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Medir y comprender el bamboleo de la Tierra con más precisión

Durante milenios, la humanidad se ha dejado guiar por las estrellas y aún lo hace, pero con más precisión. Los GPS, los relojes atómicos y otras muchas herramientas que se dan por hecho dependen de la capacidad de las personas para medir los movimientos de la Tierra, pero los modelos actuales pueden mejorarse.

Investigación fundamental

Los sistemas mundiales de navegación por satélite (GNSS), como los GPS, reciben los datos enviados por los satélites en órbita a fin de proporcionar un posicionamiento preciso. Los receptores, fijados respecto a la tierra y con una rotación sincronizada con el planeta, rastrean las señales de los satélites que se desplazan en el espacio. A fin de obtener datos precisos, es necesario saber cómo rota y se desplaza la Tierra debajo de los satélites. El proyecto RotaNut del Consejo Europeo de Investigación ha conseguido modelizar la nutación de la Tierra a unos pocos milímetros, lo cual ofrece información que puede aumentar la precisión de las herramientas que utilizan relojes atómicos y GPS. Dichas herramientas se basan en dos marcos de referencia: el marco terrestre, fijado con respecto a la Tierra y con una rotación sincronizada con el planeta, y el marco celeste, inmóvil en el espacio, que es el lugar en que se desplazan los satélites artificiales, como los de GPS. Tal como explica Véronique Dehant, la investigadora principal: «La relación entre estos marcos es complicada debido a que la rotación y la orientación de la Tierra están sujetas a irregularidades ocasionadas por las redistribuciones globales de masa a lo largo del tiempo y mediante fuerzas externas, como la fuerza gravitacional del Sol y la Luna». El proyecto RotaNut se propuso mejorar la modelización de la rotación de la Tierra y comprender mejor el papel y la naturaleza del interior del planeta. «Las modelizaciones actuales no tienen totalmente en cuenta las complejidades de la Tierra. Más concretamente, la contribución de la atmósfera y los océanos a la orientación del planeta no está perfectamente modelizada. Además, los mecanismos de acoplamiento presentes en los límites que hay entre el núcleo interno, el núcleo externo líquido y el manto aún no se comprenden lo suficientemente bien como para ser modelizados de forma correcta», añade Dehant.

Unos desplazamientos pequeños, un gran impacto

El eje de rotación de la Tierra se mueve en el espacio a un ritmo de 1,5 km al año debido a la precesión y tiene variaciones periódicas a un ritmo de 600 m si se observa desde el espacio en un plano tangencial al polo. Las observaciones actuales de quásares gracias a antenas fijas en la Tierra, que usan la técnica de interferometría de muy larga base, permiten a los científicos medirlos a escala centimétrica. El término «precesión» describe la tendencia a largo plazo de la orientación del eje de rotación, mientras que «nutación» es el nombre que se da a las variaciones periódicas a más corto plazo. El proyecto RotaNut se centró en esta última. Al medir la nutación a escala subcentimétrica, los científicos pueden identificar qué elementos de la física del interior de la Tierra es necesario tener en cuenta para modelizar la orientación del planeta. Aquí se incluyen los mecanismos de acoplamiento presentes en el límite que hay entre el núcleo líquido y el manto viscoelástico.

Descubrir qué sucede en el núcleo de la Tierra

Dehant, que llevó a cabo su investigación en el Real Observatorio de Bélgica, cree que es un momento emocionante para trabajar en este campo: «Los avances tecnológicos están permitiendo a geodesistas y geofísicos identificar las causas y la magnitud de los cambios en la orientación de la Tierra». El proyecto demostró que se debe tomar en consideración la dinámica del núcleo líquido si se quiere describir la orientación de la Tierra con precisión. «Cuando se estudien las nutaciones en el interior del núcleo, es importante incluir las ondas inerciales de los fluidos en rotación, junto con los movimientos rotativos globales», comenta Dehant. Gracias a un modelo de manto y núcleo totalmente acoplado, el equipo de RotaNut consiguió analizar el acoplamiento en el límite que hay entre el núcleo y el manto que se dedujo a partir de la nutación observada. «Los resultados que hemos obtenido son importantes, ya que nos permiten describir mejor lo que sucede en el núcleo al modelizar las nutaciones. Estoy muy satisfecha con los logros del proyecto porque los movimientos y la disipación que se producen en el núcleo han conseguido explicar las observaciones». Los hallazgos del proyecto están disponibles en el sitio web de RotaNut.

Palabras clave

RotaNut, GPS, eje de rotación, precesión, orientación, nutación, GNSS

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