Немцы впервые напрямую измерили колебания земной оси

Автор:
LK-4D4
Печать
дата:
7 января 2013 15:53
Просмотров:
3549
Комментариев:
4
Обо всех тонкостях вращения Земли в пространстве учёные привыкли судить, наблюдая за далёкими объектами в космосе как за опорными точками. Однако физики нашли способ отследить раскачку оси планеты прямо в лаборатории.

Немцы впервые напрямую измерили колебания земной оси

Этот лазерный гироскоп показал, как «шатается Земля», продемонстрировав в миллионы раз большую чувствительность, чем его собратья из мира аэрокосмической техники (фото Carl Zeiss AG).


Специалисты из геодезической обсерватории Веттцелль (Geodätisches Observatorium Wettzell) технического университета Мюнхена, а также ряда других германских научных учреждений построили и успешно апробировали самый стабильный в мире и самый чувствительный лазерный гироскоп.

Он смог уловить тончайшие (в доли угловой секунды) отклонения в оси вращения нашей планеты, циклически происходящие с периодом в год и больше. При этом данные оказались хорошо согласованы с параметрами, измеренными Международной службой вращения Земли (IERS) при помощи иных методов.

Немцы впервые напрямую измерили колебания земной оси

Пример смещения оси вращения Земли (по вертикали – дни, по осям x и y – отклонение в угловых секундах) (иллюстрация с сайта wikipedia.org).


"Колебания волчка" вызваны тем, что Земля – не идеально круглый объект. При этом на ней ещё происходят постоянные перемещения масс (океанские течения, изменение атмосферного давления над разными регионами и так далее).

Вкупе с гравитационным влиянием Солнца и Луны это генерирует смещение оси с амплитудой примерно в 12 метров (по шесть в каждую сторону относительно среднего положения), считая по поверхности Земли у полюса — так называемые колебания Чендлера (Chandler wobble).

Они происходят с периодом около 435 дней. Но на них накладываются ещё годовые колебания оси вращения, связанные с эллиптичностью земной орбиты. Вместе эти два процесса создают сложное движение полюса (polar motion) (не путать с дрейфом магнитных полюсов).

Немцы впервые напрямую измерили колебания земной оси

Чувствительность кольцевых лазерных гироскопов зависит от площади, ограниченной лучами (чем больше, тем лучше). В немецком монстре это квадрат 4 х 4 метра. На рисунке показана упрощённая схема рекордного прибора с основными узлами (иллюстрация Geodätisches Observatorium Wettzell).


Учёт таких сдвигов важен для геодезии, наблюдения за космическими телами, спутниковой навигации. Но до сих пор тут учёным приходилось полагаться на космос. В наше время 30 радиотелескопов по всему миру регулярно отслеживают направление на определённые квазары. Эти ядра галактик столь далеки, что для нас могут считаться неподвижными точками.

Немцы впервые напрямую измерили колебания земной оси

Необычная система смонтирована в подземной лаборатории. На снимках – этапы строительства (фотографии Geodätisches Observatorium Wettzell).


И всё-таки всегда оставалась вероятность, что опорные «маяки» на деле не вполне стационарны. Потому немецкие учёные решили разработать технологию, устраняющую любые систематические ошибки и вообще необходимость смотреть на небо.

В середине 1990-х годов они начали проектирование и постройку уникального лазерного гироскопа. По словам лидера проекта Карла Ульриха Шрайбера (Karl Ulrich Schreiber, на фото под заголовком), в то время над идеей посмеивались, так как сложно было представить прибор требуемой точности.

Напомним, в таких устройствах два лазерных луча бегают навстречу друг другу по закольцованной при помощи зеркал трассе. Через полупрозрачное зеркало датчики постоянно следят за картиной интерференции этих лучей, а она меняется, лишь стоит плоскости гироскопа повернуться вокруг перпендикулярной оси.

