慕尼黑工业大学(TUM)的研究人员成功地比以往任何时候都更精确地测量了地球的自转。Wettzell大地观测站的环形激光现在可以用来捕捉世界上任何地方都无法超越的数据质量。这些测量结果将用于确定地球在太空中的位置，有利于气候研究，并使气候模型更加可靠。
想不想去地下室看看地球在过去几个小时里转得有多快?现在你可以在Wettzell大地观测站。慕尼黑工业大学的研究人员已经改进了环形激光器，使其能够提供每日电流数据，到目前为止，这在同等质量水平上是不可能的。
环形激光测量的到底是什么?在地球穿越太空的过程中，地球绕地轴以略有不同的速度旋转。此外，行星旋转的轴不是完全静止的，它会有一点摆动。这是因为我们的星球不是完全固态的，而是由各种组成部分组成的，有些是固态的，有些是液态的。所以，地球内部一直在运动。这些质量的变化可以加速或阻止行星的旋转，这些差异可以使用TUM环形激光等测量系统来检测。
“自转的波动不仅对天文学很重要，我们也迫切需要它们来创建准确的气候模型，并更好地理解像厄尔尼诺Ni?o这样的天气现象。数据越精确，预测就越准确，”TUM天文台项目负责人乌尔里希·施赖伯教授说。
在对环形激光系统进行检修时，该团队优先考虑在尺寸和机械稳定性之间找到一个良好的平衡，因为这样的设备越大，它的测量灵敏度就越高。然而，尺寸意味着稳定性和精度方面的妥协。
另一个挑战是两个相对的激光束的对称性，这是韦特泽尔系统的核心。只有当两个反向传播的激光束的波形几乎相同时，才有可能进行精确的测量。然而，该设备的设计意味着一定程度的不对称总是存在的。
在过去的四年里，测地线学家已经使用激光振荡的理论模型成功地捕获了这些系统效应，以至于它们可以在很长一段时间内精确计算，从而可以从测量中消除。
该设备可以使用这种新的校正算法精确测量地球的自转，精确到小数点后9位，相当于每天一毫秒的几分之一。就激光束而言，这相当于从光频率的小数点后20位开始的不确定性，并且稳定几个月。
总的来说，观察到的上下波动在大约两周内达到了6毫秒的值。
激光的改进也使得测量周期大大缩短。新开发的校正程序可以让团队每三小时捕获一次当前数据。
TUM卫星大地测量学教授Urs Hugentobler说:“在地球科学中，如此高的时间分辨率水平对于独立环形激光器来说绝对是全新的。与其他系统相比，激光完全独立工作，不需要空间中的参考点。在传统的系统中，这些参考点是通过观察恒星或使用卫星数据来创建的。但我们独立于这种事情，而且非常精确。”
独立于恒星观测的数据可以帮助识别和补偿其他测量方法中的系统误差。使用各种方法有助于使工作特别细致，特别是当精度要求很高时，就像环形激光器的情况一样。未来计划进一步改进该系统，使测量周期更短。
环形激光器由一个封闭的方形光束路径和四个完全封闭在一个特定物体中的反射镜组成，这个物体被称为谐振器。这使得路径的长度不会因温度波动而改变。谐振腔内的氦气/氖气混合物使激光束激发，一个顺时针和一个逆时针。
如果没有地球的运动，光将在两个方向上传播相同的距离。但由于该装置与地球一起移动，其中一束激光的距离更短，因为地球的旋转使镜子更靠近光束。在相反的方向上，光传播的距离相对较长。
这种效应在两种光波的频率上产生了差异，两者的叠加产生了一个可以非常精确测量的节拍音。地球自转的速度越快，两种光学频率之间的差异就越大。在赤道，地球每小时向东转15度。这在TUM器件中产生348.5 Hz的信号。一天长度的波动体现在百万分之一赫兹(1 - 3微赫兹)的值之间。
在Wettzell天文台的地下室里，环形激光器的每边都有4米长。然后，这个结构被锚定在一个坚固的混凝土柱上，该柱位于地壳的坚实基岩上，深度约为6米。这确保了地球自转是影响激光束的唯一因素，并排除了其他环境因素。
该结构由一个加压室保护，它补偿空气压力或12摄氏度所需温度的变化，并自动补偿这些变化。为了尽量减少这些影响因素，实验室位于人工山丘下5米深的地方。近20年来，人们一直在研究开发这种测量系统。
这项研究发表在《自然光子学》杂志上。
