Группа исследователей из Мюнхенского технического университета (TUM) и Боннского университета разработала новый метод измерения колебаний земной оси. До этого такие измерения были возможны только с помощью сложной радиоастрономии.
Команда использовала высокоточный кольцевой лазер в геодезической обсерватории TUM в Ветцелле, Бавария. Результаты 250-дневного эксперимента опубликованы в журнале Science Advances.
Ведущий автор, профессор К. Ульрих Шрайбер из Института инженерных наук TUM для астрономической и физической геодезии, подчёркивает: «Мы добились больших успехов в измерении Земли. То, что может наш кольцевой лазер, уникально во всём мире. Мы в 100 раз точнее, чем это было возможно ранее с помощью гироскопов или других кольцевых лазеров. Точное измерение колебаний помогает нам лучше понимать и моделировать систему Земли с высокой точностью».
Колебания земной оси
На самом деле земная ось не закреплена в небе, как это кажется на глобусе. На неё воздействуют различные силы, вызывая колебания разной степени. Самое сильное влияние оказывает неидеально круглая форма Земли: она немного выпуклая у экватора по сравнению с полюсами.
Эффект, известный как прецессия, заставляет ось Земли описывать круг на небе. В настоящее время она точно выровнена с Полярной звездой. Но в будущем она будет выровнена с другими звёздами, прежде чем вернуться к Полярной звезде в цикле в 26 000 лет.
Гравитационные силы Солнца и Луны также воздействуют на земную ось. Этот эффект, известный как нутация, вызывает небольшие волновые движения в круге прецессии земной оси. Существует отчётливая нутация с периодом 18,6 года, а также множество более мелких с недельными или суточными колебаниями. В результате ось не колеблется равномерно, а с разной степенью интенсивности.
Как работает кольцевой лазер
Кольцевой лазер смог измерить все эти эффекты напрямую и непрерывно в течение 250 дней с невиданным ранее уровнем точности для инерциальных датчиков, то есть датчиков, которые работают независимо от внешних сигналов. В отличие от прошлого, для этого не требуется сеть из нескольких больших радиотелескопов (VLBI) на разных континентах.
Кольцевой лазер может делать всё это самостоятельно в относительно небольшом приборе, расположенном в подземном сооружении в Ветцелле. Кроме того, временное разрешение колебаний составляет менее часа, а не дня, и результаты доступны немедленно, а не через дни или недели, как в случае с VLBI.
При дальнейшем увеличении точности и стабильности кольцевого лазера в 10 раз в будущем можно будет измерять искажение пространства-времени, вызванное вращением Земли, — прямой тест теории относительности. Это позволит, например, непосредственно на поверхности Земли проверить эффект Лензе-Тирринга, то есть «затягивание» пространства за счёт вращения Земли.
Предоставлено
Мюнхенским техническим университетом