Η κατανόηση της ακριβούς θέσης και κίνησης της Γης στον χώρο υπήρξε διαχρονικά ένα από τα πιο δύσκολα επιστημονικά στοιχήματα. Μέχρι πρόσφατα, η μέτρηση των μικρότερων ταλαντώσεων του άξονα απαιτούσε πολύπλοκες και δαπανηρές μεθόδους ραδιοαστρονομίας. Ωστόσο, μια ερευνητική ομάδα στη Γερμανία κατάφερε να αλλάξει τα δεδομένα, δημιουργώντας ένα εξαιρετικά ευαίσθητο οπτικό laser σε σχήμα δακτυλίου, που μπορεί να καταγράφει σε πραγματικό σχεδόν χρόνο τις ανεπαίσθητες κινήσεις του άξονα της Γης.
Το νέο αυτό εργαλείο είναι εγκατεστημένο στο Wettzell Geodetic Observatory, στη Βαυαρία, σε βάθος αρκετών μέτρων κάτω από το έδαφος. Εκεί, προστατευμένο από εξωτερικές παρεμβολές, το ring laser πέτυχε ακρίβεια που μέχρι σήμερα θεωρούνταν αδύνατη. Το έργο είναι αποτέλεσμα συνεργασίας του Technische Universität München (TUM) με το University of Bonn, συνδυάζοντας τεχνογνωσία στη γεωδαισία και την οπτική φυσική.
Για πρώτη φορά, οι επιστήμονες μπόρεσαν να παρατηρήσουν με τέτοια λεπτομέρεια τα φαινόμενα της μετάπτωσης (precession) και της κλόνησης (nutation) του άξονα, κινήσεις που μέχρι τώρα μετρούνταν μόνο από σταθμούς Very Long Baseline Interferometry (VLBI). Το VLBI βασίζεται σε σήματα από απομακρυσμένα κβάζαρ και απαιτεί την τριγωνοποίηση δεδομένων από έναν παγκόσμιο δίκτυο σταθμών. Αν και αποτελεσματική, η μέθοδος είναι αργή και κοστοβόρα, με τα τελικά αποτελέσματα να χρειάζονται μέρες ή και εβδομάδες για να ολοκληρωθούν.
Το γερμανικό ring laser αλλάζει εντελώς αυτή την εξίσωση. Μπορεί να παράγει δεδομένα με χρονική ανάλυση μικρότερη της μίας ώρας, φέρνοντας μια πραγματική επανάσταση στην ταχύτητα μέτρησης. Σε ένα πείραμα διάρκειας 250 ημερών, το όργανο κατέγραψε όλες τις ταλαντώσεις του άξονα, συμπεριλαμβανομένων και των μικρότερων μεταβολών που προστίθενται στις μακροχρόνιες κινήσεις.
Η Γη, βέβαια, δεν έχει ποτέ έναν σταθερό άξονα. Οι βαρυτικές δυνάμεις της Σελήνης και του Ήλιου, σε συνδυασμό με το ελαφρώς πεπλατυσμένο σχήμα του πλανήτη, προκαλούν συνεχείς μετατοπίσεις. Η μετάπτωση είναι μια εξαιρετικά αργή κυκλική κίνηση, που χρειάζεται περίπου 26.000 χρόνια για να ολοκληρωθεί. Οι κλονίσεις, αντίθετα, είναι ταχύτερες ταλαντώσεις με κύκλους που κυμαίνονται από λίγες μέρες έως 18,6 χρόνια. Όλα αυτά κάνουν την ακριβή μέτρηση του άξονα μια πολυσύνθετη και δυναμική πρόκληση.
Σύμφωνα με τον Ulrich Schreiber, καθηγητή στο TUM και επικεφαλής της μελέτης που δημοσιεύτηκε στο Science Advances, το νέο Laser προσφέρει ακρίβεια εκατό φορές μεγαλύτερη από οποιοδήποτε προηγούμενο Laser ή γυροσκόπιο. Ένα τέτοιο επίπεδο λεπτομέρειας δεν είναι μόνο τεχνικό κατόρθωμα αλλά και επιστημονικό άλμα, με δυνατότητες που ξεπερνούν τη γεωδαισία.
Ο Schreiber εξηγεί ότι αν στο μέλλον το όργανο καταστεί δέκα φορές πιο σταθερό, θα μπορούσε ακόμη και να ανιχνεύσει παραμορφώσεις του χωροχρόνου που σχετίζονται με την περιστροφή της Γης. Αυτό θα έδινε άμεση απόδειξη σε φαινόμενα που είχε προβλέψει η θεωρία της σχετικότητας του Einstein, όπως το φαινόμενο Lense-Thirring, δηλαδή το «στρέβλωμα» του χώρου γύρω από έναν περιστρεφόμενο όγκο.
Πέρα από την αμιγώς θεμελιώδη έρευνα, η τεχνολογία αυτή μπορεί να έχει πρακτικές εφαρμογές σε πολλούς τομείς. Η βελτίωση των μοντέλων της δυναμικής της Γης είναι καθοριστική για την ακρίβεια των δορυφορικών συστημάτων πλοήγησης, αλλά και για τις γεωδαιτικές μετρήσεις υψηλής ακρίβειας. Οι εφαρμογές εκτείνονται από την καθημερινή χρήση GPS μέχρι την παρακολούθηση τεκτονικών κινήσεων και την καλύτερη κατανόηση φυσικών φαινομένων που επηρεάζουν τον πλανήτη μας.
Η δυνατότητα συλλογής σχεδόν σε πραγματικό χρόνο δεδομένων για την κίνηση της Γης υπόσχεται να αναβαθμίσει την ασφάλεια και την αξιοπιστία των συστημάτων που βασίζονται σε αυτήν. Με άλλα λόγια, η πρόοδος αυτή δεν αφορά μόνο την ακαδημαϊκή έρευνα, αλλά έχει προοπτικές που μπορούν να αγγίξουν άμεσα την καθημερινότητα.
[via]
