Anel laser melhora as medições dos movimentos da Terra

Além da atração gravitacional do Sol e da Lua, que interferem diretamente na posição da Terra no espaço, as variações na pressão atmosférica e da pressão flutuante do fundo oceânico contribuem fortemente para a mudança na posição do eixo da Terra, causando o chamado Bamboleio de Chandler.

Esse movimento foi descoberto em 1891 pelo astrônomo estadunidense Seth Carlo Chandler. Na ocasião, Chandler calculou que esse bamboleio causava uma variação de 0.7 arcosegundos na posição do eixo da Terra a cada 433 dias.

Apesar de ser um movimento conhecido, a detecção dessa anomalia nunca foi possível de ser feita diretamente. Até hoje, para observar esse movimento os cientistas utilizam um arranjo de 30 radiotelescópios que monitoram os sinais vindos de objetos celestes muito distantes, usados como "faróis" de referência nas medições celestes.

Mesmo sendo de difícil detecção direta, o Bamboleio de Chandler é um dos principais fatores que interferem nas medidas feitas por GPS, principalmente na área militar, e por isso sua medida é fundamental para a melhoria da precisão desses sistemas.

Medições
Em meados dos anos 1990, cientistas ligados à Universidade Técnica de Munique e da Agência Federal de Cartografia, da Alemanha desenvolveram um método mais simples para acompanhar a oscilação de Chandler e também de sua oscilação anual.

"Queríamos desenvolver uma alternativa que também nos permitisse eliminar eventuais erros sistemáticos", disse o pesquisador Karl Ulrich Schreiber. "Sempre havia a possibilidade de que os pontos de referência no espaço não estivessem de fato parados."

Na época, os cientistas tiveram a ideia de construir um laser de anel semelhante aos sistemas de orientação usados nas aeronaves, mas precisaria ser milhões de vezes mais exato. "Quase todo mundo riu. Ninguém imaginou que nosso projeto fosse viável", disse Schreiber.

Anel Laser
Para medir o bamboleio, os cientistas desenvolveram um dispositivo com dois feixes de laser que operam em contra-rotação e percorrem um caminho quadrado e fechado, refletido por espelhos.

Quando o arranjo é posto a girar, o feixe que é disparado no mesmo sentido de rotação da Terra teria que percorrer mais espaço do que aquele que é disparo no sentido oposto, criando um padrão de interferência que pode ser medido.

No entanto, diferente do experimento de Michelson feito no final do século 19, não é o arranjo que gira e sim a Terra.

"Se estivéssemos próximo a um dos polos, a Terra e os eixos de rotação do laser estariam perfeitamente sincronizados e a velocidade resultante de rotação seria de 1:1, mas na linha do equador o feixe de laser nem notaria que a Terra está girando", explicou Schreiber.

Com esse experimento, mudanças mínimas no eixo de rotação da Terra alteram o padrão de interferência ótica, permitindo aos cientistas não só confirmarem diretamente o balanço de Chandler mas também medir as oscilações anuais, que se mostraram compatíveis com os dados registrados pelo arranjo de 30 radiotelescópios.

Foto: Prof. Karl Ulrich Schreiber e seu experimento de anel laser. Credito: Carl Zeiss AG, Apolo11.com