À la question : "Quelle est la durée du jour", vous répondrez sans hésitation : "24 heures !" – ou, pour les experts qui savent que l'on prend comme points de repère les étoiles plutôt que le Soleil, "23 h 56 minutes" (La main à la pâte).
Et pourtant, ce n'est pas toujours le cas. Du moins, pas lorsque l'on s'intéresse à la durée très précise du jour, c'est-à-dire au millième de seconde près.
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La rotation de la Terre et ses (infimes) variations
En effet, bien que la rotation de la Terre soit perçue comme constante, ce mouvement est en réalité sujet à de subtiles variations, lesquelles modifient de façon presque imperceptible le temps que notre planète met pour effectuer une rotation complète.
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Parmi les facteurs qui influencent la rotation de la Terre figurent l'attraction combinée du Soleil et de la Lune, les courants marins et les schémas de circulation des vents – lesquels modifient légèrement l'orientation de la Terre dans l'espace. Mais aussi, dans une moindre mesure, les évènements climatiques extrêmes et le pompage de l'eau souterraine par les humains.
Comment faire, alors, pour calculer la durée précise du jour ? Jusqu'à présent, la mesure faisait appel à des techniques complexes. Et dans tous les cas, il fallait rassembler des données provenant soit de radiotélescopes dispersés dans le monde entier, soit de satellites en orbite autour de la Terre.
Mais un nouvel instrument, présenté par des chercheurs allemands et néo-zélandais dans la revue Nature Photonics (19 septembre 2023), pourrait changer la donne.
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Gyroscope laser
Avec ses collègues, Ulrich Schreiber, chercheur à l'Université technique de Munich (Allemagne), à l'Université de Canterbury et au Dodd Walls Centre (Nouvelle-Zélande) a conçu un appareil de mesure à la pointe de la technologie.
Alors qu'un gyroscope traditionnel (appareil de mesure de la rotation) se compose d'un disque rotatif au centre, d'un axe de rotation et de trois "cardans" (supports tournants, à ne pas confondre avec des "cadrans"), les auteurs, eux, ont assemblé un "gyroscope laser". Celui-ci comporte une cavité de 16 mètres de long, dans laquelle deux faisceaux laser se déplacent dans des directions opposées.
L'interaction de ces faisceaux laser produit ce que l'on appelle des "motifs d'interférence", explique l'étude. Comme la Terre tourne et fluctue dans l'espace, l'appareil fait de même, ce qui fait que la distance parcourue par la lumière dans des directions opposées à l'intérieur de la cavité devient inégale et affecte le motif d'interférence.
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Une précision record de quelques millisecondes
En surveillant les motifs d'interférence dans le temps, les auteurs ont pu mesurer les variations de la durée du jour toutes les trois heures sur une période de quatre mois – ce qui contraste avec les techniques existantes qui ne fournissent qu'une seule mesure par jour. Et surtout, ils l'ont fait avec une précision record… de quelques millisecondes !
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"Une connaissance exacte de la vitesse de rotation instantanée de la Terre est indispensable pour une navigation et une géolocalisation précises", soulignent les auteurs. Ces travaux scientifiques pourraient nous aider à mieux comprendre les phénomènes de transport à l'échelle planétaire et à en informer les modèles géophysiques, espèrent-ils.
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