครอนแลนด์-มาร์ติเน็ตซึ่งเป็นสมาชิกของทีมศึกษาและนักศึกษาปริญญาเอกที่ Institut des Sciences du Mouvement ของ Aix-Marseille (ISM) และ Institut Matériaux Microélectronique Nanosciences de Provence (IM2NP) “มันเป็นจุดเดียวบนท้องฟ้าที่มีทรัพย์สินนี้”

โดยใช้รูปแบบช่องแสงเป็นสัญญาณนำทาง

ด้วยการรวบรวมภาพรูปแบบโพลาไรเซชันในช่วงเวลาต่างๆ ด้วยกล้องโพลาริเมตริก นักวิจัยสามารถระบุขั้วโลกเหนือที่จุดตัดของ "ค่าคงที่ของโพลาไรเซชัน" ซึ่งก็คือโพลาไรเซชันที่วัดระหว่างช่วงเวลาที่แตกต่างกันสองช่วง

“ตรงกันข้ามกับการศึกษาก่อนหน้านี้ เราไม่ได้คำนวณตำแหน่งของดวงอาทิตย์ในวิธีการของเรา แต่ใช้รูปแบบช่องแสงบนท้องฟ้าเป็นแนวทางในการนำทางโดยตรง” ครอนแลนด์-มาร์ติเน็ตอธิบาย “แม่นยำยิ่งขึ้น เราพิจารณาความแปรผันของเวลาของโพลาไรเซชันของสกายไลท์ ซึ่งช่วยให้เราสามารถคำนวณตำแหน่งของขั้วท้องฟ้าได้อย่างง่ายดาย โดยไม่ต้องประมวลผลแคลคูลัสตรีโกณมิติที่ซับซ้อน ยิ่งไปกว่านั้น เราไม่ต้องการข้อมูลอื่นใดนอกจากภาพโพลาไรเซชัน ทำให้วิธีการของเราง่ายมาก”

นักวิจัยระบุว่า SkyPole สามารถใช้เพื่อปรับเทียบเข็มทิศสำหรับระบบนำทางเฉื่อยที่อาจมีการเคลื่อนตัวเมื่อเวลาผ่านไป นอกจากนี้ยังสามารถช่วยเหลือการเดินเรือทางทะเลได้ด้วย เช่น ช่วยให้สามารถพัฒนาเครื่องวัดระยะเชิงโพลาริเมตริกอัตโนมัติได้ ตามข้อมูลของ Kronland-Martinet มันอาจกลายเป็นทางเลือกแทนการนำทางด้วยดาวเทียมก็ได้ “ในขณะที่มีความแม่นยำสูง [ระบบนำทางด้วยดาวเทียม] สามารถเบลอและปลอมแปลงได้ง่าย และอาจไม่ใช่ตัวเลือกที่ดีที่สุดเมื่อต้องการข้อมูลที่แข็งแกร่ง เช่น ในยานพาหนะที่ขับเคลื่อนอัตโนมัติ” เขากล่าว ฟิสิกส์โลก.

ปัจจุบัน SkyPole ใช้เวลาในการรวบรวมข้อมูลที่ยาวนานทำให้ไม่เหมาะสมสำหรับการระบุตำแหน่งทั่วโลกในทันที แต่สมาชิกในทีมกำลังค้นหาวิธีที่จะทำให้เร็วขึ้น พวกเขารายงานการทำงานของพวกเขาใน PNAS.

ประทับเวลา:

เพิ่มเติมจาก โลกฟิสิกส์

การสัมผัสรังสีคอสมิกในภารกิจอวกาศอาจทำให้เกิดภาวะหย่อนสมรรถภาพทางเพศ ช่องของเหลวในน้ำแข็งเพิ่มความเสียหายจากน้ำค้างแข็ง - โลกฟิสิกส์

คลัสเตอร์ต้นทาง:
โหนดต้นทาง: 1917217
ประทับเวลา: พฤศจิกายน 24, 2023