Rotação da Terra é medida com precisão inédita

Redação do Site Inovação Tecnológica - 13/11/2023

O anel de laser vem sendo continuamente melhorado desde que entrou em operação.
[Imagem: Astrid Eckert/TUM]

Velocidade de rotação da Terra

Pesquisadores da Universidade Técnica de Munique, na Alemanha, conseguiram medir a rotação da Terra com a maior exatidão já alcançada até hoje.

As medições serão utilizadas para determinar a posição da Terra no espaço, mas também beneficiarão outras áreas, como as pesquisas climáticas, tornando os modelos do clima mais confiáveis.

O recorde foi batido graças ao Observatório Geodésico Wettzell, que vem melhorando a precisão do seu anel de laser há mais de uma década - em 2011, o laboratório mediu a rotação da Terra diretamente pela primeira vez.

Na sua viagem através do espaço, a Terra gira em torno do seu eixo a velocidades ligeiramente variáveis. Além disso, o eixo em torno do qual o planeta gira não é completamente estático, oscilando ligeiramente porque a Terra não é completamente sólida - não apenas a superfície, mas o interior da própria Terra também está em constante movimento.

Essas mudanças na massa aceleram ou freiam a rotação do planeta, diferenças que podem ser detectadas usando sistemas de medição extremamente precisos, como como o anel de laser. O laboratório é formado por dois feixes de laser em contra-rotação, que viajam em torno de uma rota quadrada, com espelhos nos cantos, que formam um circuito fechado.

Quando o conjunto gira, a luz que roda no mesmo sentido tem de viajar mais do que a luz em contra-rotação. Isto causa uma interferência entre os dois feixes, que "ajustam" seus comprimentos de onda, fazendo com que a frequência óptica se altere. Essa diferença pode ser usada para calcular a velocidade rotacional do experimento - a diferença é que, no laboratório Wettzell é a Terra que gira, e não o anel de laser.

Sem o movimento da Terra, a luz percorreria a mesma distância em ambas as direções. Mas, como o dispositivo se move junto com o planeta, a distância de um dos feixes de laser é menor, uma vez que a rotação da Terra aproxima os espelhos do feixe. Na direção oposta, a luz percorre uma distância correspondentemente maior. Este efeito cria uma diferença nas frequências das duas ondas de luz, cuja superposição gera uma nota de batida que pode ser medida com muita precisão.

Os cientistas precisam passar por um túnel de vinte metros, com cinco portas frigoríficas, para chegar até o laser.
[Imagem: TUM/FESG]

Otimização

Quanto maior a velocidade com que a Terra gira, maior será a diferença entre as duas frequências ópticas. No equador, a Terra gira 15 graus para leste a cada hora. Isso gera um sinal de 348,5 Hz no dispositivo de medição. Flutuações na duração do dia manifestam-se com valores de 1 a 3 milionésimos de Hz (1 - 3 microhertz).

Ao longo dos anos, cada elemento do laboratório tem sido otimizado, permitindo agora medir a rotação da Terra com precisão de até 9 casas decimais, correspondendo a uma fração de milissegundo por dia. Em termos dos feixes de laser, isso equivale a uma incerteza que começa apenas na 20ª casa decimal da frequência da luz e é estável por vários meses. No geral, as flutuações para cima e para baixo observadas atingiram valores de até 6 milissegundos durante períodos de aproximadamente duas semanas.

"Aqui, relatamos a observação de variações mínimas na taxa de rotação da Terra ao nível de cinco partes por bilhão, ou seja, com uma resolução de alguns milissegundos ao longo de 120 dias de medições contínuas," escreveu a equipe.

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