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Percée: les dernières horloges atomiques peuvent résoudre les structures internes de la Terre

Percée: les dernières horloges atomiques peuvent résoudre les structures internes de la Terre

Les horloges atomiques portables ultraprécises sont sur le point de faire une percée. Une équipe internationale dirigée par des scientifiques du Université de Zurich montre qu'il est possible d'utiliser la dernière génération d'horloges atomiques pour résoudre des structures à l'intérieur de la Terre.

Une équipe internationale dirigée par des astrophysiciens Philippe Jetzer et Ruxandra Bondarescu de l'Université de Zurich est convaincu que les horloges atomiques portables ultraprécises feront de l'identification des gisements minéraux ou des ressources en eau dissimulées dans la Terre à l'aide d'horloges une réalité au cours de la prochaine décennie. Ils disent que ces horloges fourniront la mesure la plus directe du géoïde - la véritable forme physique de la Terre. Il sera également possible de combiner horloges atomiques mesures aux méthodes géophysiques existantes pour explorer l'intérieur de la Terre.

Aujourd'hui, le géoïde terrestre - la surface à potentiel gravitationnel constant qui étend le niveau moyen de la mer - ne peut être déterminé qu'indirectement. Sur les continents, le géoïde peut être calculé en suivant l'altitude des satellites en orbite. Choisir la bonne surface est un problème complexe et à plusieurs valeurs. La résolution spatiale du géoïde calculée de cette manière est faible - environ 100 km.

[caption id = "attachment_1221" align = "aligncenter" width = "519"] Un premier prototype d'horloge atomique de haute précision, ACES (Atomic Clock Ensemble in Space), doit déjà être transporté au Columbus Space Lab de la Station spatiale internationale (ISS) d'ici 2014. [Source de l'image:Agence spatiale européenne ESA, D. Ducros][/légende]

L'utilisation d'horloges atomiques pour déterminer le géoïde est une idée basée sur la relativité générale qui a été discutée pour le 30 dernières années. Les horloges situées à différentes distances d'un corps lourd comme notre Terre tiquent à des rythmes différents. De même, plus une horloge est proche d'une lourde structure souterraine, plus elle tourne lentement - une horloge positionnée sur un minerai de fer tournera plus lentement que celle qui se trouve au-dessus d'une grotte vide. "En 2010 des horloges atomiques ultraprécises ont mesuré le décalage horaire entre deux horloges, l'une positionnée à 33 centimètres au-dessus de l'autre », explique Bondarescu avant d'ajouter:« La cartographie locale du géoïde à une hauteur équivalente de 1 centimètre avec des horloges atomiques semble des ambitions, mais à la portée de technologie d'horloge atomique. »

Selon Bondarescu, si une horloge atomique est placée au niveau de la mer, c'est-à-dire à l'altitude exacte du géoïde, une seconde horloge pourrait être positionnée n'importe où sur le continent tant qu'elle est synchronisée avec la première horloge. La connexion entre les horloges peut être réalisée avec un câble à fibre optique ou via un satellite de télécommunication à condition que la transmission soit suffisamment fiable. La deuxième horloge tournera plus vite ou plus lentement, selon qu'elle se trouve au-dessus ou en dessous du géoïde. La mesure locale du géoïde peut alors être combinée avec d'autres mesures géophysiques telles que celles des gravimètres, qui mesurent l'accélération du champ gravitationnel, pour avoir une meilleure idée de la structure souterraine.

D'ici 2022 au plus tôt, une telle horloge atomique portable ultraprécise volera dans l'espace à bord d'un Satellite ESA," dit Professeur Philippe Jetzer, le délégué suisse pour la mission satellite STE-Quest avait pour objectif de tester très précisément la théorie de la relativité générale. Dès 2014 ou 2015, le «Ensemble d'horloge atomique dans l'espace ACES”Doit être emmené au Station spatiale internationale ISS. ACES est un premier prototype qui n'a pas encore la précision de STE-QUEST.


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