В подземной лаборатории, спрятанной на глубине более километра в Баксанском ущелье, российские ученые совершили прорыв в измерении вращения нашей планеты. С помощью уникального лазерного гироскопа размером всего с крупную книгу им удалось зафиксировать скорость вращения Земли с невиданной ранее точностью — погрешность составила лишь одну тысячную градуса в час. Это все равно что измерить скорость, с которой растет ноготь за год, с точностью до миллиметра.
Эксперимент проводился в подземных залах Баксанской нейтринной обсерватории, где тишина и стабильность достигаются естественным образом. Толща горной породы надежно защищает от городского шума, вибраций, перепадов температуры и даже магнитных бурь. Именно здесь, в условиях, максимально приближенных к идеальным, был размещен зеемановский лазерный гироскоп К5 производства НИИ «Полюс».
Как это работает? Внутри небольшого кольца из специального стекла бегают навстречу друг другу два лазерных луча. Когда установка неподвижна, их частоты одинаковы. Но стоит ей начать вращаться — а Земля, конечно, вращается постоянно — как частоты лучей меняются. Чем быстрее вращение, тем больше разница. Улавливая эту микроскопическую разницу, гироскоп вычисляет скорость с фантастической точностью.
Главный враг такой точности — внешние помехи. В городской лаборатории в Москве ученым удавалось достичь точности в одну сотую градуса в час. Но, переместив прибор под землю, добавив магнитные экраны и доведя стабильность температуры до одной десятой градуса, они улучшили результат в десять раз. Теперь гироскоп может непрерывно, как кардиограф, «слушать» пульс планеты — ее вращение.
За шесть месяцев непрерывной работы прибор не только подтвердил расчетную скорость вращения для данной широты (около 10.327 градусов в час), но и доказал свою надежность. Ученые даже проводили эксперимент, наклоняя гироскоп на крошечный угол (меньше двух угловых минут), и прибор уверенно уловил соответствующее изменение показаний.
Зачем это нужно? Сверхточное знание параметров вращения Земли — это основа для прецизионной спутниковой навигации, фундаментальной астрономии и изучения внутреннего строения планеты. Колебания скорости вращения могут рассказывать о процессах в ядре, перераспределении масс океанов и атмосферы. В будущем такие гироскопы, но большего размера, могут даже участвовать в поисках загадочной темной материи.
Этот успех показал, что даже небольшой, но совершенный прибор в идеальных условиях способен конкурировать по чувствительности с гигантскими установками. Ученые продолжают эксперимент, и теперь у них есть уникальный инструмент, чтобы услышать самые тихие «вздохи» нашей вращающейся планеты.
Исследование опубликовано в журнале «Ядерная физика и инжиниринг».
