Rotação da Terra é medida diretamente pela primeira vez

Rotação da Terra é medida diretamente pela primeira vez

Com informações do Prof. Karl Ulrich Schreiber - 24/12/2011



O professor Schreiber ajusta o anel de laser usado para medir as mínimas variações no "gingado" da Terra. [Imagem: TUM/Carl Zeiss]

Anel de laser

Um grupo com pesquisadores da Universidade Técnica de Munique, na Alemanha, tornou-se a primeira equipe do mundo a detectar mudanças no eixo da Terra através de medições em laboratório.

Até hoje, os cientistas somente conseguiam rastrear as mudanças no eixo polar indiretamente, monitorando corpos celestes "fixos" no espaço com a ajuda de 30 radiotelescópios.

Para fazer uma medição direta, eles construíram o anel de laser mais estável do mundo, dentro de um laboratório subterrâneo, e o utilizaram para determinar as alterações na rotação da Terra.

Balanço de Chandler

A Terra oscila constantemente. Tal como um pião que é tocado enquanto gira, seu eixo de rotação oscila em relação ao espaço. Isto é em parte causado pela gravidade do Sol e da Lua.

Ao mesmo tempo, o eixo de rotação da Terra muda constantemente em relação à superfície da Terra.

Por um lado, isso é causado pela variação na pressão atmosférica, no movimento dos oceanos e no vento. Esses elementos se combinam em um efeito conhecido como oscilação de Chandler, ou balanço de Chandler, para criar o movimento polar. Levando o nome do cientista que o descobriu, esse fenômeno tem um período de cerca de 435 dias.

Por outro lado, um evento conhecido como o "balanço anual" faz com que o eixo de rotação mova-se ao longo de um período de um ano. Isto se deve à órbita elíptica da Terra em torno do Sol.

Estes dois efeitos fazem com que o eixo da Terra migre de forma irregular ao longo de uma trajetória circular, com um raio de até seis metros.

Medindo a rotação da Terra

Capturar esses movimentos é crucial para manter um sistema de coordenadas confiável - como o GPS (Estados Unidos), Galileo (Europa), Glonass (Rússia) ou Beidou (China) - que possa alimentar sistemas de navegação ou rotas em viagens espaciais.

"Localizar um ponto no centímetro exato de posicionamento global é um processo extremamente dinâmico - afinal, em nossa latitude [na Alemanha], estamos nos movendo em torno de 350 metros a leste por segundo," explica o Prof. Karl Ulrich Schreiber.

A orientação do eixo da Terra em relação ao espaço e sua velocidade rotacional são, atualmente, determinados em um processo complicado, que envolve 30 radiotelescópios ao redor do mundo.

Toda segunda-feira e quinta-feira, entre oito e 12 desses telescópios alternadamente medem a direção entre a Terra e quasares específicos.

Os cientistas assumem que estes núcleos de galáxias, que estão distantes demais de nós, nunca mudam de posição, podendo, portanto, ser usados como pontos de referência.

No entanto, eles começaram a não se satisfazer mais com tanta dificuldade e nem com a consideração da "fixidez" dos quasares. Começou então a construção do observatório geodésico Wettzell, na Alemanha.




Conforme a Terra gira, dois feixes de laser - que formam o anel de laser - interferem um com o outro, registrando o movimento com muita precisão. [Imagem: TUM/FESG]

Laboratório geodésico

O laboratório é formado por dois feixes de laser em contra-rotação, que viajam em torno de uma rota quadrada, com espelhos nos cantos, que formam um circuito fechado - daí o nome anel de laser.

Quando o conjunto gira, a luz que roda no mesmo sentido tem de viajar mais do que a luz em contra-rotação. Isto causa uma interferência entre os dois feixes, que "ajustam" seus comprimentos de onda, fazendo com que a frequência óptica se altere.

Os cientistas podem usar essa diferença para calcular a velocidade rotacional do experimento.

Mas no laboratório Wettzell é a Terra que gira, não o anel de laser.

Para garantir que somente a rotação da Terra influencie os feixes de laser, a estrutura de quatro por quatro metros está ancorada em um pilar de concreto, que se estende por seis metros para dentro da rocha sólida da crosta terrestre.

A rotação da Terra afeta a luz de maneiras diferentes, dependendo da localização do laser no globo.

