Les géophysiciens de la Ludwig-Maximilians Universitaet (LMU) à Munich ont mesuré le spin et l'orientation de l'axe de la Terre avec un nouveau laser annulaire, et a fourni la détermination la plus précise de ces paramètres jamais réalisée par un instrument au sol sans avoir besoin de télémétrie stellaire.

Enterré au milieu des pâturages et des terres cultivées près de la ville de Fürstenfeldbruck, à l'ouest de Munich, se trouve un instrument scientifique « unique en son genre ». C'est un laser annulaire nommé ROMY, qui est essentiellement un capteur de rotation. À son achèvement il y a trois ans, la prestigieuse revue de recherche Science a salué ROMY comme « l'instrument le plus sophistiqué de ce type au monde ». L'acronyme fait référence à l'une de ses utilisations :la détection des mouvements de rotation en sismologie. Mais en plus de quantifier la rotation du sol causée par les tremblements de terre, ROMY peut détecter d'infimes modifications de la vitesse de rotation de la Terre ainsi que des changements dans son axe d'orientation. Ces fluctuations sont causées non seulement par des événements sismiques, mais par des facteurs tels que les courants océaniques et les changements dans la répartition des masses de glace, entre autres facteurs.

Aujourd'hui, un groupe de géophysiciens dirigé par les professeurs Heiner Igel (LMU) et Ulrich Schreiber (Université technique de Munich) rapporte les résultats des premières mesures continues de haute précision des paramètres de rotation de la Terre dans la revue Lettres d'examen physique . Les auteurs qualifient les données de « preuve de concept » et les résultats démontrent que ROMY a réussi son premier véritable test avec brio. "C'est l'instrument de mesure des rotations du sol le plus précis au monde, " dit Igel, Professeur de sismologie au LMU. La quantification précise des mouvements de rotation est également importante pour déterminer la contribution du bruit sismique aux données acquises par les deux détecteurs d'ondes gravitationnelles actuellement en fonctionnement (LIGO et LIGO Virgo). Les applications de ROMY s'étendent donc bien au-delà de la sismologie observationnelle sur notre planète.

Grâce à une subvention du Conseil européen de la recherche (ERC), Igel et Schreiber ont développé le concept du laser annulaire ROMY. La construction de l'observatoire, financé en grande partie par LMU Munich, était une entreprise extrêmement difficile. Même la structure en béton dans laquelle ROMY est logé a dû être érigée avec une précision millimétrique. ROMY est composé d'un ensemble de quatre lasers annulaires qui forment les faces d'un tétraèdre inversé (et chaque côté mesure 12 m de long). Deux faisceaux laser circulent en sens inverse autour de chaque face de l'instrument. Le faisceau se déplaçant dans le sens de rotation prend plus de temps que son homologue pour effectuer chaque tour. Cela provoque à son tour l'étirement de sa longueur d'onde, tandis que l'autre est compressé. La différence de longueur d'onde dépend de l'orientation précise de chaque face par rapport à la direction et à l'orientation de la rotation de la Terre. Les données de trois des quatre anneaux suffisent à déterminer tous les paramètres de la rotation planétaire.

Le fait que le laser annulaire ait plus que rempli ses critères de conception est naturellement un soulagement - et une source de grande satisfaction - pour Igel. "Nous sommes capables de mesurer non seulement l'orientation de l'axe de rotation de la Terre, mais aussi sa vitesse de rotation, " explique-t-il. La méthode utilisée jusqu'à présent pour mesurer ces paramètres avec une grande précision repose sur l'interférométrie à très longue base (VLBI). Cela nécessite l'utilisation d'un réseau mondial de radiotélescopes, qui utilisent des changements dans la synchronisation relative des émissions pulsées de quasars éloignés pour déterminer leurs propres positions. Grâce à l'implication de plusieurs observatoires, les données VLBI ne peuvent être analysées qu'après plusieurs heures. ROMY a des avantages considérables par rapport à cette approche. Il fournit des données virtuellement en temps réel, ce qui lui permet de suivre l'évolution à court terme des paramètres de rotation. Ainsi, la nouvelle étude est basée sur des observations continues sur une période de plus de 6 semaines. Pendant ce temps, ROMY a détecté des changements dans l'orientation moyenne de l'axe de la Terre de moins d'une seconde d'arc.

À l'avenir et avec de nouvelles améliorations, Les mesures de haute précision de ROMY viendront compléter les données obtenues par la stratégie VLBI, et serviront de valeurs standard pour la géodésie et la sismologie. Les mesures présentent également un intérêt scientifique potentiel dans des domaines tels que la physique des séismes et la tomographie sismique, dit Igel. « Dans le cadre de la sismologie, nous avons déjà obtenu des données très précieuses sur les tremblements de terre et les ondes sismiques causées par les courants océaniques, " il ajoute.