Cómo es el giroscopio láser que cambia la forma de medir las variaciones en la rotación de la Tierra

Un conocimiento exacto de la velocidad de rotación instantánea de la Tierra es indispensable para una navegación y geolocalización precisas. Las fluctuaciones en la duración del día son causadas por el intercambio de impulso entre los fluidos de la Tierra, es decir, la atmósfera, la hidrosfera y la criosfera y la parte sólida.

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Dado que están involucrados una multitud de diferentes fenómenos de transporte masivo independientes y distribuidos globalmente, el efecto resultante sobre la rotación no es predecible y debe medirse continuamente. Ahora el equipo de científicos ha desarrollado una forma novedosa de medición y lo informó en su artículo publicado en la revista Nature Photonics. Allí el equipo explica cómo funciona su nuevo enfoque y qué tan bien funcionó cuando se probó.

Durante muchos años, los científicos han intentado mejorar las medidas de precisión de la rotación de la Tierra para describir más claramente la duración de un día determinado. Para complicar aún más las cosas, la duración de un día determinado depende de muchos factores, como la atracción de la luna, las corrientes oceánicas y la dirección en la que sopla el viento.

Los esfuerzos anteriores para medir la duración de un día han implicado el uso de radiotelescopios o señales enviadas por muchas instalaciones estacionadas en la Tierra. En tiempos más recientes se han utilizado satélites que orbitan la Tierra, aumentando la precisión. En este nuevo esfuerzo, los investigadores han probado un nuevo enfoque: utilizar un giroscopio.

Esta nueva herramienta, el giroscopio, que ha sido denominado simplemente “G”, tiene su sede en el Observatorio Geodésico Wettzell de Alemania. Se fabricó utilizando una cavidad láser de 16 metros de largo, lo que lo convierte en un tipo de anillo. En el interior, interactúan dos rayos láser que viajan en direcciones opuestas entre sí, lo que da como resultado la creación de un patrón de interferencia.

El sistema funciona porque el láser que se mueve en la misma dirección que la Tierra está más estirado que el que lo hace en reversa.

Luego, a medida que la Tierra gira, las fluctuaciones en su velocidad se reflejan en los cambios que se expresan en el patrón de interferencia. A partir de eso, los investigadores pudieron calcular cuánta distancia había recorrido un punto determinado de la Tierra durante un cierto período. Repetir el ejercicio durante varios días les dio la capacidad de tener en cuenta las variaciones a lo largo del tiempo, y eso les permitió medir la duración de un día determinado con una precisión de tan solo unos pocos milisegundos durante un lapso de cuatro meses.

En nuestro documento informamos la observación de variaciones mínimas en la velocidad de rotación de la Tierra al nivel de cinco partes por mil millones, es decir, con una resolución de unos pocos milisegundos durante 120 días de mediciones continuas. Empleamos una técnica de medición inercial autónoma basada en un interferómetro láser de anillo óptico fijado rígidamente a la corteza terrestre y operado en la configuración de Sagnac.

Los investigadores concluyeron sugiriendo que su método para medir la duración del día, así como sus variaciones, podría usarse para construir mejores modelos geofísicos, que podrían utilizarse para el transporte global.

Este giroscopio a gran escala integra más de tres horas para cada punto de datos, a diferencia de toda una red global de receptores de sistemas de navegación por satélite e interferometría de línea de base muy larga que solo puede proporcionar una única medición por día-

* K. Ulrich Schreiber, primer autor del estudio; profesional de la Unidad de Investigación de Geodesia por Satélite de la Universidad Técnica de Munich en Alemania