Primera vez la medición directa de la rotación de la Tierra
Un grupo de investigadores de la Universidad Técnica de Munich (TUM) son los primeros en trazar los cambios en el eje de la Tierra a través de mediciones de laboratorio. Para ello, se construyeron en el mundo láser de anillo más estable en un laboratorio subterráneo y lo utilizó para determinar los cambios en la rotación de la Tierra. Anteriormente, los científicos sólo eran capaces de rastrear los cambios en el eje polar de forma indirecta mediante el control de los objetos fijos en el espacio. La captura de la inclinación del eje de la Tierra y su velocidad de rotación es crucial para obtener información precisa de posición en la Tierra - y por lo tanto para el funcionamiento exacto de los modernos sistemas de navegación, por ejemplo.
Trabajo de los científicos ha sido reconocido un destacado Investigación excepcional por la Sociedad Americana de Física.
El planeta Tierra se tambalea. Como un trompo tocado a mediados de la vuelta, su eje de rotación fluctúa en relación con el espacio. Esto es en parte causada por la gravitación del sol y la luna. Al mismo tiempo, el eje de rotación de la Tierra cambia constantemente en relación con la superficie terrestre. Por un lado, esto es causado por la variación en la presión atmosférica, la carga de mar y el viento. Estos elementos se combinan en un efecto conocido como el bamboleo de Chandler para crear el movimiento polar. Nombrado en honor al científico que lo descubrió, este fenómeno tiene un período de cerca de 435 días. Por otro lado, un evento conocido como el "bamboleo anual" hace que el eje de rotación para mover más de un período de un año. Esto se debe a la órbita elíptica de la Tierra alrededor del sol. Estos dos efectos hacen que el eje de la Tierra a emigrar irregularmente a lo largo de una trayectoria circular con un radio de hasta seis metros.
La captura de estos movimientos es crucial para crear un sistema de coordenadas fiables que pueden alimentar los sistemas de navegación o las rutas del proyecto trayectoria en los viajes espaciales. "Localización de un punto al centímetro exacto de posicionamiento global es un proceso sumamente dinámico - después de todo, en nuestra latitud, nos estamos moviendo en torno a 350 metros hacia el este por segundo", explica el profesor Karl Ulrich Schreiber, que dirigió el proyecto en Sección de Investigación de la TUM satélite Geodesia. La orientación de la relación eje de la Tierra al espacio y su velocidad de rotación son, actualmente, en un proceso complicado que involucra a 30 radio telescopios en todo el mundo. Cada lunes y jueves, de ocho a doce de estos telescopios alternativamente medir la dirección entre la Tierra y los cuásares específicos. Los científicos suponen que estos núcleos de galaxias nunca cambiar su posición y por lo tanto se pueden utilizar como puntos de referencia. El Observatorio Geodésico Wettzell, que está a cargo de la TUM y la Agencia Federal de Alemania para la Cartografía (BKG), es también parte de este proceso.
En la década de 1990, los científicos de la TUM y BKG unido sus fuerzas con investigadores de la Universidad de Nueva Zelanda de Canterbury para desarrollar un método más sencillo que sería capaz de un seguimiento continuo del bamboleo de Chandler y bamboleo anual. "También hemos querido desarrollar una alternativa que nos permita eliminar los errores sistemáticos", continúa Schreiber. "Después de todo, siempre había la posibilidad de que los puntos de referencia en el espacio no eran en realidad inmóvil." Los científicos tuvieron la idea de construir un láser de anillo similar a los utilizados en sistemas de guiado de aeronaves - sólo millones de veces más exacto. "En ese momento, que se echó a reír casi apagado. Casi nadie pensaba que nuestro proyecto era viable", dice Schreiber.
Sin embargo, a finales de la década de 1990, el trabajo en láser del mundo anillo más estables se puso en marcha en el observatorio Wettzell. La instalación consta de dos contra-rotación de rayos láser que viajan por un camino cuadrados con espejos en las esquinas, que forman una trayectoria del haz cerrado (de ahí el nombre de anillo láser). Cuando la Asamblea se rota, la luz de co-rotación tiene que viajar más lejos de la luz contra-rotatorios. Las vigas de ajustar sus longitudes de onda, haciendo que la frecuencia óptica de cambiar. Los científicos pueden utilizar esta diferencia para calcular la velocidad de rotación de las experiencias de instrumentación. En Wettzell, que es la Tierra la que gira, no el anillo láser. Para asegurarse de que sólo rotación de la Tierra influye en los rayos láser, el montaje de cuatro por cuatro metros, está anclada en un sólido pilar de hormigón, que se extiende a seis metros de profundidad en la roca sólida de la corteza terrestre.
