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行星科学

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激光陀螺测量地球’s ‘wobble’

28 Oct 2011 泰山委员会
旋转旋转

一支国际研究人员开发了一种新型的陀螺仪,是第一个测量的陀螺仪“wobble”在地球的旋转轴上从基于地面的实验室。天文学家通常通过不断监测远处物体的位置,例如Quasars来追踪这种摆动。科学家声称,这种新方法将为这些大规模天文读数提供更简单和更便宜的替代方案。

参与这项努力的国际大地乐园协会维护了陆地和天体参考框架,这为导航和地球的研究形成了重要基础。地面参考框架与地球上的观察者相关’S表面。例如,它描述了为什么太阳似乎正在升起和每天设置,当我们知道它是旋转的地球本身。天体参考框架–位于太阳系中心–使用212个远处的天文体如替代品计算,用于确定包括地球的所有行星的位置。

遥远的标记

地球的精确知识’S旋转和旋转轴的方向作为时间的函数,是以足够的精度链接两个参考帧的函数。现在几十年来,这是基于称为非常长的基线干涉测量(VLBI)的技术的无线电望远镜观测完成。不幸的是,这是一件昂贵的且备受介于的方法,跨越整个地球的跨越车站,直到今天这个系统不能连续运行。如果没有确定的一天长度和地球的方向,则无法准确地建立来自全球导航卫星系统(GNSS)的本地位置。

摇摆世界

追踪这种方向是由地球绕其轴摆动的事实复杂的。钱德勒和年度摆动都是地球位置的小不规则’S地理磁极,因此在其旋转轴上的换档。由于由于地球的轻微椭圆形,由于引力吸引力,因此每年的摇摆是由于倾斜度的小变化’S轨道。钱德勒摆动是一个435 地球振荡’S轴归因于海底压力变化和风等因素。由于钱德勒信号特别不可预测,因此有必要测量和跟踪它。

现在,在慕尼黑技术大学和同事的Ulrich Schreiber使用了环激光–这已被用于飞机指导多年–并在几个数量级上增加了它们的敏感性和稳定性,以使它们适合监测地球的长期变化’S轴等钱德勒摆动。

戒指

环激光使用两个单模激光束,其围绕闭合的激光腔围绕相对的方向传播。如果环激光旋转,则两个相对的波在频率略微移位并且观察到拍摄干涉图案,这与旋转速率成比例。由于传感器刚性地连接到地球上,因此能够感测地球的小变化’S转速和旋转轴的方向。“我们的G-环水平定向。如果我们将它放在赤道上,我们就会看到任何东西–投影消失了–在极点上,信号将是最大的,但极性运动会消失,” says Schreiber.

该团队设计了一个绝大的飞机环激光版本。“商业设备约为1​​0 厘米在一边,我们是4 m on a side,”解释了舍瑞解释道。该装置放置在温度稳定的拱顶中,使得频率低至25的信号 NHZ可以提取。镜镜制造技术也需要为陀螺仪进行巨大的飞跃,为陀螺仪工作,斯克里斯解释说,他们的环能够不断运行。他们的设备由Zerodur制成–陶瓷玻璃具有非常低的热膨胀。

感觉和稳定性

由于大环激光陀螺仪的敏感性和稳定性,该团队能够直接测量钱德勒和自由旋转地球的年度摆动的综合作用。通过使用天文方法,它们的测量数据与独立测量非常一致。

与尝试和测试的VLBI方法相比,Schreiber表示,它们的方法仍然是早期的。“我们仍然大约五个缺少VLBI性能,我们仍然需要进一步减少传感器漂移。但是,当我们在九十年代中期之前提出戒指激光器时,所有审稿人都将我们的审阅者标记–据说是我们不能降低几个数量级的漂移,并且大约六个级别敏感性的秩序是不现实的,”这是一位热情的舒尔恐怖,这表明将在未来的日子里进行进一步的发展。

研究描述了 物理评论信.

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