رقص نامرئی زمین؛ از بایرن تا کیهان | از سنجش حرکت محور زمین تا آزمون نظریه اینشتین

همشهری آنلاین – یکتا فراهانی: برای قرن‌ها، زمین به‌ظاهر کره‌ای آرام و یکنواخت تصور می‌شد، اما نگاه دقیق‌تر نجوم نشان داده است که محور این سیاره دائماً در حال لغزش و نوسان است؛ حرکاتی پیچیده که محصول کشاکش گرانشی ماه و خورشید، شکل نامتقارن زمین و نیروهای ژرف درونی آن است. تاکنون، تنها شبکه‌های عظیم رادیوتلسکوپ‌ها قادر به ردیابی این حرکات بودند، آن‌هم با دقتی محدود و فاصله‌های زمانی طولانی. حالا تیمی از دانشمندان دانشگاه‌های مونیخ و بن در آلمان با استفاده از لیزر حلقه‌ای فوق دقیق در رصدخانه ژئومتریک وِتسل، موفق شده‌اند این نوسانات را با وضوحی بی‌سابقه ثبت کنند؛ گامی که نه‌تنها درک ما از زمین را متحول می‌کند، بلکه می‌تواند به آزمونی زمینی برای نظریه نسبیت عام اینشتین بدل شود.

مسئله‌ای صدساله با راه‌حلی مدرن

زمین هرگز دقیقاً روی محور خود نمی‌چرخد. این سیاره دستخوش لرزش‌هایی نرم اما پیچیده است؛ لرزش‌هایی که از برهم‌کنش گرانشی و ساختار نامتقارن آن ناشی می‌شود. تاکنون اندازه‌گیری این حرکات تنها از طریق تداخل‌سنجی خط مبنای بسیار بلند (VLBI)، با بهره‌گیری از شبکه‌های گسترده رادیوتلسکوپی در سراسر جهان ممکن بود؛ روشی زمان‌بر و پرهزینه که داده‌های آن روزها یا هفته‌ها بعد به دست می‌آمد.

بیشتر بخوانید :

تولد یک‌چشم جدید در بایرن

تیم دانشگاه مونیخ در رصدخانه زیرزمینی وِتسل، ابزاری نو طراحی کرده است: یک ژیروسکوپ لیزری حلقه‌ای که به‌مدت ۲۵۰ روز پیاپی نوسانات محور زمین را با دقتی زیر یک ساعت ردیابی کرده است؛ وضوحی بسیار فراتر از VLBI که معمولاً فقط داده‌های روزانه ارائه می‌کرد.

رقص زمین؛ از تقدیم تا نوتاسیون

محور زمین به‌جای ثبات، مسیری پیچیده را در آسمان ترسیم می‌کند. تقدیم (پریسشن)، ناشی از برآمدگی استوایی، موجب می‌شود محور زمین در یک دوره ۲۶ هزار ساله مخروطی شکل بچرخد. بر این حرکت، نوتاسیون یا نوسانات کوچک‌تری افزوده می‌شود که حاصل کشش‌های گرانشی ماه و خورشید است. این تعاملات الگویی چندلایه و نامنظم ایجاد می‌کنند که اکنون با دقتی خیره‌کننده قابل مشاهده است.

لیزر حلقه‌ای چگونه می‌رقصد؟

این ابزار به‌عنوان یک حسگر کاملاً اینرسی عمل می‌کند. دو پرتو نور در مسیر بسته‌ای خلاف جهت هم حرکت می‌کنند و هر چرخش—even در مقیاس میکروسکوپی—باعث جابه‌جایی الگوی تداخل آن‌ها می‌شود. طراحی ویژه لیزر وِتسل، آن‌قدر دقیق است که کوچک‌ترین لرزش‌ها را هم آشکار می‌سازد و برای نخستین‌بار امکان مشاهده همه مؤلفه‌های حرکت محوری زمین را به‌طور مستقل فراهم کرده است.

گامی به‌سوی آزمون اینشتین

دانشمندان بر این باورند که با ارتقای حساسیت این لیزر تا ۱۰ برابر، می‌توان مستقیماً اثرات نسبیتی چون کشش چارچوب (اثر لنس-تیرینگ) را که در آن چرخش زمین بافت فضا-زمان را خم می‌کند، ردیابی کرد؛ دستاوردی که آزمونی تاریخی برای نسبیت عام از سطح زمین خواهد بود.

پیامدهای گسترده برای علم و فناوری

دقت بی‌سابقه این ابزار، تنها در خدمت اخترفیزیک نخواهد بود. از بهبود مدل‌های تکتونیک صفحه‌ای و تغییرات سطح دریا گرفته تا افزایش دقت ناوبری موشک‌ها، کالیبراسیون ماهواره‌ها و حتی برنامه‌ریزی مأموریت‌های سیاره‌ای، همه می‌توانند از این پیشرفت بهره‌مند شوند. افزون بر این، پیوند فناوری‌های حسگری کوانتومی با مدل‌های سیاره‌ای آینده‌ای نویدبخش برای علوم زمین و فضا ترسیم می‌کند.

دریچه‌ای تازه به شناخت زمین

آنچه در اعماق بایرن آلمان رخ داده، نه صرفاً پیشرفتی فنی، بلکه گشودن دریچه‌ای تازه به شناخت زمین و جایگاه آن در کیهان است. لیزر حلقه‌ای وِتسل نشان داد که سیاره ما در سکوتی موزون و پررمز، پیوسته در حال رقص است؛ رقصی که اکنون نه‌تنها دیده می‌شود، بلکه می‌تواند سرنخ‌هایی برای فهم ژرف‌ترین قوانین طبیعت، از لرزش‌های پوسته زمین تا خمیدگی فضا.