211service.com
Atomure til at måle jordens geoide fra jorden
Jordens geoide er den form, planeten ville antage, hvis dens overflade var lavet af vand. Naturligvis er der lidt uenighed om formen af geoiden over oceanerne, hvor den varierer med kun 100 meter eller deromkring på grund af variationer i Jordens underjordiske tæthed.
Men over land er geoiden meget mere vanskelig at fastgøre. Fysikere gør det ved at måle højden af satellitter, mens de kredser. De knuser derefter dataene for at beregne formen på en overflade, der mest nøjagtigt gengiver det globale havniveau. De ekstrapolerer så dette på tværs af kontinenterne.
Men resultaterne har vigtige begrænsninger. Først og fremmest er beregningerne intensive, og løsningerne kan multivalueres, så der skal træffes en subjektiv beslutning om at vælge en bestemt værdi. Hvad mere er, resultaterne har en rumlig opløsning begrænset til 400 km eller deromkring.
Over kontinenterne, hvor der er utallige variationer i tæthed i jordskorpen og derunder, er det ikke godt nok til at opdage mange vigtige geologiske formationer såsom væskereservoirer og så videre.
I dag siger Ruxandra Bondarescu ved universitetet i Zürich i Schweiz et par venner, at der er en bedre måde at gøre det på, eller i det mindste vil der snart være, baseret på atomure.
Ifølge den generelle relativitetsteori skal ure i forskellige afstande fra en massiv krop tikke med forskellige hastigheder; jo tættere går det langsommere. Men forskellen er lillebitte, meget mindre end det har været muligt at måle i detaljer. Indtil for nylig.
I 2010 brugte fysikere denne idé til at måle en ændring på 33 cm i højden mellem to ure forbundet med optisk fiber. Det er mere detaljen nok til at få en god idé om formen på geoiden.
Tanken, siger Bondarescu og co, er at placere ét ur i havoverfladen, hvor det sidder i nøjagtig højden af geoiden. Det andet ur føres til et sted inde i landet, hvor det synkroniseres med det første ved hjælp af en fiber.
Det andet ur vil så køre hurtigere eller langsommere, alt efter om det er over eller under geoiden. Ændringen i clock rate afslører præcis, hvor meget højere det andet ur er over eller under geoiden.
Fordelen i forhold til satellitmetoder er for det første, at det er meget mere nøjagtigt, og for det andet, at det er en direkte måling af geoiden på det pågældende sted, snarere end en indirekte, der skal behandles grundigt, før der produceres et svar.
Der er selvfølgelig ulemper. Det vigtigste er, at atomure med den nødvendige nøjagtighed kun er tilgængelige i laboratoriet. Det vil ændre sig i de næste par år. Forskellige grupper bygger bærbare ure med hidtil uset nøjagtighed.
For eksempel arbejder Den Europæiske Rumorganisation hen imod et ur med en nøjagtighed på én del i 10^18 designet til at fungere i rummet. Målet er at teste ækvivalensprincippet (hvis missionen er finansieret).
Bondarescu og co siger, at denne form for følsomhed vil sætte pris på alle slags undergrundsdetaljer. I et numerisk eksempel viser de, at nutidens bedste ure burde være i stand til at detektere den geoideale forstyrrelse forårsaget af en 1,5 km radiuskugle med 20% tæthedsanomali begravet i en dybde af 2 km dybde i jordskorpen.
At måle geoiden ved hjælp af atomure er selvfølgelig ikke en ny idé. Folk har diskuteret muligheden i tyve år. Formålet med denne artikel af Bondarescu og co er at fremhæve det faktum, at atomure, der er nøjagtige nok til at udføre arbejdet, nu bliver set i kapacitet og snart vil være ude i naturen.
Når det sker, vil vi have evnen til at kortlægge geoiden og de underjordiske strukturer, der bestemmer den med hidtil uset nøjagtighed.
Ref: arxiv.org/abs/1209.2889 : Geofysisk anvendelighed af atomure: Direkte kontinental geoidekortlægning