FeaturedPost Slider Top

Τρίτη, 25 Απριλίου 2017

«Θαμμένα» λέιζερ για τη μέτρηση της περιστροφής της Γης με πρωτόγνωρη ακρίβεια

Του Κώστα Δεληγιάννη

Τι σχέση μπορεί να έχει μία πειραματική διάταξη κυριολεκτικά θαμμένη κάτω από το χώμα, με το σμήνος των δορυφόρων που πετούν γύρω από τη Γη και υποστηρίζουν τη λειτουργία του συστήματος GPS, εξασφαλίζοντας ότι κάθε λογής «έξυπνη» συσκευή θα προσδιορίζει το ακριβές στίγμα για λογαριασμό του χρήστη της;

Άμεση, στην περίπτωση που η διάταξη προορίζεται για τη μέτρηση των απειροελάχιστων μεταβολών στη διεύθυνση και την ταχύτητα περιστροφής της, καθώς αν δεν λαμβάνονταν υπόψη τότε το σύστημα GPS θα ήταν πρακτικά άχρηστο. Αυτή είναι η αποστολή που θα αναλάβει η ROMY (Rotational Motions in Seismology), μία τεράστια μετρητική συσκευή που βρίσκεται εγκατεστημένη στο Φέρστενμπρουκ, ένα μικρό χωριό 20 χιλιόμετρα μακριά από το Μόναχο στη Γερμανία.
Θυμίζοντας ανεστραμμένη πυραμίδα με ακμές ατσάλινους σωλήνες, όπου θα διαδίδονται δέσμες λέιζερ, η ROMY φθάνει στο ίδιο βάθος ενός κτιρίου με τρία υπόγεια. Η κατασκευή της κόστισε 2,4 εκατ. ευρώ, που προήλθαν από το Ευρωπαϊκό Ερευνητικό Συμβούλιο για τη χρηματοδότηση του πρότζεκτ, επικεφαλής της οποίας είναι το πανεπιστήμιο Ludwig Maximilian του Μονάχου.
Οι μεταβολές στην ταχύτητα και τον άξονα περιστροφής του πλανήτη μας οφείλονται σε διάφορες αιτίες, ξεκινώντας κατ’ αρχάς από την έλξη που δέχεται από τον Ήλιο και τη Σελήνη. Η κίνηση των ηπειρωτικών πλακών και οι αλλαγές στα ωκεάνια ρεύματα προκαλούν επίσης αλλαγές στην ροπή αδράνειας της Γης και επομένως στην περιστροφή της. Ακόμη και οι καταιγίδες ή οι σεισμοί μπορούν να επηρεάσουν την κίνησή της.
Αν και πολύ μικρές, αυτές οι αλλαγές έχουν σημαντικές πρακτικές συνέπειες. Για παράδειγμα, θα πρέπει να ληφθούν υπόψη στις εκτοξεύσεις διαστημικών σκαφών, είτε έχουν προορισμό τη γήινη τροψιά είτε τον πλανήτη Άρη. Επίσης, τα δεδομένα του συστήματος GPS θα ήταν άχρηστα μέσα σε λίγες εβδομάδες, αν δεν γίνονταν συνεχείς διορθώσεις σχετικά με τις ακριβείς θέσεις των δορυφόρων ως προς την επιφάνεια της Γης.
Έως σήμερα, οι καλύτερες μετρήσεις αυτών των παραμέτρων προέρχονται με μία τεχνική που ονομάζεται Συμβολομετρία Μεγάλων Αποστάσεων (VLBI), χρησιμοποιώντας ένα δίκτυο ραδιοτηλεσκοπίων που καταγράφει την ακτινοβολία συγκεκριμένων κβάζαρ στον ουράνιο θόλο. Με βάση τις αλλαγές στην ένταση της ακτινοβολίας, που καταγράφονται από το δίκτυο, οι επιστήμονες μπορούν να υπολογίσουν τις μεταβολές στην περιστροφή της Γης.
Ωστόσο, η τεχνική αυτή σημαίνει πως δεκάδες ραδιοτηλεσκόπια αφιερώνουν χρόνο που θα μπορούσε να αξιοποιηθεί σε αστρονομικές μελέτες, την ίδια ώρα που χρειάζονται αρκετές ημέρες ώστε να προσδιορισθούν οι μεταβολές από τα παρατηρησιακά δεδομένα. Έτσι, στόχος της ROMY είναι να παρέχει την ίδια ακρίβεια, σε πολύ μικρότερο χρόνο.
Για να λειτουργήσει, η διάταξη χρησιμοποιεί ένα φαινόμενο που απέδειξε ο Γάλλος φυσικός Ζορζ Σανιά το 1913. Το φαινόμενο αυτό εμφανίζεται σε συσκευές που περιστρέφονται, στις οποίες δύο δέσμες λέιζερ καλύπτουν μία κλειστή διαδρομή με αντίθετες φορές κίνησης, ξεκινώντας όμως και επιστρέφοντας και οι δύο στο ίδιο σημείο. Τότε, επειδή λόγω της περιστροφής στην πραγματικότητα οι δύο δέσμες διανύουν διαφορετική απόσταση, από τον τρόπο που αλληλεπιδρούν στον “τερματισμό”, μπορεί να υπολογισθεί η ταχύτητα περιστροφής της συσκευής.
Στην περίπτωση της ROMY, η περιστροφή της οφείλεται όπως είναι φυσικό στην περιστροφή της Γης. Έτσι, με τις τρεις «ακμές» της πυραμίδας, δηλαδή τους αντίστοιχους σωλήνες διάδοσης των ακτίνων λέιζερ, θα μπορούν να υπολογισθούν οι μεταβολές στην περιστροφή του πλανήτη στερεοσκοπικά, χρησιμοποιώντας την τέταρτη «ακμή» για την επαλήθευση των δεδομένων.
Η κατασκευή της διάταξης ξεκίνησε τον Μάρτιο του 2016 και ολοκληρώθηκε σε ένα εξάμηνο. Τον περασμένο μήνα, οι επιστήμονες ενεργοποίησαν με επιτυχία όλα τα συστήματα λέιζερ, ενώ έχουν ήδη ξεκινήσει την πιλοτική λειτουργία της, ώστε να ελέγξουν κατά πόσο συμπεριφέρεται όπως προβλέπεται θεωρητικά.


* Οι απόψεις του ιστολογίου μπορεί να μη συμπίπτουν με τις απόψεις του/της αρθρογράφου ή τα περιεχόμενα του άρθρου.

Δεν υπάρχουν σχόλια :