Rotación de la Tierra afecta a la luz de diferentes maneras, dependiendo de la ubicación del láser. "Si estuviéramos en uno de los polos, la Tierra y los ejes de rotación del láser podría estar en sintonía completa y su velocidad de rotación sería mapa 1:1," detalles Schreiber. "En el ecuador, sin embargo, el haz luminoso no se daría cuenta de que la Tierra está cambiando." Los científicos por lo tanto, tienen que tener en la posición del láser Wettzell en el grado 49 de latitud. Cualquier cambio en el eje de rotación de la Tierra se refleja en los indicadores de velocidad de rotación. El comportamiento de la luz por lo tanto, revela cambios en el eje de la Tierra.
"El principio es simple", agrega Schreiber. "El mayor desafío era garantizar que el láser sigue siendo lo suficientemente estable como para que podamos medir la señal geofísica débil sin interferencias -. Sobre todo en un período de varios meses" En otras palabras, los científicos tuvieron que eliminar los cambios en la frecuencia que no provienen de rotación de la Tierra. Estos incluyen factores ambientales como la presión atmosférica y temperatura. Se basaban principalmente en un plato de cerámica de cristal y una cabina presurizada para lograrlo. Los investigadores montado el anillo láser sobre una placa base de nueve toneladas Zerodur, utilizando también Zerodur de las vigas de apoyo. Eligieron Zerodur ya que es extremadamente resistente a los cambios de temperatura. La instalación se encuentra en una cabina presurizada, que registra los cambios en la presión atmosférica y temperatura (12 grados) y compensa automáticamente los mismos. Los científicos se hundió el laboratorio de cinco metros por debajo del nivel del suelo para mantener este tipo de influencias ambientales a un mínimo. Está aislado desde arriba con capas de Styrodur y arcilla, y coronada por un montículo de cuatro metros de alto de la Tierra. Los científicos tienen que pasar por un túnel de veinte metros con cinco puertas de almacenamiento en frío y una cerradura para llegar al láser.
En estas condiciones, los investigadores han logrado corroborar las mediciones anuales de Chandler y bamboleo sobre la base de los datos capturados por los radiotelescopios. Ahora pretenden hacer el aparato más preciso, lo que les permite determinar los cambios en el eje de rotación de la Tierra en un solo día. Los científicos también planean hacer el anillo láser capaz de funcionamiento continuo para que pueda funcionar durante un período de varios años sin ningún tipo de desviaciones. "En términos simples," concluye Schreiber, "en el futuro, queremos ser capaces de pop acaba de bajar al sótano y ver lo rápido que la Tierra está girando exactamente en este momento."Deshacer cambios.
Trabajo de los científicos ha sido reconocido un destacado Investigación excepcional por la Sociedad Americana de Física.
El planeta Tierra se tambalea. Como un trompo tocado a mediados de la vuelta, su eje de rotación fluctúa en relación con el espacio. Esto es en parte causada por la gravitación del sol y la luna. Al mismo tiempo, el eje de rotación de la Tierra cambia constantemente en relación con la superficie terrestre. Por un lado, esto es causado por la variación en la presión atmosférica, la carga de mar y el viento. Estos elementos se combinan en un efecto conocido como el bamboleo de Chandler para crear el movimiento polar. Nombrado en honor al científico que lo descubrió, este fenómeno tiene un período de cerca de 435 días. Por otro lado, un evento conocido como el "bamboleo anual" hace que el eje de rotación para mover más de un período de un año. Esto se debe a la órbita elíptica de la Tierra alrededor del sol. Estos dos efectos hacen que el eje de la Tierra a emigrar irregularmente a lo largo de una trayectoria circular con un radio de hasta seis metros.
La captura de estos movimientos es crucial para crear un sistema de coordenadas fiables que pueden alimentar los sistemas de navegación o las rutas del proyecto trayectoria en los viajes espaciales. "Localización de un punto al centímetro exacto de posicionamiento global es un proceso sumamente dinámico - después de todo, en nuestra latitud, nos estamos moviendo en torno a 350 metros hacia el este por segundo", explica el profesor Karl Ulrich Schreiber, que dirigió el proyecto en Sección de Investigación de la TUM satélite Geodesia. La orientación de la relación eje de la Tierra al espacio y su velocidad de rotación son, actualmente, en un proceso complicado que involucra a 30 radio telescopios en todo el mundo. Cada lunes y jueves, de ocho a doce de estos telescopios alternativamente medir la dirección entre la Tierra y los cuásares específicos. Los científicos suponen que estos núcleos de galaxias nunca cambiar su posición y por lo tanto se pueden utilizar como puntos de referencia. El Observatorio Geodésico Wettzell, que está a cargo de la TUM y la Agencia Federal de Alemania para la Cartografía (BKG), es también parte de este proceso.
