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Relojes atómicos para medir el geoide terrestre desde el suelo
El geoide de la Tierra es la forma que asumiría el planeta si su superficie estuviera hecha de agua. Naturalmente, hay poca disputa sobre la forma del geoide sobre los océanos, donde varía solo unos 100 metros debido a variaciones en la densidad del subsuelo de la Tierra.
Pero en tierra, el geoide es mucho más complicado de precisar. Los físicos lo hacen midiendo la altitud de los satélites mientras orbitan. Luego procesan los datos para calcular la forma de una superficie que reproduce con mayor precisión el nivel global del mar. Luego extrapolan esto a través de los continentes.
Pero los resultados tienen limitaciones importantes. En primer lugar, los cálculos son intensivos y las soluciones pueden tener varios valores, por lo que se debe tomar una decisión subjetiva para elegir un valor particular. Además, los resultados tienen una resolución espacial limitada a 400 km aproximadamente.
En los continentes, donde hay innumerables variaciones de densidad en la corteza terrestre y por debajo, eso no es lo suficientemente bueno para detectar muchas formaciones geológicas importantes, como depósitos de fluidos, etc.
Hoy, Ruxandra Bondarescu de la Universidad de Zürich en Suiza, algunos amigos dicen que hay una mejor manera de hacerlo, o al menos, pronto la habrá, basada en relojes atómicos.
Según la relatividad general, los relojes a diferentes distancias de un cuerpo masivo deberían marcar a diferentes velocidades; cuanto más cerca va más lento. Pero la diferencia es minúscula, mucho menor de lo que se ha podido medir en detalle. Hasta hace poco.
En 2010, los físicos utilizaron esta idea para medir un cambio de altura de 33 cm entre dos relojes conectados por fibra óptica. Es más el detalle suficiente para tener una buena idea de la forma del geoide.
La idea, dicen Bondarescu y compañía, es colocar un reloj al nivel del mar, donde se encuentra exactamente a la altura del geoide. El segundo reloj se lleva a algún punto del interior, donde se sincroniza con el primero mediante fibra.
El segundo reloj correrá más rápido o más lento, dependiendo de si está por encima o por debajo del geoide. El cambio en la frecuencia del reloj revela exactamente cuánto más alto está el segundo reloj por encima o por debajo del geoide.
La ventaja sobre los métodos satelitales es, en primer lugar, que es mucho más preciso y, en segundo lugar, es una medición directa del geoide en esa ubicación, en lugar de una indirecta que debe procesarse ampliamente antes de producir una respuesta.
Hay desventajas, por supuesto. El más significativo es que los relojes atómicos con la precisión requerida solo están disponibles en el laboratorio. Eso va a cambiar en los próximos años. Varios grupos están construyendo relojes portátiles con una precisión sin precedentes.
Por ejemplo, la Agencia Espacial Europea está trabajando para conseguir un reloj con una precisión de una parte en 10 ^ 18 diseñado para funcionar en el espacio. El objetivo es probar el principio de equivalencia (si la misión está financiada).
Bondarescu y compañía dicen que este tipo de sensibilidad revalorizará todo tipo de detalles del subsuelo. En un ejemplo numérico, muestran que los mejores relojes de hoy deberían poder detectar la perturbación geoide causada por una esfera de 1,5 km de radio con una anomalía de densidad del 20% enterrada a una profundidad de 2 km de profundidad en la corteza terrestre.
Medir el geoide usando relojes atómicos no es una idea nueva, por supuesto. La gente ha estado discutiendo la posibilidad durante veinte años. El propósito de este artículo de Bondarescu y compañía es resaltar el hecho de que los relojes atómicos lo suficientemente precisos para hacer el trabajo ahora se ven en capacidad y pronto estarán disponibles.
Cuando eso suceda, tendremos la capacidad de mapear el geoide y las estructuras del subsuelo que lo determinan con una precisión sin precedentes.
Ref: arxiv.org/abs/1209.2889 : Aplicabilidad geofísica de los relojes atómicos: Mapeo directo de geoides continentales