دقیق‌ترین اندازه‌گیری از چرخش زمین انجام شد

پژوهشگران دانشگاه فنی مونیخ دقیق‌ترین اندازه‌گیری از نوسانات چرخش زمین را محاسبه کردند و می‌گویند تأثیر این پژوهش فراتر از نجوم است و می‌تواند به افزایش دقت مدل‌های آب و هوایی نیز کمک کند.

کد خبر: ۱۲۰۴۷۰۹

تاریخ: ۲۴ آبان ۱۴۰۲ - ۰۸:۴۸

به گزارش «تابناک» به نقل از ایسنا و به نقل از آی‌ای، پژوهشگران دانشگاه فنی مونیخ(TUM) موفق به ثبت دقیق‌ترین اندازه‌گیری از چرخش زمین شدند. این اندازه‌گیری‌ها پس از بیش از دو دهه صرف کردن برای ساخت ابزار لازم در رصدخانه ژئودتیک وتزل(Geodetic Observatory Wettzell) واقع در جنگل باواریا در آلمان انجام شد.

این را همه می‌دانیم که محور چرخشی زمین به دلیل شکل سیاره ما کاملاً متقارن نیست. حتی سرعت چرخش زمین نیز ثابت نیست. این به این دلیل است که جهان خارج کاملاً جامد نیست و از اجزای جامد و مایع تشکیل شده است.

با چرخش زمین، مایعات درون سیاره نیز می‌چرخند و جابه‌جایی جرم می‌تواند منجر به شتاب گرفتن در برخی مواقع و ترمز در برخی مواقع دیگر و در نتیجه سرعت‌های چرخش متفاوت شود.

به نقل از ویکی‌پدیا، گردش زمین یا حرکت وضعی زمین یا چرخش زمین به دور خود نام چرخشی است که سیاره زمین به دور خود انجام می‌دهد. دانشمندان زیادی در قرن‌ها پیش و تا به الان این چرخش را تأیید کرده و گفته‌اند که چرخش زمین از سمت غرب به شرق است.

یک دور گردش کامل کره زمین به دور خودش ۲۳ ساعت و ۵۶ دقیقه و ۴ ثانیه طول می‌کشد که به آن روز نجومی می‌گویند که ۳ دقیقه و ۵۶ ثانیه از روز خورشیدی کوتاه‌تر است.

پژوهشگران تجهیزات لیزر حلقه‌ای را در رصدخانه وتزل برای اندازه‌گیری دقیق چرخش زمین ساختند و چند سال اخیر را صرف بهینه‌سازی آن کردند.

لیزر حلقه‌ای چگونه کار می‌کند؟

تجهیزات لیزر حلقه‌ای شامل چهار آینه است که در یک پیکربندی بسته به نام تشدیدگر محصور شده‌اند. وظیفه تشدیدگر این است که طول مسیر پرتوی مربعی را که توسط چهار آینه تشکیل شده است به دلیل نوسانات دما تغییر ندهد.

تشدیدگر با مخلوطی از گازهای هلیوم و نئون پر شده است که تحریک لیزر را یکی در جهت عقربه‌های ساعت و دیگری در خلاف جهت عقربه‌های ساعت ممکن می‌کند.

اگر سرعت چرخش زمین پایدار بود، نور در هر دو جهت مسافت یکسانی را طی می‌کرد. با این حال، از آنجایی که دستگاه نیز با زمین در حال حرکت است، مسیر یک پرتو کوتاه‌تر است، زیرا آینه توسط چرخش به پرتو نزدیکتر می‌شود، در حالی که مسیر برای پرتوی دیگر طولانی‌تر می‌شود.

اثر این تفاوت‌ها در فرکانس امواج نور منعکس می‌شود. این تفاوت یک نت ضربی ایجاد می‌کند که می‌توان آن را وقتی دقیقاً روی هم قرار می‌گیرند، اندازه‌گیری کرد. هرچه سرعت بالاتر باشد، تفاوت بیشتر است. این آزمایش در یک محفظه تحت فشار برگزار می‌شود که می‌تواند تغییرات فشار یا دما را بر اثر چرخش زمین به تنهایی جبران کند.

اختلاف بین دو فرکانس نوری با سرعت چرخش زمین افزایش می‌یابد. زمین در هر ساعت ۱۵ درجه به سمت شرق در خط استوا می‌چرخد. این باعث می‌شود که لیزر حلقه‌ای، سیگنالی با فرکانس ۳۴۸.۵ هرتز تولید کند و نوسانات روزانه می‌توانند مقادیری از ۱ تا ۳ میلیونم هرتز (۱ تا ۳ میکروهرتز) داشته باشند.

اندازه‌گیری پس از تعمیرات اساسی

آزمایش لیزر حلقه‌ای در سال‌های اخیر برای اندازه‌گیری دقیق‌تر چرخش زمین مورد بازنگری قرار گرفته است. هدف این تیم آلمانی ایجاد تعادل بین اندازه آزمایش و پایداری مکانیکی برای به حداکثر رساندن حساسیت اندازه‌گیری‌ها بدون به خطر انداختن دقت بود.

طراحی این دستگاه مقدار مشخصی از عدم تقارن را برای آزمایش رقم می‌زند. پژوهشگران چهار سال گذشته را صرف توسعه مدلی کردند تا این اثرات را دقیقاً از اندازه‌گیری‌ها بگیرند و حذف کنند.

پس از تعمیرات اساسی، این دستگاه آزمایش می‌تواند اندازه‌گیری‌های دقیقی تا ۹ رقم اعشار انجام دهد و دقت را در حد کسری از میلی‌ثانیه در روز ارائه دهد. ضمن این که این نوسانات طی دو هفته به شش میلی‌ثانیه رسیده است. به طور کلی، به‌روزرسانی‌ها به پژوهشگران این امکان را می‌دهد که در دوره‌های کوتاه‌تری، یعنی هر سه ساعت اندازه‌گیری کنند.

قبل از سیستم‌های لیزری، آزمایش‌های مربوط به چنین محاسباتی بر ایجاد نقاط مرجع با استفاده از ستارگان یا داده‌های ماهواره‌ای تکیه داشتند. با این حال، لیزرهای حلقه‌ای مستقل از چنین نیازهایی هستند و نوسانات را حتی با دقت بیشتری ثبت می‌کنند.

پروفسور اولریش شرایبر که این پروژه را در رصدخانه برای دانشگاه فنی مونیخ رهبری کرد، گفت: نوسانات در چرخش نه تنها برای نجوم مهم هستند، بلکه برای ایجاد مدل‌های آب و هوایی دقیق و درک بهتر پدیده‌های آب و هوایی مانند ال نینو به آنها نیاز فوری داریم و هرچه داده‌ها دقیق‌تر باشند، پیش‌بینی‌ها نیز دقیق‌تر می‌شوند.

یافته‌های این پژوهش در مجله Nature Photonics منتشر شده است.