Земята диша леко: Как учените записват невидими трептения на планетата

Според физика Луис Емери, главният изследовател на проекта, всяка такава микрокорекция засяга цялата система - и въпреки това, благодарение на автоматичните настройки, инсталацията продължава да работи с най-висока прецизност.

Превод от руски Ивелина Пенчева

Светът на космоса

Два пъти на ден земната повърхност извършва едва забележими движения нагоре и надолу - един вид „гравитационно дишане“, причинено от взаимодействието на нашата планета с Луната и Слънцето. Това явление, известно като твърдотелен или земен прилив, е незабележимо за хората, но забележимо за чувствително научно оборудване.

Едно от малкото места на Земята, където подобни промени могат да бъдат записани в реално време, е Advanced Photon Source (APS), разположен в Националната лаборатория Аргон в САЩ. Тук учените наблюдават движението на елементарни частици, ускорени почти до скоростта на светлината, в гигантски ускорителен пръстен.

Именно този пръстен реагира на земните приливи и отливи. Когато е подложена на гравитация, тя е леко разтегната или компресирана, точно както кората под нея. Размерът на трептенето е около 30 микрона или дебелината на човешки косъм, но дори такива количества имат значение, когато става въпрос за точната траектория на частиците.

Как се коригира приливния „бъг“ - Траекторията на електронния лъч, движещ се във вакуумната камера на ускорителя, не се променя синхронно с промените в пръстена. За да се избегнат несъответствия, системата е оборудвана с 500 високопрецизни сензора, които проследяват и най-малкото изместване. Тези сензори, заедно със системата за обратна връзка, регулират работата на ускорителя, компенсирайки отклоненията в реално време.

Допълнителна стабилност се осигурява от радиочестотни резонатори, разпределени по цялата дължина на пръстена. Те осигуряват допълнителна енергия на електроните и синхронизират движението им въпреки деформациите на пръстена. Ако дължината на пръстена се промени, честотата също трябва да се адаптира. В противен случай лъчът започва да се „клати“, за да поддържа постоянно време на въртене.

Първоначално Емери се опитва да намери сеизмични сигнали в набора от данни на APS. Но неочаквано той открива редовни корекции, случващи се на всеки 12 часа. Това го кара да се замисли за връзката с приливите и отливите. Оттогава наблюдението на тези трептения се е превърнало в част от неговата научна практика.

Интересното е, че системата може да записва не само приливи и отливи в твърдо състояние, но и други вибрации на земната кора, като например вълни от далечни земетресения. Такова ултрапрецизно оборудване превръща ускорителя в чувствителен сензор, който открива „въздишките“ и „трептенето“ на нашата планета.

Дори подравняването на Луната и Слънцето – като новолуние и пълнолуние – може да причини по-забележими деформации на пръстена на APS. А през зимата, например, поради температурни промени, диаметърът на пръстена може да намалее с почти милиметър - малка, но важна цифра за високопрецизната физика.

По този начин, APS се превръща не просто в изследователски инструмент, а в нещо повече – в наблюдателна точка, способна да „слуша“ Земята. Всяко движение на планетата, дори микроскопично, се записва и използва в полза на науката. Това е ясно доказателство за това колко фино човек днес може да усети и разбере процесите, протичащи в дълбините и на повърхността на нашата планета.