"Se estivéssemos em um dos pólos, a Terra e os eixos de rotação do laser estariam em completa sincronia, e sua velocidade de rotação iria resultar em uma relação 1:1," explica Schreiber. "Na linha do equador, no entanto, o feixe de luz nem notaria que a Terra está girando."

Os cientistas, portanto, têm de levar em consideração a posição do laser Wettzell no 49° grau de latitude.

Qualquer mudança no eixo de rotação da Terra se reflete nos indicadores de velocidade de rotação - o comportamento da luz, portanto, revela mudanças no eixo da Terra.


Os cientistas precisam passar por um túnel de vinte metros, com cinco portas frigoríficas, para chegar até o laser. [Imagem: TUM/FESG]

Laboratório subterrâneo

"O princípio é simples," acrescenta Schreiber. "O maior desafio foi garantir que o laser se mantenha estável o suficiente para medirmos o fraco sinal geofísico sem interferência - especialmente ao longo de um período de vários meses."

Em outras palavras, os cientistas tiveram que eliminar quaisquer alterações na frequência que não resulte da rotação da Terra.

Isto inclui fatores ambientais, como pressão atmosférica e temperatura, o que exigiu uma placa de vitrocerâmica e uma cabine pressurizada.

Os pesquisadores montaram o anel de laser em uma placa de nove toneladas de Zerodur® [uma vitrocerâmica de aluminossilicato de lítio], utilizando também Zerodur para as vigas de apoio. Eles escolheram o Zerodur por ser um material extremamente resistente às mudanças de temperatura.

A instalação fica em uma cabine pressurizada, que registra mudanças na pressão atmosférica e temperatura (12 graus) e compensa automaticamente qualquer variação.

Os cientistas enfiaram o laboratório cinco metros abaixo do nível do solo para manter esses tipos de influência ambiental ao mínimo. Ele é isolado da superfície com camadas de Styrodur® e argila, e coberto por um aterro de quatro metros de altura.

Os cientistas precisam passar por um túnel de vinte metros, com cinco portas frigoríficas, para chegar até o laser.

Velocímetro da Terra

Sob estas condições, os pesquisadores conseguiram confirmar o balanço de Chandler e obter medições da oscilação anual compatíveis com os dados capturados pelos radiotelescópios.

Eles agora pretendem tornar o aparelho ainda mais preciso, o que permitirá determinar mudanças no eixo de rotação da Terra ao longo de um único dia.

Os cientistas também planejam tornar o anel de laser capaz de operar continuamente, para que ele possa funcionar por um período de anos sem qualquer desvio.

"Em termos simples," conclui Schreiber, "no futuro, nós queremos ser capazes de simplesmente descer lá no porão e ver o quão rápido a Terra está girando com precisão neste momento."

fonte:
http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=rotacao-terra-medida-diretamente&id=010125111224

Tempo mundial pode mudar em 2012

Com informações de Rebecca Morelle, da BBC - 30/12/2011
Mudanças no tempo mundial - Segundo bissexto


Uma nova forma de marcar o tempo? Esta armadilha de átomos de estrôncio, parte principal de um relógio atômico, poderá mudar a forma como o mundo mede o tempo.[Imagem: NPL]

Segundo bissexto

O tempo, tal como o conhecemos hoje, poderá não ser exatamente o mesmo tempo nos séculos que virão.

Tanto que os cientistas da área estão usando todo o seu tempo durante as festas de fim de ano para discutir uma nova definição da escala de tempo do mundo: o chamado Tempo Universal Coordenado (UTC).

E a principal questão em debate é o segundo bissexto - mais especificamente, a abolição do segundo bissexto.

Tempo tecnológico

Enquanto todo o mundo presta atenção aos anos bissextos, poucos sabem que uma "ajeitada" muito mais frequente no tempo, mas muito mais irregular, é feita constantemente.

Uma mudança que é essencial para manter o bom funcionamento dos sistemas de GPS, das telecomunicações, e até dos arquivos que você transfere pela internet.

O segundo bissexto surgiu no início da atual era tecnológica, em 1972. Ele é adicionado para manter a escala de tempo medida pelos relógios atômicos em fase com a escala de tempo baseada na rotação da Terra.

