La mesosfera, a altures entre els 85 i 100 km per sobre de la superfície de la Terra, conté una capa de sodi atòmic. Els astrònoms utilitzen guies làser per crear estrelles artificials o estrelles de guies làser (LGS), en aquesta capa per millorar la qualitat de les observacions astronòmiques. En el 2011, els investigadors van proposar que les estrelles de guies artificials, també es podrien utilitzar per mesurar el camp magnètic de la Terra en la mesosfera. Recentment, un grup internacional de científics ha aconseguit fer-ho amb molta precisió. La tècnica també pot ajudar a identificar estructures magnètiques a la litosfera terrestre sòlida, per controlar el clima espacial i per mesurar els corrents elèctrics a la part de l'atmosfera anomenada ionosfera.
Els astrònoms han estat utilitzant làsers per generar estrelles artificials durant els últims 20 anys. Quan un raig làser es dirigeix des del sòl cap a l'atmosfera, en la capa de sodi, ataca els àtoms de sodi , que absorbeixen l'energia del làser i després comença a brillar. Els àtoms emeten llum en totes direccions. Aquests estels artificials són tot just visibles a simple vista, però es poden observar amb un telescopi.
Les estrelles de guia artificial ajuden els astrònoms a corregir les distorsions de la llum que recorren l'atmosfera. La llum de l'estrella de la guia artificial es reb a terra mitjançant telescopis, i la informació s'utilitza per ajustar en temps real els miralls deformables d'última generació, compensant les distorsions i permetent així, que els objectes astronòmics es dibuixin amb més claretat, fins a la resolució òptica, és l'anomenat límit de difracció del telescopi.
La precessió dels àtoms de sodi revela la força del camp magnètic
Els participants en el projecte, utilitzen estrelles de guies làser per mesurar el camp magnètic de la Terra . Una unitat de la ESO LGS dedicada a la Investigació i Desenvolupament es troba emplaçada a l'Observatori Roque de los Muchachos de La Palma, l'illa més occidental de Canàries. La disponibilitat i l'ús de la unitat LGS han permès realitzar els experiments conjunts reportats, que també pretenen augmentar la brillantor de les estrelles de guia làser.
El camp magnètic de la Terra mesura l'ús d'estrelles artificials a 90 quilòmetres d'altitud
L'Observatori del Roque dels Muchachos, situat a la vora d'un volcà extingit a 2.400 metres d'altitud a l'illa de La Palma, proporciona les condicions adequades per dur a terme els experiments descrits. Font: Felipe Pedreros Bustos
Des de l'observatori, un raig làser es dirigeix a la capa de sodi que excita i polaritza els pols dels àtoms fent que la major part del seu punt d'espín atòmic, estigui en la mateixa direcció. A causa de l'efecte del camp magnètic que l'envolta, els girs atòmics polaritzats giren al voltant de la direcció del camp magnètic similar al moviment d'un giroscopi que s'inclina des de la vertical, un fenomen conegut com a precessió de Larmor. Una estrella de guia es torna més brillant quan la freqüència de modulació del làser coincideix amb la freqüència de precessió del sodi. Com que la freqüència de Larmor és proporcional a la força del camp magnètic, es pot utilitzar aquest mètode per mesurar el camp magnètic de la Terra a la capa de sodi. El pla de detecció és similar a un estroboscopi.
Per això, el grup ha aconseguit utilitzar una tècnica de laboratori, que és fonamental i està ben estudiada per observar el món natural. Omple un buit en el coneixement del camp magnètic de la Terra permetent fer observacions terrestres de la mesosfera, que abans eren difícil d'accedir. Fins ara, el camp magnètic només es pot mesurar directament a terra, des d'avions, des de globus a l'estratosfera o des de satèl·lits.
Al Maig del 2018, un grup de recerca nord-americà va publicar resultats similars. Tanmateix, aquestes últimes mesures són molt més precises i els científics esperen millorar-les encara més utilitzant làsers d'energia més alta. També es pot utilitzar la tècnica per estimar els processos atòmics a l'atmosfera, per exemple, amb quina freqüència es va reduïnt el sodi conjutamament amb altres àtoms com l'oxigen o el nitrogen. Això encara no s'ha fet.
Aquesta tècnica de mesura d'estrella de guia artificial serà particularment útil en geofísica. Permetrà determinar canvis en el camp magnètic de la ionosfera de la Terra causada pels vents solars. A més, l'observació de corrents oceànics i estructures magnètiques a gran escala en el mantell superior seria factible mitjançant una vigilància contínua del camp magnètic de la Terra a una alçada de 85 a 100 quilòmetres.
Font: Universitaet Mainz
Cap comentari:
Publica un comentari a l'entrada