Δύο φορές την ημέρα, η επιφάνεια της Γης παρουσιάζει μια μικρή άνοδο και πτώση – ένα φαινόμενο σχεδόν αδιάκριτο για τις ανθρώπινες αισθήσεις, αλλά που αποκαλύπτει μια συνεχόμενη κίνηση μεταξύ του πλανήτη μας, της Σελήνης και του Ήλιου.
Αυτή η ταλάντωση, γνωστή ως «Earth tide» ή «solid Earth tide», είναι μια άμεση συνέπεια των βαρυτικών δυνάμεων που προκαλούν τις παλίρροιες στους ωκεανούς, αν και με πολύ πιο υποτυπώδη αποτελέσματα στον φλοιό της Γης.
Η αντίδραση της λιθόσφαιρας στις βαρυτικές δυνάμεις
Ενώ οι ωκεανοί αντιδρούν ορατά στην βαρυτική έλξη της Σελήνης και του Ήλιου – παράγοντας τις παλίρροιες που όλοι γνωρίζουμε στις παραλίες και τις ακτές – η λιθόσφαιρα, πολύ πιο άκαμπτη από το νερό, παραμορφώνεται μόλις μερικά χιλιοστά.
Παρά τη μικρότητα αυτών των μεταβολών, υπάρχουν μέρη στον κόσμο όπου η τεχνολογία είναι τόσο ευαίσθητη ώστε μπορεί όχι μόνο να ανιχνεύσει αυτήν την αόρατη ταλάντωση, αλλά και να διορθώσει τα αποτελέσματά της σε πραγματικό χρόνο.
Το εργαστήριο Argonne και η ανίχνευση των ταλαντώσεων
Ένα από αυτά τα μέρη είναι το Advanced Photon Source (APS), μια προηγμένη επιστημονική εγκατάσταση που βρίσκεται στο Argonne National Laboratory στις Ηνωμένες Πολιτείες.
Εκεί, μια ομάδα φυσικών υπό την ηγεσία του Louis Emery κατάφερε να καταγράψει με ακρίβεια την επιρροή των παλίρροιων της Γης στον επιταχυντή σωματιδίων της εγκατάστασης, έναν πολύπλοκο κύκλο πάνω από ένα χιλιόμετρο σε διάμετρο, μέσω του οποίου τα ηλεκτρόνια ταξιδεύουν με ταχύτητες σχεδόν φωτός.
Μικρές επιπτώσεις με σημαντικές συνέπειες
Όταν οι βαρυτικές δυνάμεις δρουν πάνω στη Γη, ο φλοιός διαστέλλεται και συστέλλεται ελαφρώς, πράγμα που σημαίνει ότι οι δομές που κατασκευάζονται πάνω της – κτίρια, δέντρα ή ο ίδιος ο δακτύλιος του APS – μετακινούνται επίσης, έστω και αν είναι σχεδόν αόρατες. Σύμφωνα με τον Emery, η διακύμανση στη διάμετρο του δακτυλίου μπορεί να φτάσει τις 30 μικρόμετρα – περίπου το πάχος μιας ανθρώπινης τρίχας.
Η προσαρμογή του συστήματος και η διατήρηση της ακρίβειας
Αυτή η μικρή διακύμανση, όμως, έχει συνέπειες για το APS. Η δέσμη των ηλεκτρονίων, η οποία κυκλοφορεί μέσα σε ένα θάλαμο κενού, δεν επηρεάζεται από τις φυσικές κινήσεις του δακτυλίου. Ενώ ο δακτύλιος αλλάζει σχήμα, η πορεία της δέσμης δεν προσαρμόζεται αυτόματα, κάτι που οδηγεί σε μια απόκλιση που πρέπει να διορθωθεί για να διασφαλιστεί η σταθερότητα του πειράματος.
Πριν από περισσότερες από δύο δεκαετίες, ενώ αναζητούσε σεισμικά σήματα στα δεδομένα του APS, ο Emery εντόπισε ένα απρόσμενο μοτίβο: κάθε 12 ώρες, το σύστημα έκανε συστηματικές προσαρμογές στη δέσμη. Όταν το είδε, σκέφτηκε αμέσως τις παλίρροιες. Από τότε, συνεχίζει να παρακολουθεί την επίδραση, την οποία θεωρεί «μια συναρπαστική περιέργεια» και μια απόδειξη της ακρίβειας στην οποία έχει φτάσει η εγκατάσταση.
Συμπεράσματα και προοπτικές
Αν και η «solid tide» από μόνη της δεν επηρεάζει σημαντικά τις λειτουργίες του APS, η ανίχνευση και η διόρθωσή της είναι απόδειξη της ευαισθησίας του συστήματος.
Σύμφωνα με τον Emery, ακόμα και οι ευθυγραμμίσεις μεταξύ του Ήλιου και της Σελήνης – όπως κατά τη διάρκεια μιας νέας ή πανσέληνου – παράγουν πιο αισθητές επιδράσεις, απαιτώντας μεγαλύτερες προσαρμογές από το σύστημα. Υπάρχουν επίσης εποχιακές παραλλαγές: τον χειμώνα, για παράδειγμα, η περιφέρεια του δακτυλίου μπορεί να συρρικνωθεί κατά περίπου ένα χιλιοστό – μια μικρή αλλά σημαντική αλλαγή.
Αυτά τα φυσικά φαινόμενα, ενσωματωμένα στις διαδικασίες του επιταχυντή, δείχνουν πώς ακόμα και οι ελάχιστες κινήσεις του πλανήτη μας μπορούν να μετρηθούν, να μοντελοποιηθούν και να διορθωθούν. Το APS, μακριά από το να είναι απλώς μια επιστημονική εγκατάσταση, έχει γίνει ένας μίνι αισθητήρας του πλανήτη, ικανός να καταγράφει με ακρίβεια τους βαρυτικούς αναστεναγμούς της Γης.