Usando relógios atômicos para investigar o interior do planeta

Por , em 3.12.2012

ACES (Atomic Clock Ensemble in Space)

Segundo a teoria da relatividade de Albert Einstein, campos gravitacionais atrasam a passagem do tempo. Quanto mais intenso é o campo, mais a passagem do tempo é atrasada.

A ideia pode parecer absurda, mas já foi testada com relógios atômicos superprecisos. Um relógio no nível do mar atrasa um pouco em relação a um relógio que esteja a certa distância da superfície, como, por exemplo, em um avião a 3.000 metros de altitude.

Um grupo de cientistas da Universidade de Zurique (Suíça), liderados pelos astrofísicos Philippe Jetzer e Ruxandra Bondarescu, quis utilizar esta propriedade para fazer um levantamento da forma real da Terra e de recursos ocultos sob a superfície do planeta.

Determinando a forma verdadeira da Terra

Atualmente, o geoide, a superfície de potencial gravitacional constante que estende o nível médio do mar, só pode ser determinado de forma indireta.

Sobre os continentes, o geoide pode ser calculado rastreando a altitude dos satélites em órbita, o que resulta em um problema matemático bastante complicado de resolver. A resolução espacial do geoide calculado desta forma é baixa, cerca de 100 km.

O uso de relógios atômicos para a determinação do geoide tem sido discutida nos últimos 30 anos. Os relógios atômicos poderiam ser usados para fazer um mapeamento do geoide com uma precisão de 1 centímetro.

Levantamento geofísico com relógios atômicos

O levantamento geofísico poderia ser feito usando um relógio colocado no nível do mar, ou seja, na altitude exata do geoide, e um segundo relógio seria posicionado em qualquer ponto do continente, desde que esteja sincronizado com o primeiro relógio.

A conexão entre os dois relógios pode ser feita usando um cabo de fibra ótica, ou via satélite de telecomunicações, desde que o satélite seja confiável.

O segundo relógio vai andar mais rápido ou mais lento, conforme estiver acima ou abaixo do geoide. Combinando esta medida com a de outros instrumentos, como gravímetros, que dão a medida da aceleração do campo gravitacional, é possível obter uma boa ideia da estrutura subterrânea.

Mapeamento possível a grandes profundidades

A princípio, o mapeamento usando relógios atômicos é capaz de perceber o contraste de densidade de 20% que seria gerado por uma esfera de 1,5 km de diâmetro enterrada a 2 km de profundidade. Esta seria a menor estrutura que poderia ser detectada.

Mas as estimativas apontam que o mesmo relógio poderia ser usado para perceber uma esfera de 4 km de raio enterrada a 30 km de profundidade.

Atualmente, relógios atômicos ultraprecisos só existem em laboratórios – eles não são portáteis. Entretanto, isto pode mudar nos próximos anos, graças ao trabalho de empresas que querem desenvolver relógios atômicos ultraprecisos portáteis.

Em 2022, uma sonda da ESA (agência espacial europeia) deve levar um destes relógios para o espaço, para fazer um teste da relatividade geral. Antes disso, em 2014 ou 2015, um protótipo, o “Atomic Clock Ensemble in Space”, ou ACES, deve ser enviado para a estação espacial.[Phys.Org]

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