Денна поляризація вказує шлях до справжньої півночі – Physics World

Чи можете ви визначити, куди йде північ, просто дивлячись на денне небо, не використовуючи компаса чи GPS і навіть не знаючи положення Сонця? Завдяки новому оптичному методу відповідь незабаром може бути «так». Метод, розроблений дослідниками з Університету Екс-Марсель у Франції, працює шляхом аналізу поляризаційних моделей у розсіяному денному світлі. Окрім допомоги в розробці альтернативних методів навігації, це може допомогти нам зрозуміти, як тварини використовують фізичні явища для міграції.

В даний час існує три основних способи визначення справжньої півночі. Перший — використовувати положення зірок, як це робили мореплавці протягом всієї історії людства. Інший – покладатися на магнітні компаси. Третій, останній, метод включає глобальні навігаційні супутникові системи, такі як GPS. Однак кожен метод має свої недоліки. Зірки видно тільки вночі і в гарну погоду. Магнітні компаси легко піддаються впливу магнітних перешкод, у тому числі від природних джерел, таких як залізовмісні породи. А системи супутникової навігації вразливі до перешкод і злому.

В останні роки дослідники звернулися до комах і мігруючих птахів, щоб отримати свіжі ідеї про те, як орієнтуватися за допомогою рідкісних магнітних і візуальних сигналів. Відомо, що мурахи Cataglyphis використовують небесну поляризацію, наприклад, коли мігруючі птахи калібрують свій внутрішній магнітний компас, спостерігаючи за обертанням зірок навколо небесного полюса. Деякі птахи також можуть використовувати поляризацію для навігації вдень.

Поляризація світлового світла

Новий метод, який дослідники назвали SkyPole, базується на поляризації світла, яка виникає, коли частинки в атмосфері розсіюють світло. На відміну від кольору чи інтенсивності, поляризація світлового світла невидима для людського ока, і вона створює чіткий малюнок, який залежить від положення Сонця відносно спостерігача на поверхні Землі.

Оскільки Земля обертається навколо осі північ-південь, спостерігач у північній півкулі протягом дня побачить, як Сонце прокладає шлях навколо північного небесного полюса, тобто точки на небі, яка відповідає місце перетину осі обертання Землі з небесною сферою. Таким чином, закономірності ступеня поляризації денного світла обертатимуться навколо цього полюса протягом дня, так само як сузір’я обертаються навколо Полярної зірки вночі.

«Стан поляризації залишається незмінним у будь-який час доби на північному небесному полюсі», — пояснює Томас Кронланд-Мартіне, член навчального колективу та аспірант ст Екс-Марсельський інститут наук руху (ISM) і Institut Matériaux Microélectronique Nanosciences de Provence (IM2NP). «Це єдина точка на небі, яка має таку властивість».

Використання візерунка світлового вікна як навігаційної підказки

Збираючи поляризаційні картини протягом певного часу за допомогою поляриметричної камери, дослідники змогли точно визначити північний небесний полюс на перетині «інваріантності поляризації» — тобто поляризації, виміряної між двома різними періодами часу.

«На відміну від попередніх досліджень, ми не обчислюємо положення Сонця в нашому методі, а безпосередньо використовуємо шаблон світлового світла як навігаційну підказку», — пояснює Кронланд-Мартінет. «Більш точно, ми розглядаємо часові зміни поляризації світла, що дозволяє нам легко обчислити положення небесного полюса без необхідності обробляти складні тригонометричні обчислення. Більше того, нам не потрібна інша інформація, окрім поляризаційних зображень, що робить наш метод дуже простим».

Поляризоване світло збиває магнітний компас птахів з курсу

За словами дослідників, SkyPole можна використовувати для калібрування компаса для інерціальних навігаційних систем, які піддаються дрейфу з часом. Це також може допомогти морській навігації, наприклад, дозволивши розробити автоматичні поляриметричні секстанти. За словами Kronland-Martinet, це навіть може стати альтернативою супутниковій навігації. «Незважаючи на високу точність, [супутникові навігаційні системи] можна легко розмити та підробити, і вони можуть бути не найкращим кандидатом, коли потрібна надійна інформація, наприклад, в автономних транспортних засобах», — каже він. Світ фізики.

Наразі тривалий час збору даних SkyPole робить його непридатним для миттєвого глобального позиціонування, але члени команди шукають способи зробити це швидше. Вони звітують про свою роботу в PNAS.

• Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Додайте собі сили. Доступ тут.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Розширення знань. Доступ тут.
• ПлатонЕСГ. Автомобільні / електромобілі, вуглець, CleanTech, Енергія, Навколишнє середовище, Сонячна, Поводження з відходами. Доступ тут.
• PlatoHealth. Розвідка про біотехнології та клінічні випробування. Доступ тут.
• ChartPrime. Розвивайте свою торгову гру за допомогою ChartPrime. Доступ тут.
• BlockOffsets. Модернізація екологічної компенсаційної власності. Доступ тут.
• джерело: https://physicsworld.com/a/daytime-polarization-patterns-point-the-way-to-true-north/