Os relógios atômicos irá revelar o interior da Terra a grandes profundidades!

 Alguma vez você já pensou em usar um relógio para identificar depósitos minerais ou recursos hídricos escondidos dentro da Terra? Uma equipe internacional liderada por astrofísicos Philippe Jetzer e Bondarescu Ruxandra da Universidade de Zurique, está convencido de que ultraprecise relógios atômicos portáteis vai tornar isso uma realidade na próxima década.

Os cientistas argumentam que esses relógios atômicos já atingiram o grau de precisão necessário para ser útil para o levantamento geofísico. Eles dizem que tais relógios irá fornecer a medida mais direta do geóide - a verdadeira forma da Terra física. Também será possível combinar medições atômicas existentes relógios de métodos geofísicos para explorar o interior da Terra.

Um primeiro protótipo de alta precisão relógio atômico, ACES (Ensemble Atomic Clock in Space), que já está previsto para ser levado para o laboratório espacial Columbus na Estação Espacial Internacional (ISS) em 2014. Crédito: Agência Espacial Europeia ESA, D. Ducros

Determinação do geóide relatividade geral

Hoje em dia, geóide da Terra - a superfície de potencial constante gravitacional, que se estende ao nível do mar - só pode ser determinada indirectamente. Por continentes, o geóide pode ser calculado através do rastreamento da altitude de satélites em órbita. Escolher o direito de superfície é um problema complicado, vários valores. A resolução espacial do geóide calculado desta forma é baixo - cerca de 100 km.

Usando relógios atômicos para determinar o geóide é uma idéia baseada na relatividade geral que tem sido discutido nos últimos 30 anos. Relógios localizados a distâncias diferentes de um corpo pesado como o nosso carrapato Terra em taxas diferentes.

Da mesma forma, quanto mais próximo de um relógio é uma estrutura pesada de metro mais lento ele carrapatos - um relógio posicionado sobre um minério de ferro vai assinalar mais lento do que um que está acima de uma caverna vazia.

"Em 2010 ultraprecise relógios atômicos mediram a diferença de tempo entre dois relógios, um posicionado 33 centímetros acima do outro", explica Bondarescu antes de acrescentar: "mapeamento local do geóide para uma altura equivalente a um centímetro com os relógios atômicos parece ambições, mas dentro o alcance da tecnologia do relógio atômico. "

Prospecção geofísica com relógios atômicos

De acordo com Bondarescu, se um relógio atómico é colocada ao nível do mar, ou seja, a altura exacta da geoide, um segundo relógio podiam ser posicionadas em qualquer lugar no continente contanto que é sincronizado com o relógio do primeiro.

A ligação entre os relógios podem ser feitas com o cabo de fibra óptica ou via satélite de telecomunicações desde que a transmissão é suficientemente fiável. O segundo relógio irá assinalar mais rápido ou mais lento, dependendo se ele está acima de debaixo do geóide. A medição local do geóide pode, então, ser combinada com outras medidas, como os geofísicos de gravímetros, que medem a aceleração do campo gravitacional, para obter uma melhor ideia da estrutura subterrânea.

Mapeamentos possível a grandes profundidades

Em princípio, o levantamento relógio atômico é possível grande profundidade desde que a pesada estrutura subterrânea a ser estudado é grande o suficiente para afetar as taxas de escala de relógios de uma forma mensurável. A mais pequena estrutura que relógios atómicos de precisão até 1 centímetro na altura geoid pode determinar se uma esfera enterrado com um raio de cerca de 1,5 km a 2 km enterrado sob a superfície, desde que possuam um contraste de densidade de cerca de 20% com a crosta superior circundante. No entanto, os cientistas estimam que os relógios mesmos seria sensível a uma esfera enterrado com um raio de 4 km a uma profundidade de cerca de 30 quilômetros para o contraste mesma densidade.

Atualmente, ultraprecise relógios atômicos só trabalham em laboratórios. Em outras palavras, eles não são transportáveis ​​e, portanto, não pode ser utilizado para medições de campo. No entanto, isso está tudo pronto a mudar nos próximos anos: Várias empresas e institutos de pesquisa, incluindo o Centro Suisse d'Electronique et de microtécnica CSEM baseada em Neuchâtel, já estão trabalhando no desenvolvimento de portáteis ultraprecise relógios atômicos.

"Em 2022, no mínimo, um tal relógio portátil ultraprecise atômica vai voar para o espaço a bordo de um satélite da ESA," diz o professor Philippe Jetzer, o delegado suíço para a missão de satélite STE-Quest que visa testar a teoria da relatividade geral de forma muito precisa.

Já em 2014 ou 2015, o "Ensemble Atomic Clock em ACES espaço" é para ser levado para a Estação Espacial Internacional ISS. ACES é um protótipo inicial, que ainda não tem a precisão do STE QUEST.

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