اندازه گیری سرعت چرخش زمین با استفاده از ژیروسکوپ لیزری

اندازه گیری سرعت چرخش زمین با استفاده از ژیروسکوپ لیزری
 
نمونة اولیة ژیروسکوپ لیزر حلقوی GINGERino با کاواک مربعی به طول ضلع 3.6 متر.  

محققین ایتالیایی امیدوارند با استفاده از یک ژیروسکوپ لیزری که در اعماق زمین قرار گرفته است، چرخش زمین را با دقت آزمایشگاهی بالایی اندازه گیری کنند و قسمتهای قابل اندازه گیری تئوری نسبیت عام انیشتین را نشان دهند. محققین بر این باورند با استفاده از تکنولوژی ژیروسکوپ لیزر حلقوی )[1](RLG، مولفه های زمینی اندازه گیری شده و افت و خیزهای سرعت چرخش در چارچوب مرجع زمینی مشخص میشود؛ برخلاف در نظر گرفتن اجرام آسمانی به عنوان مرجع که اطلاعات چرخشی اینرسی را نتیجه میدهد. جزئیات این کار در مقالة AIP's Review of Scientific Instruments آورده شده است.
گروهی از مؤسسه ملی فیزیک هسته ای ایتالیا[2] در یک برنامة تحقیقاتی با هدف اندازه گیری دقت ژیروسکوپ زمینی در نتیجة اثرات نسبیتی، با نام اثر لنز ترینگ[3]، در حال کار هستند. در این برنامه که ژیروسکوپ در نسبیت عام )[4] (GINGERنام گذاری شده است از آرایه ای از RLG های با حساسیت بالا استفاده شده است. تا کنون آنها با موفقیت توانسته اند یک نمونة اولیه، GINGERino، که نیازمند یک سکوی اندازه گیری ارتعاشات زمین لرزه است عرضه کنند.
این گروه نصب موفقیت آمیز تجهیزات تک محوره GINGERino را درون آزمایشگاه زیرزمینی LNGS[5] در مؤسسه ملی فیزیک هسته ای ایتالیا و توانایی آن برای ثبت موضعی حرکت چرخشی زمین گزارش داده اند. در نهایت، هدف GINGER این است که بردار سرعت چرخش زمین را با دقت نسبی بهتر از یک قسمت در میلیارد جهت مشاهدة اثر لنز ترینگ محاسبه کند.
جاکوب بلفی محقق برجسته ای که در حال کار در بخش پیزا در مؤسسه ملی فیزیک هسته ای ایتالیا است میگوید: "این اثر به صورت یک اختلاف کوچک بین سرعت چرخش زمین محاسبه شده با استفاده از مشاهده گر در چارچوب زمینی با مقدار محاسبه شده در چارچوب مرجع لخت است. این اختلاف کوچک ناشی از جرم زمین و تکانة زاویه ای است و از قبل توسط تئوری نسبیت عام انیشتین پیش بینی شده است. از نقطه نظر تجربی نیاز است که بردار سرعت چرخش زمین را با دقت نسبیتی بهتر از یک بر میلیارد که متناظر با تفکیک پذیری سرعت چرخش مطلق 10 تا 14 رادیان بر ثانیه است، محاسبه کرد."
دلیل قرار گرفتن این سیستم در زیر زمین برای اندازه گیری پارامترهای حساس، دور بودن از اختلالات خارجی مثل آب های سطحی[6] و تغییرات دما یا فشار هوا است. انتظار میرود که این نمونة اولیه، اطلاعات منحصر به فردی را در مورد فیزیک زمین نتیجه دهد. همچنین براساس گفتة بلفی "نصب سیستم RLG بزرگ در زیر زمین میتواند اطلاعات مفیدی را در حوزة زمین سنجی یعنی شاخه ای از علم که با شکلها و سطوح زمین در ارتباط است، فراهم آورد."
بلفی همچنین متذکر میشود که "RLG ها در واقع تداخل سنج های اپتیکی فعال در چیدمان حلقوی هستند. این تداخل سنج ها معمولاً از 3 یا 4 آینه تشکیل شده اند که یک مسیر بسته را برای دو باریکة در حال انتشار در راستای حلقه و در جهات مخالف یکدیگر، ایجاد میکنند. به دلیل اثر سگنک[7]، تداخل سنج حلقوی، یک آشکارساز سرعت زاویه ای بسیار دقیق، یا در واقع همان ژیروسکوپ، است."
این گروه توانست با نصب اولین چارچوپ RLG با حساسیت بالا در قسمتهای عمیق زمین، سرعت چرخش زمین با تفکیک پذیری بیشینه 30 پیکورادیان بر ثانیه را اندازه گیری کند.
بلفی در ادامه میگوید: "یک ویژگی عجیب دستگاه GINGERino این است که به عمد در قسمتهای با ارتعاش بالای مرکز ایتالیا قرار گرفته است و برخلاف دستگاه های بزرگ RLG دیگر، GINGERino در واقع میتواند چرخشهای وابسته به ارتعاش که بوسیلة زمین لرزه های نزدیک به آن روی میدهند را کاوش کند. هم اکنون GINGERino همراه با تجهیزات لرزه نگار مؤسسه ایتالیایی ژئوفیزیک و آتش فشان شناسی به عنوان رصدخانه لرزه نگار چرخشی در حال کار است. GINGERino به همراه یک زلزله سنج این امکان را میدهد که تنها با یک ایستگاه، اطلاعات مورد نیاز مربوط به سرعت فاز موج سطحی بدست آید؛ این در حالی است که در زلزله شناسی های استاندارد از آرایه های بزرگی از زلزله سنج ها استفاده میشود."
 
 

 
Source: http://www.laserfocusworld.com/articles/2017/03/ring-laser-gyroscope-array-measures-deep-earth-effects.html
 
 

[1] Ring Laser Gyroscope
[2] National Institute for Nuclear Physics' (INFN)
[3] Lense-Thirring Effect
[4] Gyroscopes in General Relativity
[5] Laboratori Nazionali del Gran Sasso
[6] Hydrology
[7] Sagnac Effect
 
منبع : www.laserfocusworld.com      1396/8/24 15:15