I geofisici della Ludwig-Maximilians Universitaet (LMU) di Monaco di Baviera hanno misurato la rotazione della Terra e l'orientamento dell'asse con un nuovo laser ad anello, e ha fornito la determinazione più precisa di questi parametri mai ottenuta da uno strumento a terra senza la necessità di un rilevamento della distanza stellare.

Sepolto tra i pascoli e i terreni coltivati ​​vicino alla città di Fürstenfeldbruck, a ovest di Monaco, c'è uno strumento scientifico "unico nel suo genere". È un laser ad anello chiamato ROMY, che è essenzialmente un sensore di rotazione. Al suo completamento tre anni fa, la prestigiosa rivista di ricerca Scienza ha salutato ROMY come "lo strumento più sofisticato del suo genere al mondo". L'acronimo si riferisce a uno dei suoi usi:rilevare i movimenti di rotazione in sismologia. Ma oltre a quantificare la rotazione del suolo causata dai terremoti, ROMY è in grado di rilevare minuscole alterazioni nella velocità di rotazione della Terra, nonché cambiamenti nel suo asse di orientamento. Queste fluttuazioni sono causate non solo da eventi sismici, ma da fattori come le correnti oceaniche e gli spostamenti nella distribuzione delle masse di ghiaccio, tra gli altri fattori.

Ora un gruppo di geofisici guidati dai professori Heiner Igel (LMU) e Ulrich Schreiber (Università tecnica di Monaco) riporta sulla rivista i risultati delle prime misurazioni continue ad alta precisione dei parametri di rotazione della Terra Lettere di revisione fisica . Gli autori si riferiscono ai dati come a una "prova di concetto" e i risultati dimostrano che ROMY ha superato il suo primo vero test a pieni voti. "È lo strumento più preciso al mondo per la misurazione delle rotazioni del suolo, "dice Igel, Professore di Sismologia alla LMU. Un'accurata quantificazione dei moti rotatori è importante anche per determinare il contributo del rumore sismico ai dati acquisiti dai due rivelatori di onde gravitazionali attualmente in funzione (LIGO e LIGO Virgo). Quindi le applicazioni di ROMY si estendono ben oltre la sismologia osservativa sul nostro pianeta.

Con l'aiuto di una sovvenzione del Consiglio europeo della ricerca (CER), Igel e Schreiber hanno sviluppato il concetto per il laser ad anello ROMY. La costruzione dell'osservatorio, che è stato in gran parte finanziato da LMU Monaco di Baviera, era un'impresa estremamente impegnativa. Anche la struttura in cemento in cui è alloggiato ROMY doveva essere eretta con precisione millimetrica. ROMY è composto da un insieme di quattro laser ad anello che formano le facce di un tetraedro rovesciato (ogni lato è lungo 12 m). Due raggi laser circolano in direzioni opposte attorno a ciascuna faccia dello strumento. Il raggio che viaggia nel senso di rotazione impiega più tempo della sua controparte per completare ogni giro. Questo a sua volta provoca l'allungamento della sua lunghezza d'onda, mentre altro è compresso. La differenza di lunghezza d'onda dipende dall'orientamento preciso di ciascuna faccia rispetto alla direzione e all'orientamento della rotazione terrestre. I dati di tre dei quattro anelli sono sufficienti per determinare tutti i parametri della rotazione planetaria.

Il fatto che il laser ad anello abbia più che soddisfatto i suoi criteri di progettazione è naturalmente un sollievo - e motivo di grande soddisfazione - per Igel. "Siamo in grado di misurare non solo l'orientamento dell'asse di rotazione terrestre, ma anche la sua velocità di rotazione, " spiega. Il metodo finora impiegato per misurare questi parametri con elevata precisione si basa su un'interferometria della linea di base molto lunga (VLBI). Ciò richiede l'uso di una rete mondiale di radiotelescopi, che utilizzano i cambiamenti nella tempistica relativa delle emissioni pulsate da quasar distanti per determinare le proprie posizioni. Grazie al coinvolgimento di più osservatori, i dati VLBI possono essere analizzati solo dopo diverse ore. ROMY ha alcuni vantaggi considerevoli rispetto a questo approccio. Emette i dati praticamente in tempo reale, che consente di monitorare le variazioni a breve termine dei parametri di rotazione. Così, il nuovo studio si basa su osservazioni continue per un periodo superiore a 6 settimane. Durante questo periodo, ROMY ha rilevato cambiamenti nell'orientamento medio dell'asse terrestre inferiori a 1 secondo d'arco.

In futuro e con ulteriori miglioramenti, Le misurazioni ad alta precisione di ROMY integreranno i dati ottenuti dalla strategia VLBI, e serviranno come valori standard per la geodesia e la sismologia. Le misurazioni sono anche di potenziale interesse scientifico in campi quali la fisica dei terremoti e la tomografia sismica, dice Igel. "Nel contesto della sismologia, abbiamo già ottenuto dati molto preziosi su terremoti e onde sismiche causate dalle correnti oceaniche, " Aggiunge.