鴿子為什麼會送信之二利用偏振光導航

前面講了，信鴿在晴天能根據太陽的位置選擇飛行方向，並由體內生物鐘對太陽的移動進行相應的校正，信鴿栓測偏振光，從而找到正確航線的。其實不僅信鴿可以根據太陽光來導航，偏振光導航是自然界中天然導航方法之一。很多動物,包括螞蟻、蜜蜂、蟋蟀和候鳥,都能利用太陽光在大氣中散射的偏振特性進行導航。太陽位置本身就代表著一種方位信息，太陽在輻射到地球大氣層之前是沒有偏振的，當光通過地球大氣層照射到地面時由於大氣層中各種成分（如大氣分子，霧霾，小水滴以及氣溶膠粒子等）對光的散射產生了偏振光。

想了解什麼是偏振光，首先，簡單介紹一下什麼是自然光以及自然光的特點。從一切實際光源直接發出的光波，一般都屬自然光，如太陽光、白識燈光等。自然光的特點是在垂直光波傳播方向的平面內，沿各個方向都有等振幅的光振動，如圖1所示，自然光像由無數大小相等的平面組成的圓柱體。

再了解一下，什麼是偏振片。偏振片由特定的材料製成，每個偏振片都有一個特定的方向，只有沿著這個方向振動的光波才能通過偏振片，這個方向叫做「透振方向」。偏振片有些類似我們乘坐公交時的投幣箱口，大家都知道投幣時硬幣只能與縫隙的方向一致時，硬幣才可以投進投幣箱，所以如圖1所示，只有跟偏振片透振方向一致的光通過了偏振片，其他方向不一致光都被阻擋了。偏振光是自然光通過偏振片選擇後得到的光。

圖1 太陽光通過偏振片後得到偏振光示意圖

好了，有了以上的基礎知識，我們來接著看信鴿是如何利用偏振光來導航的。對偏振光信息進行適當處理就可以得到有用方位信息。處於地面附近的信鴿觀察到光的偏振模式如圖2，其中O為信鴿位置，S為太陽，z為信鴿的天頂方向，太陽、天頂與信鴿組成的平面為太陽子午面。SM(Solar Meridian)與ASM(Anti-Solar Meridian)分別表示太陽子午面中朝向太陽與背向太陽的部分。圖2中短線的方向與寬度分別代表偏振方向與偏振度大小。天空中偏振模式以太陽子午面為對稱面分布，與太陽光垂直方向的偏振度最大，並且任何一個被觀察點的偏振光方向垂直於太陽、信鴿和被觀察點三者構成的平面。

圖2 從地面觀祭光的偏振模式

當太陽方向相對信鴿發生變化時，偏振模式會相應地變化，因此偏振模式中包含了太陽的方向信息。信鴿能夠通過偏振光測量，從而確定自身體軸方向與太陽子午面或反子午面之間的夾角，進而找到回巢穴方向。

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