Немцы впервые напрямую измерили колебания земной оси

Принцип работы кольцевого лазерного гироскопа (красным показан лазер, серым – зеркала, прямые стрелки – бег лучей, отмечен также поворот установки вместе с Землёй). Нужно отметить, что если бы прибор стоял на полюсе (а лазерные лучи бегали в горизонтальной плоскости), датчики показывали бы один оборот в сутки. На экваторе при том же расположении установки по горизонтали она не чувствовала бы вращение планеты совсем.

Размещение аппарата в лесу Веттцелль, на 49-й широте, представляет собой хороший промежуточный случай. Любое отклонение в пространстве оси вращения планеты вызывает тут изменение в измеряемой скорости вращения установки (иллюстрация Geodätisches Observatorium Wettzell).


Установку смонтировали в пяти метрах под уровнем земли, изолировав камеру сверху многометровыми слоями глины и других материалов.

В комнату с прибором ведёт 20-метровый тоннель с пятью герметичными дверями. Внутри сохраняются более-менее стабильные температура и давление.

Вдобавок приборы постоянно измеряют эти параметры, и малейшие отклонения учитываются далее при расчётах.

Сам гироскоп смонтирован на девятитонной плите из керамики Zerodur, обладающей очень малым коэффициентом теплового расширения. Она дополнена четырьмя тяжёлыми балками из того же материала – они держат зеркала.

В довершение вся эта массивная сборка покоится на широком монолитном бетонном столбе (он хорошо виден на кадрах со стройки), уходящем в скальную породу на шесть метров вглубь, повествует PhysOrg.com.

Немцы впервые напрямую измерили колебания земной оси

Схема «бункера» с лазерным гироскопом (сам он показан чёрным). Внизу видно массивное основание, сверху – защитные короба и слои, изолирующие прибор и весь бункер от внешних воздействий. Слева виден туннель для доступа к установке, под ним – дренажный канал (иллюстрация Geodätisches Observatorium Wettzell).


Немцы впервые напрямую измерили колебания земной оси


Все эти ухищрения ныне увенчались полным успехом. Теперь команда из университета Мюнхена намерена улучшить установку, чтобы можно было получать данные об отклонении земной оси, произошедшем не за полгода-год, а всего за день.

Дальше учёные попробуют настроить прибор так, чтобы он мог работать годами без ошибок. Тогда можно было бы в любой момент посмотреть на показания сенсоров и узнать, как сейчас вращается наша планета.

(Детали нынешнего достижения раскрывает статья Physical Review Letters.)

1 не понравился
52 понравился пост
 
Незарегистрированные посетители не могут оценивать посты
 
 
 
 

 
 
 
 

Комментарии

 
 

 
 
 
splinte256
Дата:
(7 января 2013 16:05)
#1
Вот до чего техника дошла о_О
Томск [ссылка]
4 / 0
 
 
 
 
 
 
LynX
Дата:
(7 января 2013 17:02)
#2
Идиоты.. это в 9м классе преподавали.
Там все умственно отсталые? Прецессию и нутацию даже по Эвклиду можно посчитать.
Ладно пусть радуются, один хрен криво сделали)
Томская область > Северск [ссылка]
1 / 29
 
 
 
 
 
 
ZZVVSS
Дата:
(7 января 2013 18:01)
#3
и когда же планета налетит на земную ось?
 
я на кую вертел королей из местной администрации
Томск [ссылка]
1 / 6
 
 
 
 
 
 
boroda3
Дата:
(7 января 2013 20:13)
#4
Цитата: LynX
Идиоты.. это в 9м классе преподавали.Там все умственно отсталые? Прецессию и нутацию даже по Эвклиду можно посчитать.

Посчитать - можно. Рассчитать отклонения от идеальной математической модели - нет. А именно их и измеряют. Так что идиотов ищите не там, а в зеркале.
Томск [ссылка]
18 / 0
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 

Информация

 
 
 
 
 
 
 
 
 

Оставлять свои CRAZY комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
Пожалуйста пройдите простую процедуру регистрации или авторизируйтесь под своим логином. Также вы можете войти на сайт, используя существующий профиль в социальных сетях (Вконтакте, Одноклассники, Facebook, Twitter и другие)

 
 
 
 
 
Наверх