A razão para isto é que, enquanto os relógios atômicos, que usam as vibrações dos átomos para contar os segundos, são incrivelmente precisos, a Terra não é um cronometrista tão confiável quanto se acreditava - isto graças a uma ligeira oscilação que ela sofre conforme gira sobre seu próprio eixo:

Rotação da Terra é medida diretamente pela primeira vez
http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=rotacao-terra-medida-diretamente&id=010125111224

"Desde a década de 1920 já se sabe que o movimento da Terra não é tão constante como tínhamos pensado inicialmente," explica Rory McEvoy, curador de "horologia" do observatório de Greenwich, no Reino Unido.

Essa variação natural da Terra significa que as horas medidas pelos relógios atômicos e as horas baseadas na rotação da Terra ficam cada vez mais defasadas conforme o tempo passa.

Assim, a cada poucos anos, antes que essa diferença cresça mais do que 0,9 segundo, um segundo extra - o chamado segundo bissexto - é adicionado ao tempo oficial, para colocar novamente os dois em sincronia.

"O Serviço Internacional de Rotação da Terra monitora a atividade da Terra, e eles decidem quando é apropriado adicionar um segundo bissexto em nossa escala de tempo," explica McEvoy.

Guerra do segundo

Um dos maiores problemas é que, ao contrário dos anos bissextos, os segundos bissextos não são previsíveis. Eles são erráticos, porque as oscilações da Terra - o chamado balanço de Chandler - não é regular.

Mas a tentativa de se livrar do segundo bissexto está causando um racha dentro da comunidade internacional que estuda o tempo, o que deverá ser decidido pelo voto, durante a Conferência Mundial de Radiocomunicações, da União Internacional das Telecomunicações (UIT), em janeiro de 2012, em Genebra.

Uma pesquisa informal feita pela UIT no início deste ano revelou que três países - Reino Unido, China e Canadá - são fortemente contra a alteração do sistema atual.

No entanto, 13 países, incluindo os Estados Unidos, França, Itália e Alemanha, querem uma nova escala de tempo que não tenha segundos bissextos.

Mas, com quase 200 países membros, a grande maioria deles ainda terá que revelar o que realmente pensa sobre o tempo.

O Bureau Internacional de Pesos e Medidas (BIPM), em Paris, é a organização internacional de padronização que é responsável por manter o tempo do mundo.

A organização acredita que o segundo bissexto deve acabar porque esses ajustes estão se tornando cada vez mais problemáticos para sistemas que precisam de uma referência estável e contínua de tempo.

"Ele está afetando as telecomunicações, é problemático para a transferência de dados pela internet (como o Network Time Protocol, ou NTP), bem como dos serviços financeiros," diz o Dr. Arias Felicitas, diretor do BIPM.

"Outra aplicação que está sendo realmente muito, muito afetada pelo segundo bissexto, é a sincronização de tempo nos Sistemas Globais de Navegação por Satélite (GNSS). Os GNSS exigem uma sincronização de tempo perfeita - e segundos bissextos são um incômodo," completa Felicitas.

Tempos divergentes

Mas desacoplar o tempo civil da rotação da Terra também pode ter consequências a longo prazo.

"[Se você eliminar os segundos bissextos] o UTC irá se afastar continuamente do tempo baseado na rotação da Terra, fazendo-os gradualmente divergirem por uma quantidade crescente de tempo. Algo terá que ser feito para corrigir essa divergência cada vez maior," explica Peter Whibberley, cientista do Laboratório Nacional de Física do Reino Unido.

Em algumas décadas, isso equivaleria a um minuto de diferença. E, ao longo de centenas de anos, isso significaria uma diferença de uma hora entre o tempo dos relógios atômicos e a escala de tempo baseada na rotação da Terra.

Em 2004, foi proposta a ideia da troca dos segundos bissextos por um salto de uma hora, a ser feita uma vez a cada alguns poucos séculos.

Uma possível solução, se o segundo bissexto for abolido, seria atrelar essa "hora bissexta" às mudanças no horário de verão.

"Os países poderiam simplesmente acomodar a divergência não adiantando os seus relógios na primavera, apenas uma vez a cada poucos séculos, assim você altera o fuso horário em uma hora para trazer de volta tempo civil em conformidade com a rotação da Terra," propõe o Dr. Whibberley.

fonte:
http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=mudancas-tempo-mundial-segundo-bissexto&id=010130111230

Interessante isto.
Existe um grupo de cientístas debatendo, se teremos ou não um segundo a mais de vida, daqui a alguns anos..