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Primeras mediciones en tiempo real del giro e inclinación de la Tierra

Primeras mediciones en tiempo real del giro e inclinación de la Tierra

Un nuevo sistema basado en láser determina la medición más precisa de la rotación e inclinación de la Tierra, sujetas a fluctuaciones causadas por cambios en el interior del planeta, en los océanos y en la atmósfera.

La velocidad de rotación de la Tierra y la orientación de su eje experimentan fluctuaciones constantes causadas por cambios en el interior del planeta, en los océanos y en la atmósfera.

Conocer en tiempo real esas fluctuaciones constantes es importante para orientar la navegación basada en el Sistema de Posicionamiento Global (GPS), por lo que los satélites las utilizan para determinar la posición exacta de un objeto en relación con la superficie terrestre.

La orientación del eje y la velocidad de rotación, condicionadas por esas fluctuaciones, deben establecerse con precisión en cada momento para asegurar una navegación fiable.

Esas fluctuaciones están influidas por las corrientes oceánicas, los movimientos de la atmósfera y las plataformas de hielo, por lo que la orientación del eje terrestre y la velocidad de rotación de nuestro planeta varía constantemente.

Mirando cuásares

Hasta ahora, la medición de esas variaciones se ha realizado a través de receptores de radio distribuidos a lo largo y ancho del mundo, la mayor parte de ellos en el hemisferio norte, repartidos entre Estados Unidos y Europa.

Esos receptores de radio, basándose en la interferometría de muy larga base o interferometría de base ancha (VLBI), utilizan las ligeras diferencias de tiempo entre los cambios repentinos que detectan en las emisiones de microondas de cuásares muy distantes, para determinar con precisión sus propias posiciones.

Esta información les permite detectar pequeños cambios en la orientación de la Tierra con respecto a estos objetos lejanos y determinar con precisión la posición de los receptores en cada momento. Pero puede llevar días traducir las observaciones de VLBI en datos útiles.

Anillo láser

Desde hace tiempo, se viene pensando que un sensor de la rotación terrestre en una sola ubicación podría proporcionar una medición independiente y permitir que los datos estén disponibles en tiempo real para la navegación GPS.

Pensando en esta posibilidad, en 2017 se inauguró en Alemania, cerca de Múnich, un dispositivo de medición local para detectar variaciones mínimas en el movimiento de la tierra y, por lo tanto, establecer nuevos métodos de medición para la geodesia.

El dispositivo, esencialmente un sensor de rotación, contiene una estructura tetraédrica de 12 metros que es el así llamado láser de anillo ROMY (Movimientos de rotación en Sismología), considerado por la revista Science uno de los dispositivos más sofisticados de su tipo en todo el mundo.

Los láseres de anillo se usan desde los años 90 del siglo pasado para medir el movimiento de la Tierra.  Pero un solo anillo láser solo puede detectar la rotación en un solo plano.

ROMY utiliza cuatro láseres de anillo triangulares dispuestos como las caras de un tetraedro para proporcionar información 3D completa sobre el vector de rotación de la Tierra.

Además de cuantificar la rotación del suelo causada por los terremotos, ROMY puede detectar pequeñas alteraciones en la velocidad de rotación de la Tierra, así como cambios en su eje de orientación.

Primeros resultados

Los primeros resultados obtenidos por esta primera utilización a gran escala de un láser de anillo multicomponente para medir el movimiento de la Tierra, se han publicado ahora en la revista Physical Review Letters.

Después de 47 días de recolección continua de datos, ROMY ha determinado con alta precisión que los polos de la Tierra se desviaron en menos de 1 segundo de arco o sexagesimal desde sus posiciones medias durante el tiempo de medición, destaca la revista Physics.

Los investigadores también observaron que la velocidad de rotación se desvió de un valor constante en no más de 2 nanoradianes por segundo (un nanoradian equivale a 10−9 radianes, la unidad de ángulo en el plano en el Sistema Internacional de Unidades).

También para la investigación básica

Estos resultados confirman la más alta sensibilidad y estabilidad respecto de cualquier interferómetro óptico que mida el movimiento de la Tierra, señala el profesor Ulrich Schreiber, de la Universidad Técnica de Múnich, en un comunicado.

Se trata del instrumento más preciso del mundo para medir las rotaciones del suelo, señalan los investigadores, añadiendo que estos movimientos son particularmente importantes para el desacoplamiento de dispositivos de medición de alta precisión para ondas gravitacionales del ruido sísmico, es decir, también para la investigación básica.

En el futuro y con mejoras adicionales, las mediciones de alta precisión de ROMY complementarán los datos obtenidos por la estrategia VLBI y servirán como valores estándar para geodesia y sismología. Las mediciones también son de potencial interés científico en campos como la física de los terremotos y la tomografía sísmica, según los investigadores.

 

Referencia

Reconstruction of the Instantaneous Earth Rotation Vector with Sub-Arcsecond Resolution Using a Large Scale Ring Laser Array. André Gebauer et al. Phys. Rev. Lett. 125, 033605 – Published 17 July 2020. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.125.033605

 

 

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