Los patrones de polarización diurna señalan el camino hacia el norte verdadero

¿Puedes saber en qué dirección está el norte con solo mirar el cielo durante el día, sin usar una brújula o un GPS o incluso conocer la posición del Sol? Gracias a un nuevo método óptico, la respuesta pronto podría ser “sí”. Desarrollado por investigadores de la Universidad de Aix-Marsella en Francia, el método funciona analizando los patrones de polarización en la luz diurna dispersa. Además de ayudar al desarrollo de técnicas de navegación alternativas, podría ayudarnos a comprender cómo los animales utilizan los fenómenos físicos para migrar.

En la actualidad, existen tres formas principales de identificar el Norte Verdadero. Una es utilizar las posiciones de las estrellas, como lo han hecho los navegantes a lo largo de la historia de la humanidad. Otra es confiar en brújulas magnéticas. El tercer método, el más reciente, implica sistemas globales de navegación por satélite como el GPS. Sin embargo, cada método tiene sus inconvenientes. Las estrellas sólo son visibles de noche y cuando hace buen tiempo. Las brújulas magnéticas se ven fácilmente afectadas por interferencias magnéticas, incluidas las de fuentes naturales como las rocas que contienen hierro. Y los sistemas de navegación por satélite son vulnerables a interferencias y piratería.

En los últimos años, los investigadores han recurrido a los insectos y las aves migratorias en busca de nuevas ideas sobre cómo navegar utilizando escasas señales magnéticas y visuales. Se sabe que las hormigas Cataglyphis utilizan la polarización celeste, por ejemplo, mientras que las aves migratorias calibran su brújula magnética interna observando la rotación de las estrellas alrededor del polo celeste. Algunas aves también pueden utilizar la polarización para navegar durante el día.

El nuevo método, que los investigadores denominaron SkyPole, se basa en la polarización del tragaluz, que se produce cuando las partículas de la atmósfera dispersan la luz. A diferencia del color o la intensidad, la polarización del tragaluz es invisible para el ojo humano y produce un patrón distintivo que depende de la posición del Sol con respecto a un observador en la superficie de la Tierra.

Dado que la Tierra gira alrededor de un eje norte-sur, un observador en el hemisferio norte verá, en el transcurso de un día, cómo el Sol traza una trayectoria alrededor del polo norte celeste, es decir, el punto en el cielo que corresponde a la intersección entre el eje de rotación de la Tierra y la esfera celeste. Por lo tanto, los patrones en el grado de polarización de la luz diurna rotarán alrededor de este polo durante el día, del mismo modo que las constelaciones giran alrededor de la Estrella Polar durante la noche.

"El estado de polarización permanece constante en cualquier momento del día en el polo norte celeste", explica Thomas Kronland-Martinet, miembro del equipo de estudio y estudiante de doctorado en el Instituto de Ciencias del Movimiento (ISM) de Aix-Marsella y el Institut Matériaux Microélectronique Nanosciences de Provence (IM2NP). "Es el único punto en el cielo que tiene esta propiedad".

Al recopilar imágenes de patrones de polarización a lo largo del tiempo con una cámara polarimétrica, los investigadores pudieron localizar el polo norte celeste en la intersección de las "invarianzas de polarización", es decir, la polarización medida entre dos períodos de tiempo distintos.

"A diferencia de estudios anteriores, en nuestro método no calculamos la posición del Sol, sino que utilizamos directamente el patrón del tragaluz como señal de navegación", explica Kronland-Martinet. “Más precisamente, consideramos la variación temporal de la polarización del tragaluz, lo que nos permite calcular fácilmente la posición del polo celeste sin tener que procesar complejos cálculos trigonométricos. Es más, no necesitamos más información que las imágenes de polarización, lo que hace que nuestro método sea muy sencillo”.

La luz polarizada desvía la brújula magnética de los pájaros

Según los investigadores, SkyPole podría usarse para calibrar brújulas para sistemas de navegación inercial que están sujetos a deriva con el tiempo. También podría ayudar a la navegación marítima, permitiendo, por ejemplo, el desarrollo de sextantes polarimétricos automáticos. Según Kronland-Martinet, podría convertirse incluso en una alternativa a la navegación por satélite. "Aunque son muy precisos, [los sistemas de navegación por satélite] pueden ser fácilmente borrosos y falsificados y podrían no ser el mejor candidato cuando se necesita información sólida, por ejemplo, en vehículos autónomos", le dice a Physics World.

En la actualidad, los largos tiempos de recopilación de datos de SkyPole lo hacen inadecuado para el posicionamiento global instantáneo, pero los miembros del equipo están explorando formas de hacerlo más rápido. Informan de su trabajo en PNAS.