بعضی روزها واقعا طولانی تر از بقیه هستند و اکنون دانشمندان دقیقاً می دانند که چقدر. نتایج می تواند به درک جریان های پیچیده آب و هوا در زمین کمک کند.

ژیروسکوپ لیزری حلقه ای، G، تغییرات کوچکی را در چرخش زمین اندازه گیری می کند. این ژیروسکوپ که توسط فیزیکدان اولریش شرایبر (فرد کنار ژیروسکوپ در تصویر) و همکارانش ساخته شده است، از تداخل پرتوهای لیزر برای آشکار کردن چرخش زمین استفاده می کند.

پژوهشگران با استفاده از ژیروسکوپ لیزری، تغییرات نرخ چرخش زمین را کمتر از یک میلیونیم درصد اندازه‌گیری کردند. این تکنیک می تواند به دانشمندان کمک کند تا جریان های پیچیده آب و هوا را که باعث کوچکترین تغییرات در چرخش سیاره می شود، درک کنند.

چرخش زمین کاملاً یکنواخت نیست. این سیاره در حین چرخش سرعت خود را افزایش و کاهش می یابد و باعث می شود یک روز تا چند میلی ثانیه، کمی کوتاه تر یا طولانی تر شود. بسیاری از این تغییرات به خوبی درک شده است. به عنوان مثال، یکی از این تغییرات ناشی از نیروهای جزر و مدی است که توسط کشش گرانشی ماه و خورشید ایجاد می‌شود و سیاره را تغییر شکل می‌دهد. دانشمندان می دانند که چگونه این اثرات را بر روی چرخش زمین پیش بینی کنند. اما تخمین تغییرات دیگر، ناشی از نوسانات جریان های جو و آب‌های زمین، دشوارتر است.

ژیروسکوپی که با نام "G" شناخته می شود و در رصدخانه ژئودتیک Wettzell در آلمان قرار دارد، برای اندازه گیری این اثرات کوچک طراحی شده است. به آن ژیروسکوپ لیزری حلقه ای می گویند. در داخل آن، پرتوهای لیزر به دور حلقه‌ای مربع شکل که در هر طرف 4 متر است می‌چرخند. یک پرتو در جهت عقربه های ساعت گردش می کند و دیگری در خلاف جهت عقربه های ساعت. طول موج های پرتوهای همسو با جهت چرخش زمین کشیده خواهد شد، در حالی که پرتوهایی که بر خلاف آن حرکت می کنند منقبض می شوند. این دو پرتو وقتی با هم ترکیب شوند، با طول موج‌های کمی متفاوت، یک سیگنال زَنِش (beat) ایجاد می‌کنند، درست مانند دو نت کمی خارج از تون. محققان در 18 سپتامبر در Nature Photonics گزارش دادند که این زَنِش سرعت چرخش زمین را نشان داده و به G اجازه می‌دهد تا طول یک روز را تا بهتر از یک میلی‌ثانیه اندازه‌گیری کند.

روش‌های دیگر برای اندازه‌گیری سرعت چرخش زمین به منابع خارجی متکی هستند. برای مثال، تلسکوپ‌ها می‌توانند از مکان‌ اختروش‌های(Quasar) دوردست- هسته‌های درخشان کهکشان‌های فعال - برای تعیین میزان چرخش زمین استفاده کنند. اما این تکنیک ها نتایج را به صورت میانگین در طول یک روز به دست می دهند. G نرخ چرخش را هر چند ساعت یکبار اندازه گیری می کند و اندازه گیری های آن از یک آزمایشگاه زیرزمینی انجام می شود. اولریش شرایبر Ulrich Schreiber، فیزیکدان از دانشگاه فنی مونیخ، می‌گوید: « نیازی به دید از جهان خارج نیست چرا که ژیروسکوپ چرخش مطلق را اندازه‌گیری می‌کند». یعنی نه چرخش نسبت به برخی مراجع دیگر، بلکه خودِ چرخش را اندازه گیری می کند.

دانشمندان قبلاً چرخش و شیب زمین را با ژیروسکوپ‌های لیزری دیگر اندازه‌گیری کرده‌اند اما آن‌ها طول روز را با دقت بالایی که G به دست آورده اندازه‌گیری نکرده‌اند. این ژیروسکوپ همچنین به اندازه‌ای پایدار است که ماه‌ها متوالی کار کند و به محققان اجازه می‌دهد تا تغییراتی که در مقیاس‌های زمانی طولانی رخ می‌دهند را بررسی کنند.

آنجلا دی ویرجیلیو Angela Di Virgilio ، فیزیکدان از موسسه ملی فیزیک هسته‌ای در پیزا، ایتالیا، که در این مطالعه جدید نبوده می‌گوید: قابلیت‌های G منحصربه‌فرد است: «این اندازه‌گیری ای است که به نظر با بقیه آشکارسازها امکان‌پذیر نبود. بنابراین خوب است که آنها نتایجی را از این ابزار موثر به دست آورده اند».

چنین اندازه‌گیری‌هایی می‌تواند به دانشمندان کمک کند تا مدل‌های گردش هوای زمین و جریان‌های اقیانوسی خود را اصلاح کنند. در آینده، دانشمندان امیدوارند با ژیروسکوپ‌های لیزری حلقه‌ای بهبودیافته، بتوانند حتی اثرات غیرقابل دستیابی تری را اندازه‌گیری کنند. طبق نظریه نسبیت عام آلبرت اینشتین، یک سیاره در حال چرخش، فضا-زمان را با خود می کشد. ژیروسکوپ های لیزری حلقه ای ممکن است روزی پیچش ها و چرخش های فضا-زمان را حس کنند.

منبع:

A laser gyroscope measured tiny variations in the lengths of days on Earth

ترجمه خبر: شهره کرمی