Oscilação da Terra no espaço é medida do solo com laser de anel

A Terra gira conforme se move pelo espaço como se houvesse um eixo ligeiramente inclinado de polo a polo. Mas não há de fato um eixo lá, de modo que nosso planeta oscila levemente. Medir essas oscilações tipicamente requer o uso de complexos mecanismos de radioastronomia.

Agora, pela primeira vez, pesquisadores alemães conseguiram medir essas flutuações no eixo da Terra usando um método completamente novo, totalmente local e no solo, usando um anel de laser.

“Nós fizemos grandes progressos na medição da Terra. O que nosso laser anelar pode fazer é único no mundo. Somos 100 vezes mais precisos do que antes era possível com giroscópios ou outros lasers anelares. A medição precisa das flutuações nos ajuda a entender melhor e modelar o sistema terrestre com alta precisão,” disse Ulrich Schreiber, da Universidade Técnica de Munique.

Além de confirmar a capacidade de medição pelo novo método, o experimento de 250 dias trouxe informações que permitirão aumentar em 10 vezes a precisão e a estabilidade da medição do laser em anel em relação a esta prova de conceito.

Com isto, será possível até mesmo medir a distorção do espaço-tempo causada pela rotação da Terra, um teste direto da teoria da relatividade. Isso permitirá, por exemplo, testar o efeito Lense-Thirring, ou seja, o “arrasto” do espaço pela rotação da Terra, e fazer isto diretamente da superfície terrestre, sem a necessidade de tecnologias espaciais.

Efeito da precessão e da nutação da Terra em observações com o laser em anel.
[Imagem: K. Ulrich Schreiber et al. – 10.1126/sciadv.adx6634]

Precessão e nutação

O eixo da Terra sofre a atuação de diversas forças, fazendo-o oscilar em graus variados. A influência mais forte é a forma imperfeitamente redonda da Terra, o chamado geoide – nosso planeta se projeta ligeiramente no equador em comparação com os polos.

O efeito, conhecido como precessão, faz com que a extensão do eixo da Terra trace um círculo no céu. Atualmente, ele está alinhado precisamente com a Estrela Polar. Mas, no futuro, ele estará alinhado com outras estrelas, antes de retornar à Estrela Polar, completando um ciclo de 26.000 anos.

Mas as forças gravitacionais do Sol e da Lua, que algumas vezes se reforçam, outras se enfraquecem mutuamente, também exercem atração sobre o eixo da Terra. Esse efeito, conhecido como nutação, causa pequenos movimentos de onda no círculo de precessão do eixo da Terra. Há uma nutação distinta com um período de 18,6 anos, mas também muitas outras menores, com flutuações semanais ou diárias.

Como resultado, o eixo da Terra não oscila uniformemente, mas em graus variados de intensidade.

O laser de anel foi capaz de medir todos esses efeitos direta e continuamente ao longo de 250 dias com um nível de precisão nunca antes visto para sensores inerciais, ou seja, sensores que operam independentemente de sinais externos. Ao contrário do que acontecia no passado, isso não requer uma rede de vários radiotelescópios de grande porte (VLBI) em diferentes continentes.

O laser de anel pode fazer tudo isso sozinho em um instrumento relativamente pequeno, neste caso localizado em uma instalação subterrânea em Wettzell, na Alemanha. Além disso, a resolução temporal das flutuações é inferior a uma hora, em vez de um dia, e os resultados ficam disponíveis imediatamente, em vez de dias ou semanas, como acontece com a interferometria (VLBI).