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| El láser anular de Wettzell se ha ido mejorando continuamente desde su puesta en servicio. Crédito: Universidad Técnica de Múnich |
Con más precisión que nunca, científicos de la Universidad Técnica de Múnich (TUM) han podido medir la rotación de la Tierra. Allí, el láser anular se ha mejorado hasta el punto de poder ofrecer datos actuales diarios, algo que antes no era posible con niveles de calidad comparables.
Los científicos afirman que las mediciones ayudarán a la investigación climática y mejorarán la precisión de los modelos climáticos, además de utilizarse para determinar la posición de la Tierra en el espacio.
La Tierra gira sobre su eje y se desplaza a velocidades ligeramente diferentes por el espacio. Además, el eje de rotación del planeta no es perfectamente estable; se tambalea. Esto se debe a que la Tierra está formada por varios componentes, algunos de los cuales son líquidos y otros sólidos. Así, el interior de la Tierra está en perpetuo movimiento. Herramientas de medición como el anillo láser de la TUM pueden utilizarse para identificar estas transferencias de masa que aceleran o detienen la rotación del planeta.
Con cuatro espejos completamente encerrados en un cuerpo de cerámica conocido como resonador, los láseres de anillo tienen una trayectoria de haz cerrada y cuadrada. De este modo se evita que las variaciones de temperatura alteren la longitud de la trayectoria. La excitación del haz láser se consigue mediante una mezcla de gases de helio y neón en el interior del resonador, que gira uno en el sentido de las agujas del reloj y otro en sentido contrario.
El profesor Ulrich Schreiber, que dirigió el proyecto en el Observatorio de la TUM, declaró: "Las fluctuaciones en la rotación no sólo son importantes para la astronomía, también las necesitamos urgentemente para crear modelos climáticos precisos y comprender mejor fenómenos meteorológicos como El Niño. Y cuanto más precisos sean los datos, más exactas serán las predicciones".
En el caso del sistema de anillos, los científicos se centraron en lograr un buen equilibrio entre tamaño y estabilidad mecánica. Como el dispositivo es grande, puede hacer que las mediciones sean más sensibles.
La simetría de los dos rayos láser opuestos, que forman el núcleo del sistema Wettzell, presenta otra dificultad. Cuando los dos haces láser contrapuestos tienen patrones de onda similares, sólo es posible realizar mediciones precisas. Pero gracias al diseño del dispositivo, siempre hay cierta asimetría.
Los científicos han logrado captar estos efectos sistemáticos mediante un modelo teórico de las oscilaciones del láser, hasta el punto de que pueden estimarse adecuadamente durante un tiempo prolongado y, por tanto, eliminarse de los datos.
Este nuevo algoritmo de corrección permite al aparato medir la rotación de la Tierra con una precisión de nueve decimales, es decir, menos de un milisegundo diario. En lo que respecta a los rayos láser, esto se traduce en una incertidumbre estable de varios meses, que comienza justo en el decimal 20 de la frecuencia de la luz. A lo largo de unas dos semanas, las oscilaciones globales medidas hacia arriba y hacia abajo alcanzaron hasta 6 milisegundos.
Urs Hugentobler, catedrático de Geodesia por Satélite en la TUM, afirma: "Los programas correctores recién desarrollados nos permiten capturar datos actuales cada tres horas. En geociencias, estos altos niveles de resolución temporal son novedosos para los láseres de anillo autónomos. A diferencia de otros sistemas, el láser funciona de forma completamente independiente y no necesita puntos de referencia en el espacio. Los sistemas convencionales crean estos puntos de referencia observando las estrellas o utilizando datos de satélite".
"Pero nosotros somos independientes de ese tipo de cosas y además extremadamente precisos".
"Utilizar varios métodos ayuda a que el trabajo sea especialmente meticuloso, sobre todo cuando los requisitos de precisión son elevados, como ocurre con el láser anular". En el futuro está previsto mejorar aún más el sistema, permitiendo periodos de medición aún más cortos."
Uno de los haces láser tiene un alcance más corto, ya que el dispositivo se mueve con la Tierra, acercando los espejos al haz debido a la rotación. La luz recorre una distancia correspondientemente mayor en la dirección opuesta. Las frecuencias de las dos ondas luminosas difieren debido a este efecto, y su superposición produce una nota de batido exacta y mensurable.
La disparidad entre las dos frecuencias ópticas aumenta con la velocidad de rotación de la Tierra. El planeta gira 15 grados hacia el este por hora en el ecuador. Esto hace que el aparato TUM produzca una señal a 348,5 Hz. Las fluctuaciones diarias pueden tener valores que oscilan entre 1 y 3 millonésimas de hercio (1 - 3 microhercios).
Fuentes, créditos y referencias: