دانشمندان با کمک یک «ژیروسکوپ» علت طولانی‌تر شدن روز‌ها را کشف کردند

به گزارش خبرنگار علم و فناوری آنا، یک فیزیکدان آلمانی با نام «اولریش شرایبر»  (Ulrich Schreiber)، «ژیروسکوپ لیزری حلقه‌ای» را برای آشکارسازی چرخش زمین که می‌تواند تغییرات کوچک چرخش زمین حتی با نرخ کمتر از یک میلیونیم درصد را اندازه‌گیری کند، بسازند.

این تکنیک می‌تواند به دانشمندان کمک کند تا جریان‌های پیچیده آب و هوا را که باعث کوچک‌ترین تغییرات در چرخش سیاره می‌شود، درک کنند.

چرخش زمین کاملاً ثابت نیست. این سیاره در حین چرخش سرعت خود را افزایش و کاهش می‌دهد و در نتیجه یک روز را کمی کوتاه‌تر یا چند میلی‌ثانیه طولانی‌تر می‌کند. بسیاری از این تغییرات به خوبی درک شد‌اند. یکی از این تعییرات ناشی از نیرو‌های جزر و مدی است که توسط کشش گرانشی ماه و خورشید ایجاد می‌شود و باعث تغییر شکل زمین می‌شود.

دانشمندان می‌دانند که چگونه این اثرات را روی چرخش زمین پیش‌بینی کنند، اما تخمین تغییرات دیگر مثل تغییرات ناشی از نوسانات جریان جو و آب‌های روی زمین دشوارتر است. از این رو، دانشمندان ژیروسکوپ G را در رصدخانه ژئودتیک وتزل در آلمان قرار دادند تا بتوانند این اثرات کوچک را اندازه‌گیری کنند.

در داخل این ژیروسکوپ، پرتو‌های لیزر به دور حلقه‌ای مربع شکل می‌چرخند که هر ضلع آن چهار متر است. یک پرتو در جهت عقربه‌های ساعت گردش می‌کند و دیگری در خلاف جهت عقربه‌های ساعت. طول موج‌هایی که همسو با جهت چرخش زمین هستند، کشیده می‌شوند و پرتو‌هایی که برخلاف آن حرکت می‌کنند، منقبض می‌شوند و زمانی که این دو پرتو با هم ترکیب می‌شوند، یک سیگنال ضربان ایجاد می‌کنند؛ درست مانند دو نت کمی ناکوک.

محققان در ۱۸ سپتامبر گزارش دادند که این ضربان سرعت چرخش زمین را نشان می‌دهد و به این ژیروسکوپ امکان می‌دهد که طول یک روز را با دقت کمتر از یک میلی‌ثانیه اندازه‌گیری کند.

به گفته دانشمندان، روش‌های دیگری نیز برای اندازه‌گیری سرعت چرخش زمین وجود دارند که به منابع خارجی متکی هستند. به عنوان مثال، تلسکوپ‌ها می‌توانند از مکان اختروش‌های دوردست -هسته‌های درخشان کهکشان‌های فعال- برای تعیین میزان چرخش زمین استفاده کنند، اما این تکنیک‌ها نتایجی را به طور میانگین در طول یک روز به دست می‌دهند.

در حالی که ژیروسکوپ جی نرخ چرخش را هر چند ساعت یکبار اندازه‌گیری می‌کند و اندازه‌گیری‌های آن نیز در یک آزمایشگاه زیرزمینی انجام می‌شود.

اولریش شرایبر، فیزیکدان دانشگاه فنی مونیخ، می‌گوید: از آنجا که ژیروسکوپ چرخش مطلق زمین را اندازه می‌گیرد، دیگر نیازی به مشاهده از جهان خارج نیست. در واقع، این دستگاه بزرگ چرخش را نسبت به مرجع دیگری اندازه نمی‌گیرد، بلکه خود چرخش را اندازه‌گیری می‌کند.

دانشمندان قبلاً چرخش و شیب زمین را با ژیروسکوپ‌های لیزری دیگر اندازه‌گیری کرده‌اند، اما آن‌ها طول روز را با دقت بالایی که ژیروسکوپ جی به دست آورده است، اندازه‌گیری نکرده‌اند. این ژیروسکوپ همچنین به اندازه‌ای پایدار است که می‌تواند ماه‌های متوالی کار کند و به محققان امکان بررسی تغییراتی را دهد که در مقیاس‌های زمانی طولانی رخ می‌دهند.

آنجلا دی ویرجیلیو، فیزیکدان موسسه ملی فیزیک هسته‌ای در پیزای ایتالیا که درگیر این پروژه تحقیقاتی نبوده، می‌گوید: قابلیت‌های جی منحصربه‌فرد است، زیرا اندازه‌هایی را به ما می‌دهد که با آشکارساز‌های دیگر امکان‌پذیر نیست.

چنین اندازه‌گیری‌هایی می‌تواند به دانشمندان کمک کند تا مدل‌های گردش هوای زمین و جریان‌های اقیانوسی خود را اصلاح کنند. دانشمندان امیدوارند در آینده بتوانند با ژیروسکوپ‌های لیزری حلقه‌ای بهبود یافته، اثرات غیرقابل دستیابی را اندازه‌گیری کنند. طبق نظریه نسبیت عام آلبرت انیشتین، یک سیاره در حال چرخش فضا-زمان را با خود می‌کشد و ژیروسکوپ‌های لیزری حلقه‌ای ممکن است روزی پیچش‌ها و چرخش‌های فضا-زمان را حس کنند.