Stabilster Ringlaser der Welt misst Erdachse

10. Dezember 2013, 14:36 Uhr
Stabilster Ringlaser der Welt misst Erdachse
Stabilster Ringlaser der Welt misst Erdachse

Forschern der TUM (Technischen Universität München) ist es gelungen, mit Labormessungen die Schwankungen der Erdachse zu bestimmen. Dazu wurde unterirdisch der weltweit stabilste Ringlaser konstruiert, mit dem Änderungen der Erdrotation direkt messbar sind. Bislang konnte die Variation der Polachse nur indirekt relativ zu Fixpunkten im All erfasst werden. Die Lage der Erdachse und die Rotation ist u.a. für Navigationssysteme wichtig.


Die Erdrotationsachse schlingert, weil die Gravitation von Sonne und Mond auf sie wirkt, die Bahn um die Sonne elliptisch ist und Faktoren wie Ozeanbewegungen, Wind und Luftdruck eine 435 Tage dauernde Bewegung der Pole generiert. Diese Effekte ergeben eine unregelmäßige Wanderung der Erdachse auf einer kreisähnlichen Linie mit einem Radius von maximal sechs Metern. Bislang sind weltweit 30 Radioteleskope im Einsatz, um die Lage der Achse im Raum und die Drehgeschwindigkeit der Erde in einem aufwendigen Prozess zu berechnen. An dem Verfahren beteiligt ist das Geodätische Observatorium Wettzell, das die TU München und das Bundesamt für Kartographie und Geodäsie (BKG) betreiben.

 

Mitte der 90er Jahre haben sich Wissenschaftler von TUM, BKG und der neuseeländischen University of Canterbury vorgenommen, eine Methode zu entwickeln, die eine weniger aufwendige Messung ermöglicht. Die Idee war, einen Ringlaser zu konstruieren, wie er bei Flugzeug-Gyroskopen zur Navigation verwendet wird – nur millionenfach genauer. Ende der 90er Jahre ging auf dem Gelände des Wettzeller Observatoriums der Ringlaser in Bau. Zwei Lichtstrahlen durchlaufen dabei in entgegengesetzten Richtungen eine quadratisch angeordnete Bahn mit Spiegeln in den Ecken, die in sich geschlossen ist. Dreht sich eine solche Apparatur, hat der Laserstrahl in der Drehrichtung einen längeren Weg als der gegenläufige. Dadurch verändert sich deren Frequenz. Aus ihrer Differenz errechnet sich die Drehgeschwindigkeit.

 

Die vier mal vier Meter lange Konstruktion ist in einem massiven Betonpfeiler verankert, der wiederum in rund sechs Metern Tiefe auf massiven Fels der Erdkruste gegründet ist. Bei der Berechnung muss die Position des Lasers auf dem 49. Breitengrad berücksichtigt werden. Außerdem müssen eine Drift der Laser und Temperatureinflüsse auf die Anlage ausgeschlossen werden. Um solche Einflüsse gering zu halten, liegt das Labor in fünf Metern Tiefe, nach oben hin isoliert mit Schichten aus Styrodur und Ton sowie einem vier Meter hohen Erdhügel. Die Wissenschaftler müssen durch einen 20 Meter langen Tunnel mit fünf Kühlraumtüren und einer Schleuse gehen, um zum Laser zu gelangen.

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