Исследователи из Технического университета Мюнхена измерили вращение Земли точнее, чем когда-либо прежде. Они улучшили кольцевой лазер в Геодезической обсерватории Веттцелла, чтобы он мог предоставлять ежедневные текущие данные. Ранее это было невозможно с сопоставимым уровнем качества, пишет Phys.org.
Земля вращается вокруг своей оси со слегка меняющейся скоростью. Кроме того, ось, вокруг которой вращается планета, не совсем статична, она немного колеблется. Это происходит потому, что наша планета не полностью твердая, а состоит из различных составных частей — твердых и жидких. Недра самой Земли постоянно находятся в движении. Эти изменения массы ускоряют или тормозят вращение планеты. Их как раз и можно обнаружить с помощью измерительных систем вроде кольцевого лазера.
Что такое кольцевые лазеры
Это устройства, которые создают лазерный луч в форме квадрата. Они имеют четыре зеркала, которые полностью закрыты внутри специального корпуса. Это делается, чтобы предотвратить изменение пути лазерного луча из-за изменений в температуре. Внутри корпуса находится смесь газов гелия и неона, которая помогает возбудить лазерный луч. Зеркала вращаются по часовой и против часовой стрелки.
Без движения Земли лазерный луч будет проходить одинаковое расстояние в обе стороны. Но так как Земля вращается, одному из лазерных лучей приходится проходить более короткое расстояние, так как зеркала движутся ближе к этому лучу. В противоположном направлении лазерный луч проходит большее расстояние.
Когда Земля вращается, один из лазерных лучей проходит немного большее расстояние, чем другой. Это создает разницу частот световых волн, которую можно измерить, и понять, как быстро вращается Земля. Для точности измерений, лазеры помещают в подвал обсерватории и крепят к твердой основе земной коры. Это гарантирует, что только вращение планеты влияет на работу лазеров, а другие факторы исключены. На разработку измерительной системы ушло 20 лет исследований.
Точность измерения
При обновлении кольцевой лазерной системы команда искала баланс между размером и механической стабильностью, поскольку чем больше размер у такого устройства, тем более чувствительные измерения оно может выполнять. Однако размер означает компромисс с точки зрения стабильности и, следовательно, точности.
Еще одной проблемой была симметрия двух противоположных лазерных лучей — сердца системы Веттцелла. Точное измерение возможно только в том случае, если формы двух встречных лазерных лучей практически идентичны. Однако конструкция устройства означает, что определенная асимметрия всегда присутствует.
За последние четыре года геодезисты использовали теоретическую модель лазерных колебаний, чтобы уловить эти систематические эффекты до такой степени, что их можно точно рассчитать в течение длительного периода времени и исключить из измерений.
Устройство может использовать этот новый корректирующий алгоритм для измерения вращения Земли с точностью до 9 десятичных знаков, что соответствует доле миллисекунды в день. В целом, наблюдаемые колебания вверх и вниз достигли значений целых 6 миллисекунд примерно за две недели.
Усовершенствования лазера также позволили значительно сократить периоды измерений. Разработанные корректирующие программы позволяют команде собирать текущие данные каждые три часа.
В отличие от других систем, лазер работает полностью независимо и не требует опорных точек в пространстве. В обычных системах эти ориентиры создаются путем наблюдения за звездами или использования спутниковых данных. Теперь измерения независимы от подобных вещей и к тому же чрезвычайно точны.
Данные, полученные независимо от наблюдений за звездами, могут помочь выявить и компенсировать систематические ошибки в других методах измерений.
А ученые Центра перспективных научных исследований CUNY разработали сверхбыстрые лазеры, которые умещаются на кончике пальца. Смотрите, что еще придумали ученые:
