Ein Team von Wissenschaftlern hat eine neuartige Methode zur Messung von Schwankungen der Erdrotation entwickelt. In ihrem in der Zeitschrift veröffentlichten Artikel Naturphotonikerklärt das Team, wie ihr neuer Ansatz funktioniert und wie gut er im Test abgeschnitten hat. Caterina Cimminelli und Giusepeppe Brunetti haben in derselben Zeitschrift einen Artikel über News & Views veröffentlicht, in dem sie die Ergebnisse der Hauptstudie diskutieren.
Seit vielen Jahren versuchen Wissenschaftler, die Genauigkeit der Erdrotation zu verbessern, um die Länge eines bestimmten Tages klarer zu beschreiben. Erschwerend kommt hinzu, dass die Länge eines bestimmten Tages von vielen Faktoren abhängt, wie zum Beispiel der Anziehungskraft des Mondes, den Meeresströmungen und der Windrichtung. Frühere Versuche, die Länge eines Tages zu messen, umfassten den Einsatz von Radioteleskopen oder von Signalen, die von vielen auf der Erde stationierten Einrichtungen gesendet wurden. In jüngerer Zeit wurden erdumlaufende Satelliten eingesetzt, um die Präzision zu erhöhen. Bei diesem neuen Versuch haben die Forscher einen neuen Ansatz ausprobiert – die Verwendung eines Gyroskops.
Das Gyroskop, das schlicht „G“ genannt wird, ist am deutschen Geodätischen Observatorium Wettzell stationiert. Es wurde mit einem 16 Meter langen Laserhohlraum hergestellt, was es zu einem Ringtyp macht. Im Inneren interagieren zwei Laserstrahlen, die sich in entgegengesetzte Richtungen bewegen, wodurch ein Interferenzmuster entsteht. Das System funktioniert, weil der Laser, der sich in die gleiche Richtung wie die Erde bewegt, stärker gestreckt ist als der, der sich umgekehrt bewegt.
Wenn sich die Erde dann dreht, spiegeln sich Schwankungen ihrer Geschwindigkeit in Schwankungen im Interferenzmuster wider. Daraus konnten die Forscher berechnen, wie viel Entfernung ein bestimmter Punkt auf der Erde in einem bestimmten Zeitraum zurückgelegt hatte. Durch die Wiederholung der Übung über mehrere Tage konnten sie zeitliche Schwankungen berücksichtigen und so die Länge eines bestimmten Tages über einen Zeitraum von vier Monaten auf wenige Millisekunden genau messen.
Die Forscher kommen zu dem Schluss, dass ihre Methode zur Messung der Tageslänge sowie ihrer Variationen – da sie weitaus präziser ist als jede andere Methode – zur Erstellung besserer geophysikalischer Modelle verwendet werden könnte, die für den globalen Transport verwendet werden könnten.
Mehr Informationen:
K. Ulrich Schreiber et al, Variationen der Erdrotationsrate gemessen mit einem Ringlaserinterferometer, Naturphotonik (2023). DOI: 10.1038/s41566-023-01286-x
Caterina Ciminelli et al.: Lasergyroskop verfolgt präzise die Erdrotation, Naturphotonik (2023). DOI: 10.1038/s41566-023-01293-y
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