En la década de 1990, los científicos de la TUM y BKG unido sus fuerzas con investigadores de la Universidad de Nueva Zelanda de Canterbury para desarrollar un método más sencillo que sería capaz de un seguimiento continuo del bamboleo de Chandler y bamboleo anual. "También hemos querido desarrollar una alternativa que nos permita eliminar los errores sistemáticos", continúa Schreiber. "Después de todo, siempre había la posibilidad de que los puntos de referencia en el espacio no eran en realidad inmóvil." Los científicos tuvieron la idea de construir un láser de anillo similar a los utilizados en sistemas de guiado de aeronaves - sólo millones de veces más exacto. "En ese momento, que se echó a reír casi apagado. Casi nadie pensaba que nuestro proyecto era viable", dice Schreiber.
Sin embargo, a finales de la década de 1990, el trabajo en láser del mundo anillo más estables se puso en marcha en el observatorio Wettzell. La instalación consta de dos contra-rotación de rayos láser que viajan por un camino cuadrados con espejos en las esquinas, que forman una trayectoria del haz cerrado (de ahí el nombre de anillo láser). Cuando la Asamblea se rota, la luz de co-rotación tiene que viajar más lejos de la luz contra-rotatorios. Las vigas de ajustar sus longitudes de onda, haciendo que la frecuencia óptica de cambiar. Los científicos pueden utilizar esta diferencia para calcular la velocidad de rotación de las experiencias de instrumentación. En Wettzell, que es la Tierra la que gira, no el anillo láser. Para asegurarse de que sólo rotación de la Tierra influye en los rayos láser, el montaje de cuatro por cuatro metros, está anclada en un sólido pilar de hormigón, que se extiende a seis metros de profundidad en la roca sólida de la corteza terrestre.
Rotación de la Tierra afecta a la luz de diferentes maneras, dependiendo de la ubicación del láser. "Si estuviéramos en uno de los polos, la Tierra y los ejes de rotación del láser podría estar en sintonía completa y su velocidad de rotación sería mapa 1:1," detalles Schreiber. "En el ecuador, sin embargo, el haz luminoso no se daría cuenta de que la Tierra está cambiando." Los científicos por lo tanto, tienen que tener en la posición del láser Wettzell en el grado 49 de latitud. Cualquier cambio en el eje de rotación de la Tierra se refleja en los indicadores de velocidad de rotación. El comportamiento de la luz por lo tanto, revela cambios en el eje de la Tierra.
"El principio es simple", agrega Schreiber. "El mayor desafío era garantizar que el láser sigue siendo lo suficientemente estable como para que podamos medir la señal geofísica débil sin interferencias -. Sobre todo en un período de varios meses" En otras palabras, los científicos tuvieron que eliminar los cambios en la frecuencia que no provienen de rotación de la Tierra. Estos incluyen factores ambientales como la presión atmosférica y temperatura. Se basaban principalmente en un plato de cerámica de cristal y una cabina presurizada para lograrlo. Los investigadores montado el anillo láser sobre una placa base de nueve toneladas Zerodur, utilizando también Zerodur de las vigas de apoyo. Eligieron Zerodur ya que es extremadamente resistente a los cambios de temperatura. La instalación se encuentra en una cabina presurizada, que registra los cambios en la presión atmosférica y temperatura (12 grados) y compensa automáticamente los mismos. Los científicos se hundió el laboratorio de cinco metros por debajo del nivel del suelo para mantener este tipo de influencias ambientales a un mínimo. Está aislado desde arriba con capas de Styrodur y arcilla, y coronada por un montículo de cuatro metros de alto de la Tierra. Los científicos tienen que pasar por un túnel de veinte metros con cinco puertas de almacenamiento en frío y una cerradura para llegar al láser.
En estas condiciones, los investigadores han logrado corroborar las mediciones anuales de Chandler y bamboleo sobre la base de los datos capturados por los radiotelescopios. Ahora pretenden hacer el aparato más preciso, lo que les permite determinar los cambios en el eje de rotación de la Tierra en un solo día. Los científicos también planean hacer el anillo láser capaz de funcionamiento continuo para que pueda funcionar durante un período de varios años sin ningún tipo de desviaciones. "En términos simples," concluye Schreiber, "en el futuro, queremos ser capaces de pop acaba de bajar al sótano y ver lo rápido que la Tierra está girando exactamente en este momento."Deshacer cambios.
Fuente> Science Daily
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